Huqi Yu, Chen Yimin, Song Peng

(École d'ingénierie de l'information, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, Chine)

Sur la base de la conception d'un amplificateur opérationnel à basse tension à haute performance du procédé standard CMOS 0,18 um. Il décrit trois référence de branche source de courant présente une réaction négative avec le gain de boucle de rétroaction positive source améliorée CMOS couplé configuration de circuit d'étage d'entrée différentiel. Sur la base de l'idée de compensation de fréquence pour fournir une nouvelle méthode de compensation de fréquence, peut effectivement améliorer les performances du système de l'amplificateur opérationnel. Après émission de simulation de mise en page que: l'amplificateur opérationnel ayant un gain en courant continu de 109 dB à 1,2 V la tension d'alimentation, 259 MHz gain de bande passante, la marge de phase de 74 °, la consommation de puissance de 0,82 mW, peut être largement appliquée à la plupart des circuits.

Basse tension, trois source de courant de référence de branchement; boucle de rétroaction positive; compensation feedforward

TN432 Code du document: ADOI: 10,19358 / j.issn.16747720.2016.23.008

. Huqi Yu, Chen Yimin, Peng chanson une haute performance à basse tension de conception de l'amplificateur opérationnel [J] ses applications, 2016,35 (23): 28-30.

0 introduction

Ampli op est le module de base dans la conception même des produits électroniques, les produits électroniques sont développés avec la direction portable, il est en plus bas exigences de tension, tout en augmentant la basse tension op performance ampli, le plus remarquable l'évolution est l'amélioration de la structure [1]. Incorporé ici à titre de sous-seuil fonctionnement du circuit dans la nouvelle structure de trame, de sorte que le travail MOS d'entrée différentiel sur le tube dans la région de sous-seuil, le circuit fonctionne dans l'état actuel de sous-seuil est faible, réduisant ainsi la consommation d'énergie. Un étage d'entrée structure de paire différentielle en utilisant la charge à couplage croisé avec une rétroaction positive pour augmenter le gain de la transconductance en augmentant le tube d'alimentation. compensation de fréquence utilise une nouvelle technologie pour remplacer compensation à action directe avec la séparation classique pôle-zéro de la capacité Miller.

Circuit d'amplificateur opérationnel mis en oeuvre

Cet article est conçu de routage module de polarisation de décharge transporté, deux modules d'amplification, une configuration de circuit de compensation à action directe comme représenté à la Fig. Dans lequel le circuit de polarisation fournissant un courant de référence, deux modules d'amplification est le noyau du circuit d'amplificateur opérationnel; module de précompensation prévoit l'amplificateur une compensation de gain et de fréquence, pour stabiliser le système.

1.1 trois sources de courant de référence de la branche

Une source de courant de référence est utilisé pour fournir des circuits intégrés analogiques de haute précision à d'autres circuits, faible coefficient de température source de courant, est un essentiel de bloc de circuit [2]. Afin d'améliorer l'amplificateur opérationnel est alimenté le rapport de réjection d'alimentation en courant de référence (PSRR), le courant de référence est petit que change VDD, la conception d'une structure à trois branches d'une source de courant de référence. Comme le montre la figure.

Circuit de référence qui est constituée par des transistors MOS M1 ~ M6 et la résistance R. Le troisième circuit augmente la puissance à l'arrière de l'extrémité supérieure d'une résistance R constitué par une branche M5, M6 à la masse sur la base de la référence commune source de courant, pour former une rétroaction négative de. Principe de fonctionnement: lorsque la tension d'alimentation augmente vers l'avant, la tension du point A ID5 augmente, de sorte que la tension de drain à la borne B diminue M2, le tube M1 sous l'action, la tension de point C ID1 augmente, la même que l'étape de la source de courant M6 sous l'action, de sorte que la tension au point a diminue ID6, une boucle de rétroaction négative.

Afin d'améliorer le gain de rétroaction négative du système, M6 et M2 de la source après la source connectées ensemble à une différence de tension entre l'extrémité supérieure de la résistance R, les mêmes fluctuations de la tension d'alimentation lorsque l'un d'extrémité avant augmente la tension augmente de drain M5, M5, Tube VSG M4 sera réduite, ID5, ID4 sont réduits par la tension aux bornes de la résistance R VR = (ID5 + ID4) x R obtenue, l'extrémité supérieure de la chute de résistance de tension de R rapidement, de sorte que la tension de drain diminue rapidement M5, toute un circuit plus rapidement la formation d'une rétroaction négative pour supprimer de l'influence des variations de la tension d'alimentation du système.

Afin de rendre la valeur du courant recopié IREF pour donner plus de précision, dans le besoin de circuit pour assurer ID3 = ID4, à savoir, la tension aux bornes de chacun des M3 et M4 sont sollicités pour être cohérent. 2, M5, M4, M3 forment un miroir de courant, M7M9 pour le circuit de démarrage. En ajustant le courant de fuite M5 et le rapport d'aspect de M6, telles VGS6 et VGS2 est égale à la VD1 = VD6 = VS2 + VGS6 = VS2 + VGS2 = donner VD3 = VD4 VD2, par M3, la borne de source M4, la borne de grille à la fois du liner il est relié directement au fond, que l'état de fonctionnement, pour donner:

Le transistor MOS courant de drain d'expression dans la région de saturation est la suivante:

La conception ajoute une longueur de grille du transistor MOS, de manière à ne pas tenir compte de la longueur du canal d'effet de modulation. VDS la formule ci-dessus peut être ignorée. courant de drain de saturation du transistor MOS critique de l'expression de la source est:

résistance générant R dans le circuit de la tension de source différence VR = (ID5 + ID4) x R, la conception préliminaire de la troisième branche M5, M6 circulant fois de courant de N la référence source de courant, à savoir, ID5 = N · ID4, la formule peuvent être obtenues:

Donc, aussi ici:

Par conséquent:

De ce qui précède, afin d'obtenir une tension d'alimentation VDD et la référence indépendante de la sortie de courant. Parce qu'il y a deux branches courant circule à travers la résistance R, la troisième branche M5, M6 est N fois le courant circulant à travers le courant de référence, est clair à partir de (6): N et R sont inversement proportionnelles à IOUT, une sortie fixée à obtenir référence de tension IOUT, lorsque N augmente, la valeur de résistance R peut être fortement réduite, économisant ainsi la surface de la puce de la mise en page. (N est 4 dans cette conception).

1.2 avec une rétroaction positive de l'étage d'entrée différentielle à couplage transversal

Dans les circuits CMOS, le circuit à basse tension peut fonctionner d'une structure de circuit spécifique dépend d'une part, et d'autre part, dépend de la tension de seuil du dispositif et COMS tension overdrive [3]. Avec une rétroaction positive du circuit d'étage différentiel d'entrée à couplage transversal 3 représenté sur la figure.

Dans l'original M3, M4 diodes MOS M5 sur la charge ajoutée, M6 deux charges de réaction positive couplé transversale. Vu depuis le circuit rapprochant la tension d'alimentation minimale de VTP et 3 et la tension overdrive, VTH = technologie MOS utilisé jusqu'à 0,5 V la tension minimale de fonctionnement peut être réduit d'environ 1 V. Pour conserver une certaine marge, la conception de l'alimentation en utilisant 1,2 V.

Circuit différentiel de couple prévu dans M1, M2 fonctionnent dans la région de sous-seuil, faciliter appropriée pour réduire la tension d'alimentation. En augmentant M5, M6, la transconductance d'entrée du circuit:

Dans laquelle M1 est GM1 tube de transconductance intrinsèque, grâce à quoi le tube peut constater que la transconductance d'entrée est augmenté d'un facteur 1 / (1-GM6 / gm3). L'utilisation de cette méthode pour améliorer le gain:

1.3 Avant compensation de précompensation

Ici à basse tension, l'alimentation vers l'avant technique de compensation pour remplacer la traditionnelle séparation des pôles primaires et secondaires de la compensation de capacité Miller. compensation de fréquence est introduit dans le trajet d'alimentation vers l'avant dans le demi-plan zéro à gauche dans la haute fréquence de décalage décalage de phase positive provoquée par les pôles de déphasage négatif [5]. A partir de la figure 4, la fonction de transfert de l'amplificateur ayant deux pôles, et un zéros planes gauche et demi, dans lequel p1 et Z1 est:

Dans lequel le premier étage de gain O1 totale capacité parasite du noeud de sortie, aller à la conductance de sortie, est le facteur de rétroaction.

stade anticipatrice de gain de compensation et la seconde étape représentée sur la Fig. M8 ~ M11 du deuxième étage de gain d'amplification, l'étape de M3 / M14; M12, M17 sont chaque tube de courant de queue.

le gain en courant continu du second étage et l'étage de précompensation (A3) de l'amplificateur, les expressions respectives sont les suivantes:

En ajustant la deuxième étape et le courant de polarisation d'étage d'anticipation et le rapport d'aspect du tube, de manière à assurer le zéro dans le demi-plan gauche.

2 résultats de simulation

0,18 pm processus CMOS standard pour réaliser la mise en page photo ampli op représenté sur la Fig. 5, après l'environnement Cadence sur la base de la simulation de mise en circuit de l'amplificateur opérationnel. Tension de service 1,2 V, 2,5 pF commande de charge capacitive, son gain en boucle ouverte et la courbe de phase représentée sur la figure 6, la structure peut être obtenue de gain 109 dB, le gain de l'unité de bande passante de 259 MHz, la marge de phase d'environ 73,8 °;. la figure 7 une courbe de CMRR de circuit, -80,16 dB peuvent être obtenus à des fréquences basses.

Les paramètres de performance décrits ici contrastent avec la littérature associée, comme indiqué dans le tableau 1. Comme on peut le voir dans le tableau ici par une légère augmentation de la consommation d'énergie statique, une amélioration de la performance globale doit répondre aux exigences de la plupart des circuits.

3 Conclusion

Sur la base des deux amplificateurs opérationnels classiques, le gain de bootstrap combiné, la technique de compensation à action directe, pour atteindre l'amplificateur opérationnel CMOS à basse tension à haute performance d'une nouvelle trame. Satisfait des conditions de faible puissance, la simulation de mise en page, pour obtenir un gain élevé en courant continu et une bande passante élevée, le système a de bonnes performances en termes de stabilité. Ce circuit peut être appliqué au circuit de référence bandgap et diverses opérations, telles que sommateurs, comparateurs, etc., ayant une perspective d'application très large.

références

. [1] Il Yue, la conception de circuit intégré de Wang Yi et simulation [M] Pékin: Science Press, 2008.

[2] WANG R T, HARJANNI R. rétroaction partielle positive pour l'amélioration du gain de faible puissance CMOS OTA [J] .Convertisseur analogique Circuits intégrés et traitement du signal, 1995 (8): 21-35.

[3] THANDRI B K, SILVA MARTNEZ J. Un système de compensation à action directe robuste pour les amplificateurs opérationnels à transconductance à plusieurs étages sans condensateurs de Miller [J] .IEEE Journal of Circuits SolidState, 2003, 38 (2): 237-243.

[4] CHANG Y S, WU H C, Shiau M S, et al, Pseudo alimentation en mode amplificateur transconductance opérationnel différentiel commun en utilisant alimenter vers l'avant et vers l'avant HD3 [J] .International Symposium sur les circuits intégrés, 2011,10 (11): 250-253.

[5] AKBARI M, S BIABANIFARD, ASADI S.Design et l'analyse du gain en courant continu et transconductance boosté recyclage plié cascode OTA [J] .AEU International Journal of Electronics et Communications, 2014, 68 (11): 1047-1052.