受温度影响较小的运算放大器简介

　0 引言

　　运算放大器的用途非常广泛，是许多模拟系统和混合信号系统中的一个完整部分，大量具有不同复杂程度的运算放大器被用来实现各种功能，从直流偏置到高速放大或者滤波等。在很多功率电路中，对运算放大器的温度特性要求很高。例如，应用于功率放大器控制电路中的运算放大器，由于功率放大器是大功率器件，自身消耗的功率大，将导致功率放大器芯片的温度变化很大。因此要求控制电路中运算放大器的增益、稳定性等受温度影响要小。

　　1 运算放大器的结构选择

　　运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看，有套筒式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。

　　图1给出3种运算放大器的结构，分别为两级放大器、折叠式两级套筒OTA、折叠式两级联OTA。比较以上三种结构，发现折叠式的共源共栅0TA输入摆幅最大，输入共模电平容易选取，而且输入和输出可以短接。正是由于这些原因，折叠式共源共栅运算放大器更加广泛。同时考虑到不同电压温度条件下增益要达到110 dB，因此采用两级运算放大器。

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　　2 折叠式共源共栅全差分运算放大器的原理

　　共源共栅结构的设计思路是将输入电压转化成电流，然后将他作为共源共栅级的输入，共源共栅级电流的变化再转化为输出电压的变化。一个完整的全差分折叠式共源共栅全差分运算放大器包括偏置电路、共模反馈电路和主体电路3个部分。

　　2.1 偏置电路分析

　　本文选用宽摆幅偏置电路，如图2所示，它的主要单元是低压共源共栅电流镜，由PMOS和NMOS电流镜组成。首先，分析该电路的PMOS宽摆幅电流镜，该电流镜由M4～M8组成，假设取M5，M6的宽长比一样，那么M5，M6的过驱动电压也是一样的，要使他们都饱和，则M5漏端电压至少为2倍的过驱动电压。M5的主要作用是降低M6的漏源电压，这样M6能更好地匹配M4的电流。调节M5的尺寸，可以控制M6的漏源电压，一般M5的尺寸小于M6尺寸的1/4，取M5=1.5 μm。同时为了减小短沟道效应，M4，M5栅长要稍微长点，取L=1 μm。NMOS电流镜也是这样的。合理调节电路参数可以使系统的增益、相位裕度等受温度影响很小。