折叠式共源共栅运算放大器的设计报告..doc

折叠式共源共栅运算放大器的设计 3.2.5 运算放大器的仿真 1. 小信号低频电压增益分析 运放的小信号相频和幅频特性是仿真运放的开环小信号放大倍数，运放的放大倍数随频率的变化趋势；运放的相位随频率的变化趋势；运放的相位裕度；运放的单位增益带宽。通过仿真这些特性来鉴别运放的放大能力，稳定性和工作带宽。运放的输出端接2pF的负载电容，在电源电压为5V，共模输入电压为2.5V，在运放输入端接差分交流信号1V，两输入端的输入交流信号相位相反的条件下做交流小信号分析，可以得到运放的小信号相频和幅频特性如图(3.)所示。仿真程序见附录1.1 图3.3 低频小信号特性仿真电路连接图 图3. 低频小信号电压增益分析图 该运算放大器的小信号低频电压增益可以看出是满足设计指标 2. 单位增益带宽 程序跟测量小信号低频电压增益时相同仿真波形如图3.所示。 该运算放大器的单位增益带宽可以看出MHz.满足设计指标图3. 低频小信号单位带宽分析图 3. 相位裕度仿真： 从图上看出相位裕度为180°-12°=53°，满足设计指标程序和测量小信号低频电压增益时相同仿真波形如图3.图3. 相位裕度分析图 4. 转换速率(slew rate) 运放的转换速率是分析运放在大信号作用下的反映速度。仿真运放的转换速率可将运放的输出端和反相输入端相连构成单位增益结构。运放的同相输入端输入2V到3V的阶跃信号，利用仿真软件对该电路做瞬态分析得到的输出波形见图3.，从仿真波形得到：在输出上升曲线的10%和90%处，其电压分别为2.9V和2.1V；时间分别为10.7ns和3.32ns。运放的转换速率SR=(2.9V-2.1V)/( 10.7nS—3.32nS)=108.4 V/μs，满足运放的转换速率的指标要求。电路图如图3.仿真程序见附录1.2。 图3.真转换速率电路图 图3. 转换速率分析图 5. 共模抑制比 运放的共模抑制比是测试运放对共模信号的抑制能力。仿真方法是在运放的开环状态下，在运放的的同相和反相输入端同时加入一个幅度为1V的交流小信号源，对电路进行交流小信号分析，仿真结果如图(3.所示。从仿真结果可得，运放的低频共模电压增益为-3.29dB。因为运放的共模抑制比（dB为单位）等于其差模电压增益（dB）减去共模电压增益（dB），差模电压增益是95.7dB，所以运放的共模抑制比近似为98.99dB，大于运放的指标要求值。电路图如图3.仿真程序见附录1.3 图3.仿真共模抑制比电路图 图3.模抑制比分析图 6. 输入共模电压范围 运放的共模输入范围是运放的输入输出跟随特性。运放的电源为5V， 运放的反相端和输出相连，构成缓冲器； 同相端加直流扫描从0到5V，经仿真得到的运放输入输出跟随特性如图(3.1)所示。电路图如图3.仿真程序见附录1.4 图3.真输入共模电压范围电路图 7.电压输出范围 运放的输出电压摆幅特性是仿真运放的输出电压最大值和最小值运放的输出电压摆幅特性仿真电路如图(3.1)所示 电路图如图3.1.仿真程序见附录1.5 图3.1放的输出电压摆幅特性仿真电路 正输入端接2.5V的直流电压， Vin 输入端加从0到5V的直流扫描电压， 经仿真得到的运放输出电压摆幅特性见图(3.1)。 图3.1压输出范围分析图 从图上可以看出输出电压的范围是：0.0379V—4.99V，符合指标要求。 运放的静态功耗 运放的静态功耗是指当运放在输入平衡状态下电路消耗的总电流和总电压的乘积。在电源电压5V，运放的两输入端输入共模电压2.5V时，运放各支路的静态电流之和为3.268mA，则运放的静态功耗为16.34mW，小于指标的要求。