高速CMOS运放电流转换型参数及放大级电路详解

1、电流转换型运放的框图和基本关系式

电流转换型运放的框图如图3.5-8所示。输入级将输入电压转换成电流，此电流经电流放大级放大后，送到输出端，图中的是输入级的输出阻抗，为电流放大级的输入阻抗，为电流放大级的等效输入电容，为电流放大级的输出阻抗，CL为负载电容。为提高放大器的电压增益和单位增益带宽。CMOS运放电流转换型。通常选用低输入阻抗、低输入电容、高输出阻抗以及大电流增益的电流放大器电路。图3.5-8的等效电路如图3.5-9所示。

考虑，由图3.5-9可得放大器的低频极点频率为

高频极点频率为

低频电压增益为

式中为电流放大级的放大倍数。

通常（3.5-6）式所示的高额极点频率高于单位增益带宽频率GB，因此单位增益带宽频率GB可写为

根据本章第一节的讨论，运放在深度负反馈时能稳定地工作，高频极点频率ω2的最小值应等于单位增益带宽频率GB，由（3.5-6）式和（3.5-8）式，我们可以求得最小负载电容（即补偿电容）。

2、电流放大级电路

电流放大级电路由电流源电路来实现，其基本的电流放大级电路如图3.5-10所示。

根据第二章第二节的讨论，图3.5-10所示的电路的主要参数为：

输出阻抗

输入阻抗

电流增益

由于要获得较高的单位增益带宽频率，M2、M3的沟道长度取得较小，这样。沟道长度调制效应不能忽略，输出阻抗Ro较小。为提高输出阻抗，可采用第二章第二节介绍的串级形式的高阻电流源作为电流放大级电路，其电路形式如图3.5-11所示。

图3.5-11所示的电路的输出阻抗（可参看第二章第二节（2.2-4）式

输入阻抗

电流增益大级电路

用串级高阻电流源作为电流放大器的电流转换型运放，其等效原理图如图3.5-12所示。

由图3.5-12及（3.5-10）、（3.5-13~15）式，可得到放大器的增益为

由此可知，在给定的条件下，增大的跨导，可提高电流转换型运放的电压增益。

3、电流转换型高速CMOS运放的实际电路

电流转换型高速CMOS运放的实际电路图如图3.5-13所示，输入级电路由，构成的差分放大器，它将输入信号电压转换成电流；组成高输出阻抗的电流放大级电路，它将输入级的电流经放大后输送到输出端；CMOS运放电流转换型。构成高阻抗电流源，它将双端输出的电流转换成单端输出，这样实现了双端输入经放大后单端输出。CL为负载电容也作为额率补偿电容，其CL的最小值由（3.5-9）式决定。该电路的转换速率由下式决定：

为获得较高的单位增益带宽GB和压摆率SR，图3.5-13中的器件采用L=1.5微米的短沟道MOS管，其电路的主要参数如表3.5-6所示，在VDD=±3伏，Vcc=-3伏，CL=1皮法的条件下，偏置电流的大小与电路主要参数的关系列于表3.5-7。

为获得低的输出阻抗，在图3.5-13的基础上增加了输出级电路，其电路形式如图3.5-14所示，M17~M21组成低输出阻抗的输出级电路，其前置放大部分与图3.5-13电路相同。该电路与图3.5-13电路相比，降低了输出阻抗，但输出摆幅减小。

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