高速CMOS運放電流轉換型參數及放大級電路詳解

1、電流轉換型運放的框圖和基本關系式

電流轉換型運放的框圖如圖3.5-8所示。輸入級將輸入電壓轉換成電流，此電流經電流放大級放大后，送到輸出端，圖中的是輸入級的輸出阻抗，為電流放大級的輸入阻抗，為電流放大級的等效輸入電容，為電流放大級的輸出阻抗，CL為負載電容。為提高放大器的電壓增益和單位增益帶寬。CMOS運放電流轉換型。通常選用低輸入阻抗、低輸入電容、高輸出阻抗以及大電流增益的電流放大器電路。圖3.5-8的等效電路如圖3.5-9所示。

考慮，由圖3.5-9可得放大器的低頻極點頻率為

高頻極點頻率為

低頻電壓增益為

式中為電流放大級的放大倍數。

通常（3.5-6）式所示的高額極點頻率高于單位增益帶寬頻率GB，因此單位增益帶寬頻率GB可寫為

根據本章第一節的討論，運放在深度負反饋時能穩定地工作，高頻極點頻率ω2的最小值應等于單位增益帶寬頻率GB，由（3.5-6）式和（3.5-8）式，我們可以求得最小負載電容（即補償電容）。

2、電流放大級電路

電流放大級電路由電流源電路來實現，其基本的電流放大級電路如圖3.5-10所示。

根據第二章第二節的討論，圖3.5-10所示的電路的主要參數為：

輸出阻抗

輸入阻抗

電流增益

由于要獲得較高的單位增益帶寬頻率，M2、M3的溝道長度取得較小，這樣。溝道長度調制效應不能忽略，輸出阻抗Ro較小。為提高輸出阻抗，可采用第二章第二節介紹的串級形式的高阻電流源作為電流放大級電路，其電路形式如圖3.5-11所示。

圖3.5-11所示的電路的輸出阻抗（可參看第二章第二節（2.2-4）式

輸入阻抗

電流增益大級電路

用串級高阻電流源作為電流放大器的電流轉換型運放，其等效原理圖如圖3.5-12所示。

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

由此可知，在給定的條件下，增大的跨導，可提高電流轉換型運放的電壓增益。

3、電流轉換型高速CMOS運放的實際電路

電流轉換型高速CMOS運放的實際電路圖如圖3.5-13所示，輸入級電路由，構成的差分放大器，它將輸入信號電壓轉換成電流；組成高輸出阻抗的電流放大級電路，它將輸入級的電流經放大后輸送到輸出端；CMOS運放電流轉換型。構成高阻抗電流源，它將雙端輸出的電流轉換成單端輸出，這樣實現了雙端輸入經放大后單端輸出。CL為負載電容也作為額率補償電容，其CL的最小值由（3.5-9）式決定。該電路的轉換速率由下式決定：

為獲得較高的單位增益帶寬GB和壓擺率SR，圖3.5-13中的器件采用L=1.5微米的短溝道MOS管，其電路的主要參數如表3.5-6所示，在VDD=±3伏，Vcc=-3伏，CL=1皮法的條件下，偏置電流的大小與電路主要參數的關系列于表3.5-7。

為獲得低的輸出阻抗，在圖3.5-13的基礎上增加了輸出級電路，其電路形式如圖3.5-14所示，M17~M21組成低輸出阻抗的輸出級電路，其前置放大部分與圖3.5-13電路相同。該電路與圖3.5-13電路相比，降低了輸出阻抗，但輸出擺幅減小。

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