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芯片设计中的差分放大器与电流镜负载设计.docx
资料介绍
差分放大器是模拟集成电路中最基本的增益级，以其优异的共模抑制能力和噪声性能在运放、比较器和数据转换器中广泛应用。电流镜作为差分放大器的有源负载，提供高阻抗的负载和差分到单端的转换功能。差分放大器与电流镜负载的组合是运放和OTA设计的核心，其性能直接决定了放大器的增益、共模抑制比和频率响应。本文将从差分对原理、电流镜负载、共模抑制、失调电压、频率响应以及设计方法等方面，系统阐述差分放大器与电流镜负载的设计技术。
差分对基本结构
差分对由两个匹配的晶体管（MOSFET或BJT）和尾电流源组成。
1. MOS差分对：MOS差分对由两个匹配的NMOS（或PMOS）组成，源极连接尾电流源
，漏极通过负载电阻或电流镜输出。差分输入电压时，差分输出电流（在小信号范围内）。差分对的大信号传输特性为，其中为过驱动电压。
2. BJT差分对：BJT差分对由两个匹配的NPN BJT组成，发射极连接尾电流源。差分输入电压时，差分输出电流。BJT差分对的线性输入范围约为（约26 mV），远小于MOS差分对的（约100~300 mV）。
3. 尾电流源：尾电流源为差分对提供偏置电流，其输出阻抗影响差分对的共模抑制比。尾电流源使用Cascode电流镜或Wilson电流镜，提供高输出阻抗（>100 kΩ）。尾电流源的输出阻抗越高，差分对的共模抑制比越高。
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