北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（模拟集成电路原理与设计）第九章 运算放大器

例92带宽、稳定精度和闭环增益的关系 输入为阶跃信号 Vin(t)=au(t) 单极点系统的输出阶跃响应为: R ou t (t)≈a(1+1)(1-er)l(t) R A(s) 终值为: R out, fin al (1+x) R 对1%的稳定精度,V。n;(t)/V。n,ma=99% r1 0.99,0.01 ln0.01 解得:t1%=rln100≈4.67

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 26 例9.2 带宽、稳定精度和闭环增益的关系 1% 1% 1 2 1 2 1 % 1 % () () ( ) (1 )(1 ) ( ) (1 ) 1% ( ) / 99% 1 0 .9 9 ln 0 .0 1 ln 1 0 0 4 .6 i n t out o ut fin al o ut o ut fin al t t V t au t R V t a e ut R R V a R V tV t e e t                     ， ， 输入为阶跃信号： 单极点系统的输出阶跃响应为： 终值为： 对 的稳定精度， ＝ ， 0.01 ， 解得： ＝

例92带宽、稳定精度和闭环增益的关系 口假定下图运放是单极点电压放 A(s) 大器,且其低频增益A远大于1h (b)如果1+R1/R2≈10,而且1 out %误差稳定时间小于5ns,该运 放必须提供的单位增益带宽是 R1 多少? 2 4.6 r≈(+R1结论:对开环运放单位增益带宽的要求 由闭环系统的稳定精度、稳定时间和闭 R24O环增益三个指标共同决定 R 4.6 A00≈(1+ 10 9.2GHz nS 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 27 例9.2 带宽、稳定精度和闭环增益的关系 假定下图运放是单极点电压放 大器，且其低频增益 A 0远大于 1 。 （ b）如果1+R 1/R 2 10，而且 1 ％误差稳定时间小于5ns，该运 放必须提供的单位增益带宽是 多少？  ln 100 4 .6  t 1 % ＝  2 0 0 1 1 ( 1 )   R A R   1 0 0 2 1 4.6 (1 ) 10 9.2 5 R A GHz R ns        结论：对开环运放单位增益带宽的要求 由闭环系统的稳定精度、稳定时间和闭 环增益三个指标共同决定

例92带宽、稳定精度和闭环增益的关系 口假定下图运放是单极点电压放大器,且其低频增益A0 远大于1。(a)如果V;是小的阶跃电压,计算输出电 压处于其最终值的1%范围内时所需时间。(b)如果 1+R/R2≈10,而且1%误差稳定时间小于5ns,该运放 必须提供的单位增益带宽是多少? 如果A是一个实际运放(其输出阻抗不为零)、该 电路驱动一个大负载电容、V不是小的阶跃,阶跃 电压为V,输出信号会怎样建立? A(s) Actual Op Amp R6 out FR1 CL R 月2 R2 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 28 例9.2 带宽、稳定精度和闭环增益的关系  假定下图运放是单极点电压放大器，且其低频增益 A 0 远大于 1 。 （ a）如果 Vin是小的阶跃电压，计算输出电 压处于其最终值的1%范围内时所需时间。（ b）如果 1+R 1/R 2 10，而且1%误差稳定时间小于5ns，该运放 必须提供的单位增益带宽是多少？ 如果 A是一个实际运放（其输出阻抗不为零）、该 电路驱动一个大负载电容、 Vin不是小的阶跃，阶跃 电压为1V，输出信号会怎样建立？

91.1.3大信号带宽 口运放输出端电压不能瞬间跟随 Actual Op Amp 市 输入信号改变 v out ◆通常导致运放进入非线性工作区 R 口瞬态大信号激励下,运放的速 度如何表征? R 不能仅通过小信号特性 非线性工作区指电路 (如开环响应)来表征, “a此时输入和输出之间 因为开始一段时间运放 2不再是线性关系 工作在非线性区 gm△v gm△V▲ 大信号特性通常比较 2 R1 TCL 复杂,需要仔细仿真 M M2++x 月2 98节会详细分析 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 29 9.1.1.3 大信号带宽 运放输出端电压不能瞬间跟随 输入信号改变 通常导致运放进入非线性工作区 瞬态大信号激励下，运放的速 度如何表征？ 不能仅通过小信号特性 （如开环响应）来表征， 因为开始一段时间运放 工作在非线性区 大信号特性通常比较 复杂，需要仔细仿真 9.8节会详细分析 非线性工作区指电路 此时输入和输出之间 不再是线性关系

91.1.4输出摆幅 口当今运放设计的主要挑战是 高输出摆幅设计 DD M ☆因为VD随工艺进步在减小 b3 ☆很多应用要求输出摆幅足够大 口管弦乐队的音乐 」MsM6 v2·H”。 心麦克风输出的电信号的幅度变 化很大,最小信号和最大信号 的幅值可相差4个数量级 要求电路有足够大的信号摆幅 3 或足够低的噪声,以处理这种 M 幅度变化很大的输入信号 口高摆幅要求使得全差分放大 器的应用越来越普遍 北大微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理

北大微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理 30 9.1.1.4 输出摆幅 当今运放设计的主要挑战是 高输出摆幅设计 因为 VDD随工艺进步在减小 很多应用要求输出摆幅足够大 管弦乐队的音乐 麦克风输出的电信号的幅度变 化很大，最小信号和最大信号 的幅值可相差 4个数量级 要求电路有足够大的信号摆幅 或足够低的噪声，以处理这种 幅度变化很大的输入信号 高摆幅要求使得全差分放大 器的应用越来越普遍