（十五) 基于cadence 617 gmid设计方法设计两级放大器

采用gmid方法，从GWB与补偿电容出发，决定输入对管的gm，选择合适的gmid值，来设计宽长比，反复查表，得出全部设计参数，进行直流仿真，交流仿真，验证压摆率，零极点仿真，达到要求

玖玖久 · 2023-08-07 16:39:48 发布

$A_{V} \ge 10M,C_{L}=10pf，SR=10V/us，I\le800 u$

A_V	GBW	SR	f_d	f_nd
A_V1A_V2	$gm12πCc\frac{\Large g_{m1} }{\Large 2\pi C_{c}}$	$ICL\frac{\Large I}{\Large{C_{L}}}$	$12πCCAV2rout1\frac{1}{\Large 2\pi C_{C}A_{V2}r_{out1}}$	$gm8CL2π\frac{\Large g_{m8}}{\Large C_{L}2\pi }$

C_L 考虑寄生参数实际电路计算取 1.2 C_L,C_L = 12 pf

C_C = 0.2 ~ 0.3 C_L ,计算取 C_C = 3.6 pf

单极点近似： $ωu=GBW=gm12πCc\omega _{u} = GBW = \frac{\Large g_{m1} }{\Large 2\pi C_{c}}$

相位裕度要达到 60° ，需要 $ωu\omega _{p2} = 2 \sim 3\,\omega _{u}$ $ωu\omega _{p2} = 2 .3\,\omega _{u}$
g_m8 / g_m1 = 10 才能有一个好的稳定性

从GBW出发决定op的g_m（C_L一般为定值） $\frac{\Large g_{m} }{\Large 2\pi C_{L}}$
根据增益与速度选择一个合适的 L
短沟道有着高的速度 $ft=gm2πcgs=12π32μVOVL2f_{t}=\frac{\Large g_{m}}{\Large 2 \pi c_{g s}}=\frac{1}{2 \pi} \frac{3}{2} \frac{\mu V_{O V}}{L^{2}}$
长沟道有着大的增益 $AV=gmrDS=2VELVOVA_{V}=g_{m} r_{D S}=\frac{2 V_{E} L}{V_{O V}}$
选择MOS的g_m/I_d
大的gm/id （做放大器，使得电压噪声要小，低功耗，宽摆幅，小的过驱动电压）
小的gm/id （做电流源，使得电流噪声要小，高速度）
决定电流 I*（由1 的g_m，3的g_m/I_d决定）
从 g_m / I_d VS I_d / w 表中，查3 中g_m / I_d对应的I_d / w，将I*除以 I_d / w 得到 W *

考虑 g_m1,2 为放大器设计 g_m/I_D = 12（考虑噪声的影响），取 g_m1,2 = 720u，则 I_1,2 = 60 u

A_V = 1000 ，有两级运放第一级 A_V1 ≥ 40 ，第二级 A_V2 ≥ 30

决定 g_m :
$2.26\frac{\large I}{\Large C_{L} } \ge 10 \,\,v/us，{C_{L} } = 10 \,\,pf，I \ge 100 \,\,u\\ \frac{\large g_{m1} }{\large 2\pi C_{c}} \ge 10\,M，\large g_{m_{1.2}} \ge\, 226.2 u，\frac{\large g_{m_{1.2}}}{\large I} \ge \,2.26\\$

g_m1,2 / I_D1,2 = 12 , 取 g_m1,2 = 720 u, I_D1,2 = 60u
选一个合适的 L 从表可以看出本征增益大于 80 可选取 L = 400 n
选择MOS的g_m/I_d 考虑到噪声的影响，选取 g_m1,2 / I_D1,2 = 12
决定电流 I*

由 1 的g_m1,2 与 2 的 g_m1,2 / I_D1,2 = 12 得到 I_D1,2 = 60 u
求 W *

I_D/W = 5.5 则 W * = I / I_D/ W = 10.9u*

I_D1,2 = 60 u 则 I_D6 = 120 u

取 L = 1 u, g_m6 / I_D6 = 10 计算 g _m6 = 1200 u

查表得 I_D/ W = 3.7 ，得 W₆ = 32.43 u

ngmid 10

I_D3,4 = 60 u

取 L = 1 u, g_m6 / I_D6 = 10 计算 g _m6 = 600 u

查表得 I_D/ W = 0.912 ，得 W_3,4 = 65.64 u

0.912

g_m8 / g_m1 = 10 才能有一个好的稳定性，则 g_m8 = 7.2 m

L = 200 n ， g_m8 / I_D8 = 12 ， I_D8 = 600 uA

查表得 I_D/ W = 3.85 ，得 W₈ = 155.84 u

p3.85

L = 1 u (同6) ， g_m7 / I_D7 = 10 ， I_D7 = 600 u， g_m7 = 6 m

查表得 I_D/ W = 3.7 ，得 W₈ = 162.1 u

M5与M6构成一个电流镜，选取同样的规格就行

I_D6 = 120 u ,电流源提供 120 u 的电流

	g_m/I_D	g_m	I_D	I_D/W	L	W
M₁ 、M₂	12	720 us	60 u	5.5	400 n	10.9 u
M₃ 、M₄	10	600 us	60 u	0.914	1 u	65.64 u
M₅ 、M₆	10	1.2 ms	120 u	3.7	1 u	34.43 u
M₈	12	7.2 ms	600 u	3.85	200 n	155.48 u
M₇	10	6 ms	600 u	3.7	1 u	162.1 u