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1、精选优质文档-倾情为你奉上折叠共源共栅放大器的零极点分析摘要运算放大器是模拟集成电路中最重要的单元电路，在各种模拟电路和数模混合电路中得到了广泛的应用。近年来，以电池作为电源的微电子产品得到了广泛使用，因而对放大器性能的要求亦逐渐增加。通过分析零极点可以分析出放大器工作特性，零极点的分析需要借助传输函数，在传输函数中，取其分子为零，可得零点，取其分母为零，可得极点，而传输函数则需要通过分析小信号模型等效电路得到。零点、极点可以看成是电路分析中抽象出来的辅助方法，因而可以通过零极点分析电路动作特征。本论文主要研究折叠共源共栅放大器的零极点产生机理，对于放大器的零极点而言，其产生跟放大器的寄生电容
2、，以及本身需要的节点与节点之间的电容，还有负载电容跟电阻有关。当电容或者电阻发生变化时会影响到放大器的工作特性。基于以上原理，本文简要分析了当放大器输出端加载一个大负载电容，在放大器进入稳定工作状态瞬间，其输出端会产生一个尖峰电流，这种电流的存在会影响电路的正常工作。本文运用运放零极点相关原理和解决手段，根据分析这种现象的原因是，极点发生变化，为了抑制极点变化，可以在运放输出端与负载电容之间加载一个电阻，让该电阻与负载电容组成STC网路，分离极点。关键词放大器；零极点；尖峰电流专心-专注-专业Pole-zero Analysis Of Folding Common-source And Com
3、mon-gate AmplifierAbstractAnalog IC op amp is the most important unit circuit, has been widely used in various analog circuits and digital-analog hybrid circuit. In recent years, the battery as a power source microelectronic products have been widely used, and thus the amplifier performance requirem
4、ents are also increasing. By analyzing the pole-zero amplifier operating characteristics can be analyzed, pole-zero analysis needs the transfer function, the transfer function, whichever molecule is zero, we get zero whichever denominator is zero, we can get the pole, and the transfer function is re
5、quired By analyzing small-signal equivalent circuit model to get. Zero, pole circuit analysis can be seen as an auxiliary method in the abstract, it is possible action by the pole-zero analysis circuit characteristics.In this thesis, a total common-gate amplifier folded pole-zero source generation m
6、echanism, the pole-zero amplifier, its capacitance is generated between the parasitic capacitance with the amplifier, and the node with the node itself needs, as well as the load capacitance with resistance related. When the capacitance or resistance to change will affect the operating characteristi
7、cs of the amplifier.Based on the above principle, the paper analyzes, and when the output of the amplifier to load a large load capacitance, the amplifier into the steady state moment, its output will generate a peak current, the presence of this current will affect the normal operation of the circu
8、it. In this paper, the pole-zero op amp relevant principles and means of settlement, according to the analysis of the reasons for this phenomenon is that the pole changes, in order to suppress extreme changes in the output of op amp between the load and the load capacitance of a resistor, so that th
9、e resistance and the load capacitors STC network, separate poles.Keywords Amplifiers, Pole-zero, Peak current 目录摘要IAbstractII学校s第1章 绪论1.1 研究背景及意义 自从集成电路出现后，因其具有很低廉的成本，很小的体积、损耗的功率小，信任度高等好处，导致了集成电路的技术得以快速发展，并且因为其集成度在快速的升高，从而让其更加的强大，方面更多。目前，信息的进步，电子范围的扩展，也导致了集成电路可以快速的实现越来越强的趋势。集成运算放大器（Integrated Operat
10、ional Amplifier）即集成运放，目前，运放常用于模拟IC中，因为它的特点就是具有很高的增益，决定了它在模拟IC中应用的很频繁。运放的组成也很明确，多个放大电路共同构成了一个完整的运算放大器。运算放大器现在已经在多个领域有所应用，在目前来说，运算放大器已经是集成电路中数量最多，种类最多的。现今而言，集成电路了设计已经离不开放大器，对于放大器的类型不同，功能有时也不同，比如有些放大器作为比较器来应用，但无论作为什么器件来应用，其放大器自身的特性还是需要符合要求的。对于放大器而言，极点和零点起着很重要的作用，就其中的一点增益而言，当零点先于极点，也就是零点的数值小于极点是，增益就会上升，
11、此时的增益曲线就不是我们所期望的，所以我们要控值零极点的相对值，因而就要分析零极点产生的原因。就上述增益为例，可以看出分析零极点的重要性，因此，研究这一课题，还是很有价值的。1.2 国内外研究现状自1947年以来，第一个晶体管发现于诺贝尔实验室，再至1958年第一块半导体集成电路诞生，历经60多年的历史，集成电路行业使得整个世界发生了变化，构成现代信息社会的基础。无论是钟表、手机、电脑、各种数字电器，还是航空航天和现代高科技产业，舞步以来与集成电路的发展和支持。以集成为主导的微电子产业更已成为国加发展和人类发展不可或缺的“食粮”。美国半导体工业协会（SIA）更把微电子技术称为美国经济发展的驱动
12、器。可以说集成电路带来的数字革命已经渗透到人类的生活的方方面面，IC产业已经成为构成国民经济基石的支撑技术，关乎社会的发展的现在，也决定着未来。1975年，Intel公司创始人之一Gordon E.Moore 提出所谓“摩尔定律”：芯片的单位面积上可容纳的晶体管数目每18个月便增加一倍，即芯片集成度每18个月翻一番。也就是指工艺技术的发展IC集成度的提高起着乘积的作用，使每个芯片可以集成的晶体管数量急剧增加。自从上个世纪90年代后期，工艺水平进入微米级水平开始，半导体研究者们就开始探索系统集成芯片技术，随着超深亚微米工艺技术的不断发展成熟，集成电路的超微型化发展使得更快更复杂的电路得意集成到更
13、小型的产品中。1978年时，科学界普遍认为光学光刻的极限是1微米，但是到了20世纪末，这个数值已经退进了0.05微米，也就是50纳米，人们认识到摩尔定律的尽头，也就是光学光刻的尽头。2000年，集成电路主流技术达到0.25微米，通敌0.15和0.13微米已经投产，而今的工艺水平65纳米级芯片已经发展成熟，28纳米集成电路也已经投产，实验室电路已经达到10纳米级，技术的发展速度总比预计的要快。现代集成电路的主要设计与制造过程包括：利用专用的设计软件进行电路设计，由得到的设计图对硅晶原进行加工制作成芯片成品，再对加工完毕的芯片采取各种电特性和功能性能测试封装，经应用开发把它们配置在系统上跟消费者见
14、面。2010年以来。以汽车，石油，钢铁为主导的悠久工业的第一大产业的宝座现今已被以集成电路核心的电子信息产业所夺取。多数发达国家的国民经济生长的总产值的增长部分的65%与集成电路产业息息相关，甚至在美国的国际军事防御等预算中，电子技术所占的比重也已经达到40%以上。以上事实证明，发展具有自主知识产权的集成电路产业，已经逐渐变成经济发展的关键因素、社会进步的坚实基础及国家安全的根本保障。集成电路产业的发展设计高新领域的方方面面，以集成电路设计和集成系统生产制造为核心的微电子技术产业是当今世界经济竞争的焦点，同时也是各项科技产业之间的引领性科技范畴。其涉及到的领域包括：基础半导体材料的生产加工；随
15、着集成电路设计制造技术的不断发展而不断更新的电路设计方法和工具研究；集成电路测试与封装技术等等。随着半导体集成电路朝着超大规模（VLSI）及极大规模（ULSI）的发展，逐步发展起来的集成电路自动化设计产业已经逐步取代常规落后的设计手段。2013年Cadence设计系统公司宣布已经胜利做到20纳米系统级芯片流片测试，而美国科学家也第一次使用纳米尺寸的绝缘体氮化硼和金量子点，完成量子遂穿效应，研究创作成了不包含半导体的晶体管。经历几十年，电子设备逐渐变得更小，科学家们已经把百万计个半导体集成制作到硅片上，纳米级工艺的研发陈述，各种新型材料的应用开发，将会是制造出更快捷的，耗电更少的，更致密，散热更
16、好的芯片。与此同时，中国电子产业的窘况却不容忽视，有专家认为中国大陆电子产业近乎一片空白。全球近95%的笔记本电脑，90%的台式机，80%的手机都在中国大陆生产，然而中国大陆屋恩没有电子产业。原因很简单，拆开电脑手机，除了最低端的显示器有少量大陆厂商供应，其他的任何一个零部件，包括外壳大都是外资企业制造。目前，大陆境内的半导体制造厂非常少，二位多数上产线盈利能力不强，国外企业也只将封装测试中低端缓解部分转移到大陆境内，而要求较高的高端设计，基础设备和特殊的材料仍然被牢牢控制。因而发展中国自己的集成电路行业变得刻不容缓。集成电路固有的体积小重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好的特点
17、，同时成本低，便于大量生产。所以集成芯片被广泛应用于人类所能触及的各个领域，再生产生活以及国家经济发展安全保障方面，至关重要。1.3 论文章节折叠式共源共栅放大器零极点分析主要包括以下几方面工作：分析产生的大电流、确定所需原件，设计电路结构，还有电路的相关比较跟优化。论文共分四章：第一章：主要讲述课题背景，课题研究的目的及意义。第二章：简要介绍CMOS放大器的基本结构，理论以及设计基础，简要的介绍了几种放大器类型，选取研究所需放大器。第三章：参考国内外技术文献，进行折叠共源共栅放大器的零极点的具体分析，同时简要分析当放大器为了实现某些功能，比如外加负载定容来滤波时，对放大器输出的影响，以及零极
18、点分析。将放大器的自身正常工作状态下的零极点，与加上负载电容的零极点进行对比，分析得出解决方案。第四章：采用HSPICE等仿真工具对设计出电路所需的基本元件，总体电路进行仿真验证。第2章 CMOS运算放大器的设计基础该章节主要介绍了电路设计的原理和模型，包含其所需原件的原理模型，从最基本的MOS管的开始，介绍了电流比较器，模拟设计的八边形法则，设计的总体框图，各类放大器的工作特性，优缺点，确定最后的电路模型。 2.1电路设计的基本原理 2.1.1 运放大电流控制基本原理对于用运放上电过程中，电源电压从0增加到稳定值时，该过程中负载电容充电，在放大器到达稳定工作状态的瞬间，由于外加大电容负载会导
19、致放大器本身的相位特性，分析此时电路的零极点，可得极点向前偏移，电流瞬时增大，更会使得电路产生自激震荡。为了消除这个影响，我们需要在放大器输出端与电容之间加载一个电阻，分离电容对电路极点产生的影响。2.1.2 电流比较器基本原理电流比较器是根据电压比较器得来，在此介绍电压比较器的工作原理，即可得电流比较器的工作原理。电压比较器是差分运用运算放大器得来，当差分放大器处于开环状态时，即为电压比较器。运放由两个输入端，正相输入端和反相输入端，当正相输入端的电压大于反向输入端的电压时，即VAVB时，输出电压Vout为1，当正相输入端电压小于反相输入端电压，即VA200mV左右时，这一效应可用公式（2-
20、9）表示为：（2-9）式（2-9）中，1是一个非理性因子，Vth=kT/q，常温下约26mV。此时器件工作在弱反型区。2.2.3 MOS管的小信号模型当我们做出一个基本电路后，为了能够更有效地去计算各种各样的参数值，通常说。我们会画出该电路的小信号模型，利用小信号可以方便于我们去计算分析我们的电路是否达到我们的标准。由于小信号的模型是根据电路所设计出来的，所以它的各项值都可以视为是准确一致的。利用大信号模型得出的直流偏置点，在直流偏置点附近的很小的信号变化，利用该变化计算其他参数。图2-4是完整的MOS管小信号模型1。图2-4 完整的MOS管小信号模型图中：（2-10）（2-11）（2-12）
21、表2-3小信号模型参数含义：ro输出电阻gm饱和区跨导gmb衬底效应跨导CSB源-衬底耗尽层电容CDB漏-衬底耗尽层电容CGS栅一源电容CGB栅一衬底电容CGD栅-漏电容通过手动计算理想的参数值，需要根据电路得出其简化电路，也就是小信号模型。图2-5所示为简化模型。图 2-5 MOS管简化小信号模型模拟电路设计的八边形法则：增益、速度、功耗、电源电压、噪声、电压摆幅、输入输出阻抗等为运放的主要性能参数。模拟电路设计的八边形法则如下图2-6所示：噪声线性功耗输入/输出阻抗增益电源电压速率电压摆幅 图2-6 模拟电路八边形法则设计一个运放时，需要全面考虑其主要性能参数，因为这些参数中的很多是相互影
22、响，相互制约的，故而设计统筹兼顾，全面优化。如图“模拟电路设计的八边形法则”所示，参照下图的结构，更明确地看出设计所在的重点及难处，此时就需要一个比较这种的方案，来使得各个参数都能达到理想值1。2.3运算放大器概况及分类 运放的电路有很多种，每一种不同的运放都有不同的作用及其功能，我们需要根据自己所设计的电路去选择适合自己电路的不同的运放。运放的作用顾名思义就是用来提高电路的增益，很多情况下，由于运放的不足之处使得，我们需要对运放设计进行二级放大，二级放大的作用在于使得该电路的增益获得更高的增益，因此我们需要选好一个电路的运放，避免电路的不必要浪费。如下图2-7所示就是一个二级运放的电路图。图
23、 2-7常用的两级运算放大器的框图图2-7的框图，描述了运放的重要组成部分。双极型运放和CMOS运放在结构上非常相似，但是现今所用的放大器大多为CMOS运放3。输入级：结构主要为差分电路结构，在某些情况下还会提供一个差分到单端的变换。根据差分电路的的对称性，可以使得电路有一个大的共模抑制比 ，降低噪声，减少失调性能对电路的影响。增益级：使电路产生一个更高的增益。在电路所生成增益不足以满足电路要求时，可以使用该级。输出级：输出级一般由源极跟随器或推挽放大器组成，用于降低输出电阻，维持大的信号摆幅。偏置电路：主要用于为每只晶体管建立适当的静态工作点。补偿电路：在运算放大器加负反馈时，保持整个电路工
24、作的稳定。在理想情况下，运算放大器具有无限大的差模电压增益、无限大的输入电阻和零输出电阻。但是现实情况下，运算放大器的性能只能接近这些值。图2-8显示了运放的电路符号：图2-8 运算放大器的符号图2-8中，“”表示反向输入端，“+”表示同向输入端。在非理想状态下，输出电压，的表达式为：（2-13）表示开环差模电压增益；和分别是作用在同相端和反向端的输入电压。在运放的增益足很大时，运放电路外加的负反馈电路后，其输入与输出形成反馈回路，而输入端口就形成了零子端口，外接入端口的电压为零时，输出亦为零。在图2-6中，假设：（2-14）（2-15）那么：（2-16）下图2-9展示了一个由运放所构成的电压
25、放大器，输入端接电压根据运放特性，得到输出端一个放大了的电压。 图2-9 用运算放大器构成的电压放大器输出电压通过R2接至反向输入端，形成负反馈通路，用来控制放大器工作在稳定状态，输入加在同相输入端时，输出电压与输入电压方向相同，加在反相输入端时，输出电压与输入电压方向相反。当只提供输入信号Vinp ，此时Vinn=0，输入点压接在同相输入端，此时电压放大器称为同向放大器。当只提供输入信号Vinn时，此时Vinp=0，输入电压接在反相输入端，此时电压放大器称为反向放大器4。20多年前，为了适应各种各样的不同的电路设计与要求，很多放大器被制造成各种通用模块，以便更好，更方便的应用。有时盲目追求某
26、个单独的高指标，会造成其他指标的不符合，而这些是很不希望看到的。与此相反，今天的运算放大器设计不再盲目的追求单项指标，而是方各项指标的综合考虑，在寻求高增益的情况下，带宽，摆率，低功耗等也会有很好的适应值。放大器主要有差分放大器，共源共栅放大器，套筒式共源共栅放大器，折叠共源共栅放大器等。 2.3.1简单的共源共栅放大器图2-10为共源共栅放大器结构，英文俗称cascode。简要分析该结构，单看M1管，也就是将M1管的漏极看作输出端空载，此时即为共源结构，单看M2管，将其源端以下结构看成输入级，该结构即为共栅结构。将两个结构合并在一起，就是共源共栅结构放大器，其中流经M1和M2的电流相等。图
27、2-10简单的共源共栅放大器下面来分析图2-10共源共栅结构的偏置条件。为了保证M1工作在饱和区，必须满足VxVinVTH1。假如M1和M2都处于饱和区，则Vx主要由Vb决定：Vx=VbVGS2。因此，VbVGS2VinVTH1。为了保证M2饱和，必须满足VoutVbVTH2，如果Vb的取值使M1处于饱和区边缘，则VoutVinVTH1+VGS2VTH2。从而保证M1和M2的过驱动电压与M1和M2工作在饱和区的最小输出电平相等。也就是说，电路中M2管的增加，会使电路的输出摆幅减小，减小的量至少为M2的过驱动电压。我们也说成M2“层叠”在M1上17。图2-11是考虑共源共栅小信号模型所得出的小信
28、号等效电路，要使电路正常工作，首先要确保两个晶体管都工作在饱和区。如果，即忽略沟道调制效应，根据小信号模型可看出，共源共栅放大器的输出电压增益仅仅跟M1管，也就是共源结构有关，与M2无关。共源共栅放大器的增益等于共源结构的增益 。图2-11 共源共栅结构的小信号等效电路共源共栅放大器的一个最为重要的特性：输出电阻很大。根据图2-12所示，来计算共源共栅放大器的输出电阻。图 2-12 共源共栅结构输出电阻的计算为了计算输出电阻Rout，将M1管近似看成是一个阻值为ro1的电阻，可将电路看成是带有源级负载电阻的共源级放大电路，该电路的输出电阻计算公式为如下（2-20）所示：（2-20）（具体推导从
29、略），可得：（2-21）假设，可得：（2-22）由上式可以看出，M2存在使得M1的输出阻抗得到明显的提高，从原来的(gm2+gmb2)ro1，变为现在的(gm2+gmb2)ro2ro2。虽然共源共栅接狗会带来打的输出阻抗，但是由于太多共源共栅结构需要很大的电压，而打的电压也是很难得到，因而不会采取太多个共源共栅结构。下图2-15是带电流源负载的共源共栅结构。图 2-13 带电流源负载的共源共栅结构电路分为两种，一种是线性电路，另一种就是非线性电路。共源共栅电路就属于线性电路，其增益的计算公式为-GmRout，Rout即为本电路的输出电阻，由于材料的本身限制，所以该电路的Gm为不可变得数值，当我
30、们需要增加电路的增益时候，则必须要增加电路的输出电阻。我们一定要学会熟练明确的应用运放来增加电路的增益1。下面来计算图2-13电路的电压增益。因为M1产生的小信号电流中的一部分被电阻ro1分流到地，电路中实际的Gm要略微小于gm1，如图2-14所示。分析图2-14可得：（2-23）因此整体的跨导为（2-24） 由式（2-21）可知（2-25）由辅助定理，电压增益为（2-26）将式（2-24）和（2-25）代入式（2-26）可得（2-27）假设，那么（2-28） 图 2-14 带电流源负载的共源共栅结构的电压增益的计算共源共栅结构不一定起放大器的作用。这种结构的另一种普遍应用是构成恒定电流源，高
31、的输出阻抗提供一个接近理想的电流源16。如图2-15所示。图 2-15 PMOS共源共栅结构组成电流源负载2.3.2套筒式共源共栅运算放大器运算放大器分为单端输出放大器，双端输出放大器，下图2-16所示的（a）和（b）分别表示套筒式运放的单端输出和双端输出，套筒式运放电路虽然具有很高的电压增益，但是随之而来的牺牲确实不容忽视，例如电路的摆幅减小，极点增加。套筒式运放和折叠式运放两者相比，在同等条件下前者比后者的输出摆幅要小些。在图（b）电路中，输出端电压最小值为：Vout=VOD3+VOD1+VCSS，输出端电压最大值为：Vout=VDD|VOD7|VOD5|。因此运算放大器每一边的两峰值之间
32、的摆幅为：VDD（VOD1+VOD3+VCSS+|VOD7|+|VOD5|）。a）单端输出 b）差动输出图2-16 套筒式共源共栅运算放大器作为套筒式运算放大器，高的电压增益为其显著优点，但是其很难应用输入与输出短路的方式实现单位增益缓冲器，因而其职能作为放大器来应用。该为套筒式运算放大器的另一个缺点。如图2-17所示。下面来分析其原因：为了使电路正常工作，就要求M2和M4都工作在饱和区，条件是VoutVxVTH4还有VoutVbVTH4。由于Vx =VbVGS4，所以VbVTH4VbVGS4+VTH2。这个输出电压的范围只等于VTH4（VGS4VTH2），虽然通过把M4的过驱动电压，减到最小
33、，可以使这个电压范围最大，但总是小于VTH21。图2-17 输入与输出短路的套筒式共源共栅运放接下来要计算图2-16（b）的电压增益，可以利用“半边电路”的概念简化电路模型，将电路逐渐简化为小信号电路，分析小信号电路来简化计算过程。由于该电路双边对称故而可以构建如图2-18所示的半边电路，该电路分别是NMOS与PMOS的共源共栅放大器结构的级联。图2-18 套筒式共源共栅运放的半边电路图2-18电路的输出电阻为两个共源共栅结构的输出电阻的并联。所以总输出电阻为（2-29）其中Rout1,3为晶体管M1和M3组成的共源共栅结构的输出电阻，Rout5,7为晶体管M5和M7组成的共源共栅结构的输出电
34、阻，根据共源共栅放大器输出电阻公式（2-21），可知：（2-30）（2-31）所以有： （2-32）假设，根据上面的辅助定理有：（2-33）所以有：（2-34）可见，套筒式共源共栅的增益很大。2.3.3折叠式共源共栅运算放大器目前共源共栅放大器已经逐渐取代了传统的套筒式运放，因为共源共栅放大器的输出摆幅明显比它更大，而且易于对输入与输出进行操作如图2-19，就是一个例子，通过实例我们可以看出这是一个PMOS的共源共栅放大器，通过它进行分析研究对比于以前的运放。 图2-19 折叠共源共栅运放选择首先计算如图2-19显示的折叠共源共栅运算放大器的最大电压输出摆幅，从图2-19可以看出，输出摆幅的低
35、端为VOD3+VOD5，高端为VDD|VOD7|VOD9|，因此运放每一边的两峰值之间的摆幅等于VDD（VOD3+VOD5+|VOD7|+|VOD9|）。同上面介绍的图2-16（b）的套筒式共源共栅的输出摆幅相比，摆幅大了一个尾电流源的过驱动电压。折叠结构的缺点为：会产生很大的功耗17，这是因为：在图2-16中，一个偏置电流ISS供给输入管和共源共栅管，而图2-19中，输入对管要求加额外偏置电流。也就是说ID5=ISS/2+ID3。下面来计算图2-19折叠共源共栅运放的小信号电压增益。因为共源共栅放大电路本身的对称特性，故而应用 “半边电路”原理，可以将其运用在图2-19电路中，得到折叠式共源
36、共栅放大器的的半边电路，像下图2-20所显示。图2-20 折叠式共源共栅的半边电路由上面的辅助定理我们知道电压增益：（2-35）因此为了得到运放的小信号电压增益，我们需要计算得出Gm和Rout即可。首先我们来求Gm 。把输出短接到地上，可得图2-21所示电路：图2-21 输出对地短路的等效电路简要分析上图2-21，从M3的漏极往里看将电路等效，此时可以得出通过M3的电流即为M1的漏电流，而此时根据分析电路工作状态，所得到电路输出阻抗远低于ro5|ro1，即：（2-36）因此（2-37）再来计算Rout。接下来需要根据小信号模型的来简化电路，如下图2-22所示。图2-22 输出开路等效电路根据如
37、图显示，经过分析上述电路，可以等效的把输出的电阻看成是两部分电阻的并联，以节点A为分界，第一部分的输出电阻为Rout7,9，第二部分的输出电阻为Rout1,3。则总电阻Rout为电阻Rout7,9和Rout1,3的并联。先来计算Rout7,9。分析电路结构可以得出M7和M9共同组成了共源共栅结构，分析共源共栅结构，根绝其定理及推导公式，可以得出输出电阻的公式（2-22）可求得M7和M9构成的共源共栅结构的输出电阻Rout7,9，即：（2-38）节点A下面的一部分可以看成带负反馈电阻ro1|ro5的共源级。由带负反馈的共源级的输出电阻的公式（2-20），并假设gmro1，可得：（2-39）（2-
38、40）将式（4-32）和（2-40）代入式（2-35）可得：（2-41）这个增益与套筒式运放的增益相比，大约小了23倍。原因有两点：1当器件的主要参数都相同时，比如：尺寸和偏置电流等，PMOS与NMOS输入差动管两者相比，前者所表现出的跨导较低。2根据公式可看出ro1|ro5很大的影响，从共源共栅结构端和输入结构端的两个支路电流，共同经过M5，这两个之路电流减小了输出阻抗。需要注意的是，“折叠点”（即M3和M4的源端）的极点，与套筒式结构的共源共栅的源端对应的极点相比，更靠近坐标原点。下面来分析其原因，如图2-23所示。 a）套筒式的电容 b）折叠式的电容图 2-23 套筒式和折叠式共源共栅运
39、放的器件电容对非主极点的影响。在图2-23（a）中，节点A处会有一个寄生电容Ctot，该寄生电容是由上下两个MOS管M3和M1引起的，主要是由CGS3、CSB3、CDB1、CGD1等电容组成，当电路由（a）的单边电路变为双边电路，例如图（b），节点A的负载电容Ctot，除了包含CGS3、CSB3、CDB1、CGD1，还有两个大电容CGD5和CDB5，要想使电路正常工作，此时的M5的栅宽必须很大，这样以才能使电路在小的过驱动电压下，可以允许大电流的通过。实现折叠共源共栅运放结构不一定仅仅拘泥于某个种类，根据具体情况，选择分析所用到的结构，例如除了可以用如图2-19所示的PMOS差分对管做为输入，
40、还可以用NMOS差分对管做为输入。如图2-24所示。对于该运算放大器的电路结构的折叠点B，其对应的极点由M3的跨导以及背栅效应跨导与该节点所产生的寄生电容有关，即极点由和节点B的寄生电容电容的乘积决定，但是理论上来说，与极点相关的两个乘积项的数值都比较大。在此作出分析，对于电路整体而言其中M3的跨导比较低，而M5可以提供较大的电容，为了使电路的半边电路通过较大的电流（通过M1和M3的电流），此时要求M5必须有较大的栅宽，所以该运算放大器的折叠点B的极点与图2-19运算放大器的折叠点的极点相比，前者的极点更低。通常情况下，一项指标的增加会导致其他指标的下降，上面所讲述的运算放大器的极点变的更低，我们可能会担心对其增益会不会有影响，经研究表明，确实会带来影响，但是该影响确实正向的，因为是它可以提供比图2-19的运算放大器更高的增益，产生这种影响的原因是：载流子在NMOS管中的迁移率变的更大了1。图 2-24 NMOS差分管作为输入的折叠共源共棚运放折叠式的共源共栅运算放大
