電荷泵型LED驅動器的CMOS誤差放大器設計

第一級偏置模塊由M13，M14，M15組成，IBIAS是一個高精度溫度補償基準電流源，M11，M12，M15組成電流鏡結構給全差分運放放大器提供電流。M1，M2是差分輸入對管，以M4，M5管為負載管，放大倍數很小。電阻R1為源級負反饋電阻，用來增加運放的壓擺率，并提高運放的線性度。M20～M25為輸出共模反饋管，用來調節運放第一級的共模輸出電平。M4，M6，M7，M8，M9，M10組成共源級放大，采用這種結構是綜合考慮帶寬，相位裕量和寬電壓工作的需要，V2為共源光柵器件提供合適的偏置，電路對V2點的電壓要求不是很高，這是因為由M20～M25組成的輸出共模反饋管，能夠抑制V2點的噪聲干擾。
第二級放大電路A2是把差分的雙端輸出轉換成單端輸出，這一級決定放大電路的放大倍數，同時VEA要有合適的電壓擺幅，在整個工作電壓范圍內都能驅動負載。根據圖2可以近似得出誤差放大器的低頻增益：
W和L分別是晶體管的寬和長。
對如圖2所示誤差放大器，主極點位于第一級放大器A1的輸出點。在A點放大器有最大的輸出阻抗RA和最大的電容CA。由于第二級放大器A2的輸出B點和A點的輸出阻抗在同一個數量級上，兩個點產生的極點相距較近，為了提高電路的穩定性，通常使用密勒補償電容C1，C2，把這兩個極點分開，得到較好的相位裕度。
由補償前后對比可知，密勒補償電容使兩級間的主極點向原點移動，使輸出極點向離開原點方向移動。在兩級運算放大器電路中引入合適的補償電容，使誤差放大器的相位裕度大為增加，大大提高了系統的穩定性。

2 仿真分析
為了評估所設計電路的性能，對不同工作電壓(2．7～5 V)下的誤差放大器進行了仿真，仿真軟件采用Cadence Spectre，仿真模型基于CHRT 0．35 μmCMOS MIXED SIGNAL TECHNOLOGY工藝，仿真條件為25℃下全典型模型。首先，誤差放大器的增益特性如圖3所示，相位特性如圖4所示。