使用gm/id方法设计单端输出folded cascode运放

一、准备工作

1.1、对基本的PMOS，NMOS进行仿真测试。

设置变量，通过OP函数调出需要的参数，这里笔者调出了PMOS管的pid、pgmoverid、pvth、pfug、pvdsat和pself_gain。这里解释一下pfug是PMOS管的本证截止频率，pself_gain是本证增益。

1.2、使用wave vs wave函数

通过使用IC617以上版本直接调用wave vs wave函数。将gmoverid作为横坐标，得到不同gmoverid所对应的不同管子的性能参数。

下面是晶体管对应的pgmoverid vs pid和pgmoverid vs pfug。可以将所需要的其他参数用同样的方式表达出来，以备使用。此处不再描述。

二、设计

2.1 电路结构

使用最常见的差分输入单端输出的折叠式运算放大器。

2.2 设计步骤参数定义

本文以带宽为切入点进行仿真测试，定义GBW=100M，负载电容CL=5p。设计步骤如下所示：

2.3 计算

1、Gmoverid值得选取：通过nvgs vs ngmoverid可以得到以下所示的图形。

通常gmoverid在10-20之间是中等反型层，2-8之间是强反型层，在0.5V左右的曲线的斜率几乎不变的区间是弱反型层。根据不同电路应用选取不同值的gmoverid,比如低功耗应用可以取较大的gmoverid等。当然这个取值还要看个人的设计经验，以及工艺手册的参数等。

2、偏置计算：gmoverid的值取定就可以得到对应的vdsat的值，当vdsat的值知道后就可以计算出偏置电压的值。计算如下图所示：

3、L的选取

L的选取是一个trade off的过程，可以通过频率和增益进行求解，当然也可以通过其他参数求解。

4、电流计算

通过GBW，以及gmoverid的取值计算出输入对晶体管的gm的值和电流值。根据增益的要求还可以计算出PM3和NM2所流过的电流。

5、查表

所有参数计算完成后，通过查找第一章所对应的仿真图，计算所需要的W的值。最后再通过微小的参数调整，得到整个设计电路。

三、总结

在更先进的工艺中，管子的模型更加的复杂，动手计算的精准度进一步降低，通过直接仿真查表的方法能够使计算更加的精准。本文章是以GBW为切入点，简单的介绍了运放的设计过程，水平有限，还请指正。本文内容主要源于以下书籍。

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