这一篇介绍了一种互补输入对直接驱动 classAB 输出级的二级放大器,实现了高 gm 效率以及 power-rail 输出能力。
在低速低噪声放大器中,决定功耗的是输入管的gm,对驱动能力要求不高。1/f 噪声可以通过 chopping + AZ 等方法动态消除,高频/混叠噪声可以通过 Post-LPF 消除,但是低频的热噪声噪底就几乎取决于电流偏置了。
普通的单一类型输入管的放大器,其 gmoverid 效率最多 20(此时已经偏置地比较夸张了),然后利用互补输入对,实现互为负载互为输入,可以将 gm 效率 double,然而由于堆叠导致输出范围受限,电源电压降低时无法再堆叠一个 classAB 的浮空电压源,所以这种放大器再接 classAB 推挽输出级时,中间还需要一级放大器去处理电源/输出裕度的矛盾。
快速搭建电路,仿真参数如下:
- 输入管,单边的跨导,193uS+350uS = 543us @20uA,这样可以无压力实现近似BJT管的 gmoverid 的比例,甚至可以进一步偏置到亚阈值区;
- Miller 电容加上 cgd 寄生,单边的,( 3.66pF + 0.04pF ) × 2 =7.4 pF
- 整体的GBW可以计算出来,543u / ( 2π × 7.4p ) = 11.55 MHz,实际仿真值是10.55MHz,PhaseMarge 75.8°C
- 热噪声噪底仿真值 9.82nV/sqrt(Hz)
需要注意的点:
- 共模反馈问题,这可能时全差分放大器的通用问题,当完全接单位增益负反馈时,共模为 VDD/GND时,输入对所在的支路电流可能完全消失,此时无论如何调整负载级的电流,都无法恢复共模;(这种似乎只有传统的轨道轨输入的放大器,恒电流偏置或者3X电流镜偏置的那种 N+P 输入对才能解决该问题)
- 这里中间折叠点的电流为8uA, 负载级为8uA,这个设置决定了主极点 Cc 位置的 SlewRate,单边最大充电电流为8uA(中间级决定),最大放电电流也是8uA(负载级决定)
