本文主要是介绍gmid方法设计五管OTA二级远放，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
首先给出第一级是OTA，第二级是CS的二级运放电路图：
gmid的设计方法可以根据GBW、Av、CL来进行电路设计，因此在设计电路之前需要以上的参数要求。
1、为了满足电路的相位裕度至少60°，需要对GBW、主极点、零点进行分析。
首先给出其表达式：
GBW=gmin/Cc
p1=-gm1/CL
p1为主极点，实际位置在第一级输出点；
p2为次极点，实际位置在第二级输出；
z为零点，实际位置在密勒补偿支路上，零点的产生是由于有两条前馈通路。
按我们理想的设计方法进行增益、相位设计时，在单位增益带宽内应该只有一个极点，因此可以近似为单极点系统。因此考虑如下的相位图：
主极点贡献90°相位是我们不能控制的，只能尽量将第二极点、零点频率尽量增大来提高相位裕度。
以相位裕度PM60°为指标，可以设计为：
第二极点频率=3GBW；
零点频率=6GBW；
这样大约有62°相位裕度。
根据 零点频率是第二极点频率二倍，我们可以计算出第一级输入管跨导gm1是第二级输入管跨导gm2的6倍；
gm1=6*gm2
也能够计算出
CL=2Cc
再根据主极点频率公式可以计算出gm1的数值，便可以计算出gm2的数值。
2、下面选定管子长度：
输入管的gmid可以选取10~12，我选择10，这个取值和FOM有关，后续学习后会补充。
确定gmid=10后，也可以计算出两级运放每一级运放的工作电流Id1和Id2。
根据电路图计算二级运放的增益计算公式为：
Av=gm1,2*（ro1,2//,ro3,4)*gm7 *（ro7//ro6）
这里假设并联的电阻阻值近似相等，可以算出
Av=（self_gain（第一级）self_gain（第二级））/4
此时根据NMOS和PMOS的gmid_selfgain曲线进行L的选择，这里给出gmid=10时的曲线。
NMOS↓
PMOS↓
对NMOS和PMOS分别选择合适的L，使其self_gain的乘积满足上边提到的等式，比要求高一些稳妥。
确定L后根据L进行W的确定，选择扫描gmid_id曲线，w设定为1u，这样方便后续对w的确定。也可以扫描gmid_id/w曲线，根据电流去计算W。将W设定为1u其实就是将分母消除掉了。
下面给出w=1u时的gmid与id曲线：
NMOS↓
PMOS↓
根据电流选择w，因为id正相关与w，1u的w流过的电流为扫描图中的数据，则多少u才能流过你想要的电流进行简单计算就可以。这样输入管的W、L就都确定下来了。
下面进行电流镜管子尺寸的设置：
电流镜在电路图中为M5，M6，实际中还需要多一个管子以构成电流镜。这几个管子的gmid都选择8，这样噪声比较小一些。
L尽量选大一些以避免沟长调制效应。W的选取与刚刚讲过的输入管w选定方法一致。
下面给出w=2u的gmid与id曲线。
PMOS↓
NMOS↓
这样电流镜的W和L也就确定下来。
下面确定第一级OTA的电流源负载管的W和L，由于其与第二级CS的Vgs一致，因此需要保证和M7的gmid和L一致才能保证两级都正常运作在饱和状态，因此仅需要复制M7的L，并根据gmid和id的曲线选定W即可。
这样所有的MOS管尺寸就都确定了。
3、最后补充一个零点消除电阻
补偿电阻的阻值计算公式：
最终在cadence中的电路图为：
最终我设计了一个增益90dB,GBW=5.8MHz，相位裕度接近80°
这篇关于gmid方法设计五管OTA二级远放的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
