首先来分 析MOS管失配的影响。MOS管的 失配既可能是物理尺寸上的失 配——例如宽长比W/L不同,也 可能是工艺参数上的失配——例 如阈值电压VTH不同,而失配都对 流过MOS管的电流产生影响,使 得管子的跨导发生变化,从而造 成放大器两条支路的输出电压不 同。 图5.3.4 (a)输入对管跨 导不同的差分放大器 不妨设M1管的跨导为gm1=gm, M2管的跨导为gm2=gm+Δgm。设放 大器偏置电流源的有限输出电阻为 rss,将左右支路分开,则每条支路 都构成一个包含源极负反馈电阻 2rss的放大器,如图5.3.4(b)所示。 忽略MOS管的背栅效应gmb和输出 电阻ro,在共模信号vin输入下,有: 图5.3.4 (b)计算Acm-dm的等效电路 那么这时共模输入信号将产生差模输出信号,其大小是: (5.3.26) 类似地,当放大器的负载电阻失配时,共模输入信号同样会 产生差模输出信号。设负载电阻的大小分别是RD和RD+ΔRD,则 两条支路的电压增益分别是: 得到: (5.3.27) 同时考虑差分放大器输入管跨导失配和负载电阻失配造成 的共模输入——差模输出影响,则该转换增益Acm-dm可以看成两 者计算结果的叠加,有: (5.3.28) 此时得到共模抑制比是: (5.3.29) 从上式可见,放大器在一定电压增益下,可以通过增大偏 置电流源的输出电阻来提高共模抑制比。我们应该注意差分放 大器由于电流源输出电阻有限产生的共模增益和由于电路失配 产生的共模增益之间的区别。前者在共模信号输入下,只产生 共模输出,也就是说共模输出电平会发生一定变化,从而影响 电路的小信号增益。而后者在共模信号输入下,产生了差模输 出。该信号将和放大器差模输入产生的差模输出信号混在一起, 而且无法分离,因此降低了放大器差模输出信号的精确性。所 以电路失配造成的影响比电流源有限输出电阻造成的影响大得 多。 5.3.3 共模响应的高频特性 如图5.3.5(见下页),在分析差分放大器差模高频特性的 时候,由于节点N是交流地,所以它可以忽略。而在共模特性 分析中,当考虑电流源有限输出电阻的时候,该节点是带有负 反馈电阻的MOS管的源极,它将产生一个额外的极点,从而 影响放大器的高频特性。我们可以套用3.6 节中公式(3.6.23) 来计算此时放大器的共模高频特性。该节点到地的电阻为rss, 而到地的电容包括了M1-M3管的寄生电容: (5.3.30) 由于该节点的寄生电容较小,通常它所对应的极点是放大 器的非主极点。不过,当为了提高放大器的共模抑制比而增大 电流源电阻rss的时候,这一极点将向原点靠近,使得放大器的 高频共模抑制下降。 CN=CGD3+CDB3+CBS1+CBS2 图5.3.5 差分放大器节点N 在共模高频特性下的等效电路 图5.3.6 给出了图5.3.5 中放大器的差模和共模高 频特性曲线。和放大器的 差模高频特性相比,共模 高频特性多出了位于N点的 极点,所以正如图所示, 共模带宽小于差模带宽。 图5.3.6 差分放大器的差模增益 和共模增益