基于5G 通信的差分运算放大器的研究与设计

罗骏

（中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西桂林，541004）

0 引言

基于5G 通信技术的差分运算放大器的研究与设计，分析 5G 通信技术与差分运算放大器之间的关联。5G 通信传输的是毫米波，之前的频率带宽完全满足不了，也由此对毫米波技术研究逐年深入。

设计的参数目标是，在0.35umCMOS 工艺上，使用Cadence软件设计的一个基于5G 通信技术的差分运算放大器，电路能到达预期指标：开环直流增益：80dB，单位增益带宽：200MHZ，相位裕度：70°，转换速率：200V/ns，输出摆幅:-1.6V～1.6V。

1 运算放大器的原理与结构比较分析

1.1 运算放大器的原理介绍

运算放大器，英文全称是Operational Amplifier，缩写为OPA，简称运放。其符号如下：

在上述图2 中，是基本运算放大器的等效电路。在图中，Vd 是差分输入电压，是Vp 和Vn 两个输入端电压的差值

图1 运算放大器的表述符号

图2 理想运算放大器等效电路

Av 为运算放大器的增益，也叫无载增益。

我们可以通过选择电路的结构，或者增加缓冲级等诸多方法，使得实际运放电路的增益和输入输出电阻接近一个理想的情况。

1.2 设计选型比较分析

1.2.1 简单的全差分结构

在图3 所示给出的是运放电路中的全差分结构，Vdd 表示电源电压，Iss 代表了一个恒流源，NMOS 单管M1 和M2 构成了一个输入差分对，其他两个PMOS 管M3 和M4 构成两个负载，从图中可以得到最终输出摆幅公式为：

图3 简单全差分结构

简单全差分结构增益并不高，通常为20dB～30dB。

1.2.2 套筒式共源-共栅结构分析

为了具有更快的响应频率，便引出了套筒式共源-共栅结构。其思路是提高运放的输出电阻以增大运放电路的增益。……