模擬IC設(shè)計(jì)之OP單位增益帶寬計(jì)算

一直以來，模擬IC設(shè)計(jì)都是大家的關(guān)注焦點(diǎn)之一。因此針對(duì)大家的興趣點(diǎn)所在，小編將為大家?guī)鞳P單位增益帶寬計(jì)算的相關(guān)介紹，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)看下文。

一、模擬IC設(shè)計(jì)

模擬IC設(shè)計(jì)生命周期可長(zhǎng)達(dá)10年。數(shù)字IC強(qiáng)調(diào)的是運(yùn)算速度與成本比，數(shù)字IC設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在盡量低的成本下達(dá)到目標(biāo)運(yùn)算速度。設(shè)計(jì)者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號(hào)，或者利用新工藝提高集成度降低成本。因此數(shù)字IC的生命周期很短，大約為1年-2年。

模擬IC強(qiáng)調(diào)的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性。產(chǎn)品一旦達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)就具備長(zhǎng)久的生命力，生命周期長(zhǎng)達(dá)10年以上的模擬IC產(chǎn)品也不在少數(shù)。如音頻運(yùn)算放大器NE5532，自上世紀(jì)70年代末推出直到現(xiàn)在還是最常用的音頻放大IC之一，幾乎50%的多媒體音箱都采用了NE5532，其生命周期超過25年。因?yàn)樯芷陂L(zhǎng)，所以模擬IC的價(jià)格通常偏低。

二、模擬IC設(shè)計(jì)之如何計(jì)算OP單位增益帶寬

在實(shí)際的建立過程中, 運(yùn)放由于有限的帶寬, 建立速度不可能無限大, 因此就存在建立誤差。只有保證運(yùn)放的閉環(huán)帶寬足夠大, 才能保證 MDAC 的建立精度滿足系統(tǒng)要求。

假設(shè)運(yùn)放閉環(huán)的時(shí)間常數(shù)為τ，MDAC 的反饋系數(shù)為β 。閉環(huán)系統(tǒng)的輸出表達(dá)式為：

公式（1）

為了便于計(jì)算和分析, 可以將放大相的 MDAC 閉環(huán)電路近似為單極點(diǎn)系統(tǒng)。線性建立情況下時(shí)間常數(shù)和運(yùn)放 GBW 的關(guān)系為：

公式（2）

上式中，ω-3dB表示閉環(huán)系統(tǒng)的-3dB帶寬，ωu表示運(yùn)放的單位增益帶寬。

建立誤差為：

公式（3）

接下來我們將這個(gè)誤差量折算到ADC的最前端，折算的方法是將該誤差除以前向增益。根據(jù)前文的ADC架構(gòu)圖，設(shè)當(dāng)前級(jí)為第i個(gè)流水級(jí)（i=1~M），折算到輸入端的誤差為：

公式（4）

建立誤差最大值應(yīng)該小于系統(tǒng)整體分辨率的1/2。則有：

公式（5）

公式（6）

t為分配給MDAC的輸出建立時(shí)間。若FCLK表示時(shí)鐘頻率，則可用表示分配的建立時(shí)間的大小，帶入上式：

公式（7）

若α=1/2，則表示MDAC的輸出需在時(shí)鐘一半周期以內(nèi)完成建立。式(7)表明, 系統(tǒng)采樣頻率越高, 對(duì)運(yùn)放的帶寬要求也越高, 對(duì)于多位的 MDAC, β越小, 那么也要求更大的帶寬。而更大的帶寬，往往意味著更大的功耗，因此高速應(yīng)用的 ADC 和多位結(jié)構(gòu)的流水線級(jí)意味著更高的功耗。

根據(jù)公式7，對(duì)一個(gè)9bitADC嘗試計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表所示：

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