9、限幅放大器设计全解析

限幅放大器设计全解析

1. 限幅放大器设计新思路：基于群延迟约束

传统上，我们在设计限幅放大器时，通常会考虑幅度带宽。但其实我们也可以换个思路，基于群延迟约束来进行设计。在这种方法中，具有最大平坦延迟特性的贝塞尔型响应，可能会比幅度带宽方法中常用的巴特沃斯型响应表现更出色。不过，目前这一领域还有待深入研究，群延迟准则作为限幅放大器带宽唯一规范的充分性也尚未得到证明。

2. 基本增益级

在高速电路中，最简单的增益级是电阻负载差分对。它由开环带宽（或主极点）ωpi = (RLCL)-1 和低频增益 AvDCi = gm12RL 来定义，其中 gm12 是差分对晶体管的跨导。如果晶体管的输出电导 gds 不可忽略，那么在上述两个表达式中，RL 需替换为 RL//gds -1。

增益带宽积（GBW）决定了在给定带宽下我们能实现的最大增益：
- GBW1 stage = (ωpi / 2π) * AvDCi = gm / (2πCL)

通过最大化放大器的跨导并最小化负载电容，可以优化 GBW。在相同增益级的情况下，增益带宽积直接由跨导决定。

在先进技术中，单级增益通常难以超过 3 - 5。由于晶体管的输出电导相对于负载电阻的倒数不可忽略，实际的直流增益会更小。虽然后续章节讨论的架构变化能在一定程度上扩展 GBW 限制，但计算值能很好地反映给定技术的速度潜力，并且它与技术基准 fT 和 fmax 直接相关。

3. 限幅放大器的带宽增强技术

限幅放大器的性能受带宽和开环增益之间的权衡影响。为了扩展设计的可实现性能，人们提出了多种设计解决方案，下面介绍几种常见的技术：