56、高频放大器设计与性能分析

高频放大器设计与性能分析

1. 引言

随着视频和无线通信信道工作频率的不断提高，对高频放大器的需求也日益增长。同时，单芯片集成的追求催生了新一代主要面向CMOS VLSI的放大器。本文聚焦于视频、光学和RF系统前端应用的高频放大器设计，以满足高速、低电压、低噪声和低失真等严苛要求。

2. 电流反馈运算放大器

2.1 电流反馈运算放大器基础

运算放大器是模拟电路设计的基本构建模块之一。高速、低失真运算放大器的出现，使得放大器、滤波器、振荡器等高性能信号处理功能得以轻松实现。近十年来，互补双极技术的发展推动了单芯片视频运算放大器的实现，而电流反馈运算放大器（CFOA）等非传统拓扑结构的出现，进一步提升了这些器件的速度。

CFOA结构以其能够在一阶近似下克服传统电压反馈运算放大器（VOA）的增益 - 带宽权衡和压摆率限制而闻名。其拓扑结构与传统VOA有两点不同：
- 输入级是连接在运算放大器输入之间的单位增益电压缓冲器，作用是使Vn跟随Vp，且由于缓冲器输出阻抗低，在正常负反馈操作下，反相输入端会有极小电流进出。
- CFOA提供高开环跨阻增益Z(jω)，而非VOA的开环电压增益。电流控制电流源感应缓冲器输送到外部反馈网络的电流IINV，并将其复制到高阻抗Z(jω)，输出电压由公式(V_{OUT}=Z(j\omega)I_{INV})给出。

当负反馈环路闭合时，输入电压的任何不平衡会使输入电压缓冲器向外部网络输送误差电流IINV，该电流通过电流镜传输到阻抗Z，产生输出电压。负反馈确保输出电压朝着减小误差电流和平衡输入电压的方向变化。

开环动态可近似为单极点响应，假设增益节点的总阻