请教------若干OTA疑问

saiaoying

1. OTA结构如下图所示（点击图片可以放大）。


2. 疑问
a. 根据经验，IB11:IB02, IB21:IB04 这些镜像比例取多少比较妥当？（附加说明：IB11和IB21 都是几毫安数量级的，希望偏置电路功耗越小越好）
b. IB01 IB02不相等可以吗? IB03 IB04同问。
c. 启动MOS Ms1 Ms2的尺寸如何选取？
d. 根据经验，充当去耦电容的MOS尺寸如何选取？(附加说明：工艺库限制，沟长区间[0.18um, 20um]，宽度区间[0.22um, 900um])
   选择若干个（w＝20um）*（l＝20um）的MOS并联可以吗？

希望有经验的高手指点一下，诚挚感谢！

tayo134

回复 1# saiaoying


a. 根据经验，IB11:IB02, IB21:IB04 这些镜像比例取多少比较妥当？

这个比例得看你的系统要求，没有经验值，IB11:IB21通常为2:1，也可以为其它值。

b. IB01 IB02不相等可以吗? IB03 IB04同问。


可以

c. 启动MOS Ms1 Ms2的尺寸如何选取？


ms1和ms2一般取较小的W/L，仿真能让此电路正常启动并正常工作就可以了，没有固定尺寸，因为正常工作后这两个管子都会截止。

d. 根据经验，充当去耦电容的MOS尺寸如何选取？(附加说明：工艺库限制，沟长区间[0.18um, 20um]，宽度区间[0.22um, 900um])
   选择若干个（w＝20um）*（l＝20um）的MOS并联可以吗？


除VCMO需要看系统需求外，其它net上的电容一般没有具体的要求，也不是必须的，但是一般不建议取太大的值，特别是L。在.18um工艺下我以前一般都取L<5um,W<10um。

mercybucher

这个结构好像有问题，IB21的电流到底是由上面决定的，还是下面？会有管子进线性区的吧

tayo134

回复 3# mercybucher


   他这个电路没有问题，是一个标准的全差分折叠共源共栅运放， IB21由上面的电流决定，注意下面有共模反馈VCMFB， 是由一个固定电流源和CMFB控制的电流源加起来产生的，所以在正常工作的时候电流等于上面流下来的电流之和。

mercybucher

回复 4# tayo134

了了，谢谢。我没仔细看，以为是使能信号。

saiaoying

回复 2# tayo134
谢谢指点！

1. 该OTA希望用在宽带DSM中，受到大负载电容和大SR的限制，IB11, IB21都有几毫安的数量级，如果单纯从降低功耗的角度考虑，IB01, IB02, IB03, BI04越小越好，但是，有文献指出: IB21:IB04, IB11:IB02等不能超过5，但是没有给出理由。不知道大哥可否帮忙解释此困惑？在该条件下，这些比例取多少较好？

2. 追加去耦电容的目的：为节省功耗，假如IB01, IB02, IB03, BI04较小，偏置电路VB1 VB2 VB3 VB4等节点对地阻抗高，易受各种噪声干扰。CMFB模块的时钟馈通会引入干扰，同时通过MOS管寄生电容，信号节点的电压波动也会耦合到VB1 VB2 VB3 VB4等节点上，追加去耦电容可以降低这些节点的对地阻抗，可以旁路各种噪声和干扰信号。不知道这样子理解是否妥当？如果去耦电容过大，不知有何不利影响？

请大哥不吝赐教，谢谢！

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a. 根据经验，IB11:IB02, IB21:IB04 这些镜像比例取多少比较妥当？
这个比例得看你的系统要求，没有经验值，IB11:IB21通常为2:1，也可以为其它值。
b. IB01 IB02不相等可以吗? IB03 IB04同问。
可以
c. 启动MOS Ms1 Ms2的尺寸如何选取？
ms1和ms2一般取较小的W/L，仿真能让此电路正常启动并正常工作就可以了，没有固定尺寸，因为正常工作后这两个管子都会截止。
d. 根据经验，充当去耦电容的MOS尺寸如何选取？(附加说明：工艺库限制，沟长区间[0.18um, 20um]，宽度区间[0.22um, 900um])
   选择若干个（w＝20um）*（l＝20um）的MOS并联可以吗？
除VCMO需要看系统需求外，其它net上的电容一般没有具体的要求，也不是必须的，但是一般不建议取太大的值，特别是L。在.18um工艺下我以前一般都取L<5um,W<10um。

tayo134

回复 6# saiaoying


   没有看过那篇文献，也没有做过宽带DSM，所以我也不清楚为什么B11:IB02等不能超过5，但是我做过的OTA一般都超过5，到50的都有，也见过别人的OTA和大公司的芯片照片，都一样。  如果一定要比值小于5，那肯定是为了增加偏置电路的带宽，增加偏置电路的速度，那和追加去耦电容是矛盾的，在偏置电路上增加交流对地电容后，就会减小偏转正电路的带宽或者速度。  偏置电路到底需要速度还是稳定性需要看你的系统要求，仿真一下就知道了。
  芯片内只能增加相对有限的电容，所以这些电容实际上对减小各种噪声和干扰信号的帮助并不大，你可以仿真看一下输出信号的结果。正常的LAYOUT的话，正常工作后，CMFB模块的时钟馈通对偏置电路的影响非常小，它对输出共模的影响才是最大的，但是一般差分的电路系统对共模的抑制都很高，所以一般都不会有问题。
  如果你的系统对CMFB模块的时钟馈通敏感的话，那么CMFB最好不要使用开关电容结构了，换句话说，如果是使用开关电容的CMFB电路，那么一般系统对时钟馈通不敏感。
另外，偏置电路VB1 VB2 VB3 VB4等节点是在此电路中对地阻抗最低的，大小都为1/gm，你增加电容的话对这些节点的极点改善不会特别明显。
偏置电路VB1 VB2 VB3 VB4等节点上的电容一般是在LAYOUT的时候视layout的实际情况画上去的。

我说这些也不是说不加电容或者加电容没用，有时候是加比较好而且必须要加，这个得看具体电路要求，OTA的具体应用，对前后信号影响，对上一层电路影响等等
你可以对你的所有想法都仿真验证一下，看一看输出的信号性能有何变化。

saiaoying

回复 7# tayo134


1. 诚挚感谢大哥的回复！
2. 我们将根据你的建议酌情仿真。

tanguaner

taoyo134回复的非常清楚，我也认真学习了一下
另外，关于启动MOS管尺寸的选取，设计过程中我觉得还是有些需要考虑的
在上电之初，以MS2为例，VB4的电压事实上是以MS2的栅极与VDD之间的电容以及其栅极与地之间的电容之间的比值来确定的，而此时MS2的栅极电压近似为0，所以此时的VB4的值与MS2的尺寸决定了VB3达到正常电平所需要的时间，同理，MS1也可以做同样的分析
当然，启动电路最终还是要仔细进行瞬态仿真来查看结果

fengtang2332

针对楼主电路图，我想请问一个问题：在共模反馈部分，固定电流源与CMFB控制的电流源一般情况的比例是怎样的？是固定电流源分配的电流小一些，还是CMFB控制的电流源小一些？请大侠指点。谢谢。