2IE n
2IE k
2IE1
Ub0
(1 ＋ X) I
信号输入
(1 － X) I
图8—5吉尔伯特电流增益单元级联
第8章 现代模拟集成电路技术
8—2 电流反馈型集成运算放大器
电流反馈型集成运算放大器又称电流模运算放大 器(CurrentModeOperationalAmplifier)。该放大器具有高 速、宽带特性，压摆率SR＞1000~5000V/μs，带宽可达 100MHz~1GHz;而且，在一定条件下，具有与闭环增益 无关的近似恒定带宽。由于其优越的宽带特性，在视 频处理系统、同轴电缆驱动放大器等领域得到广泛应 用。
图中， V1 、 V2 接成有源负载跟随器。所以同相输 入端为高阻。而反相输入端接 V3 、 V4 的射极，为低阻。
V1 ~ V4组成输入缓冲级。而且可以看出， V1 ~ V4组成
了跨导线性环。 CM1 和 CM2 表示两个电流镜，它们将 iC3 、 iC4 映射到 i1 和 i2 ，并在 Z 点相加。 V5 、 V6 组成输出 缓冲级。 V7 、 V8 组成互补跟随输出级，以保证输出电 阻很小，增强带负载能力。
(8—16a) (8—17b)
iC1 iL , iC 2 0
第8章 现代模拟集成电路技术
二、矢量差电路 电路如图8—3所示。这里有两个跨导线性环。
环1：V1、V2、V4、V5，且有
2 (iC 4 iC 5 )CW ( iC1 iC 2 )CCW IW
(8—18)
其中面积比系数λ为
二、跨导线性环(TL)原理 有n个正向偏置的发射结 uBE构成一个闭合环路(如
图 8—1 所示， n 为偶数 ) 。其中顺时针 (CW)uBE 数等于逆
时针(CCW)uBE数，即
n/2 n/2
( uBEj )CW ( uBEj )CCW
j 1 j 1 n/2
(8—4)
n/2 I Cj IC ( U T ln )CW ( U T ln )CCW (8—5) I Sj I Sj j 1 j 1
V2 2IE ( 1 ＋X )I
图8—4 吉尔伯特电流增益单元
第8章 现代模拟集成电路技术
iC 4 iC 2 iC1 iC 3 (1 X ) I iC 2 iC1 (1 X ) I iC 2 iC1 2 I E iC 2 (1 X ) I E iC1 (1 X ) I E i1 iC 3 iC 2 (1 X )( I I E ) i2 iC 4 iC1 (1 X )( I I E )
电压模运放不同，其同相输入端是高阻输入，而反相输
入端则是低阻输入。缓冲级之后接一互阻增益级，将输 入电流变换为输出电压。图中RT表示低频互阻增益(一般
可达MΩ数量级)，CT为等效电容(主要是相位补偿电容Cφ1，
1~5pF 左右 ) 。输出端又接一个缓冲级，故最后的输出电 阻很小。电流模运放可以看成一个流控电压源，其互阻 增益A r(s)的表达式如下：
第8章 现代模拟集成电路技术
Ix
IW ＝ ? V43 e 环1
V2
V5 e 环2 2e
图8—3矢量差电路
第8章 现代模拟集成电路技术
iC1 I x I C 3 I x I C 2
而根据环1，有
Ix I y 2
2
(8—22b)
I iC1 iC 2 4
第8章 现代模拟集成电路技术
第8章 现代模拟集成电路技术
8—1 模拟集成电路设计——电流模法
8—2 电流反馈型集成运算放大器
8—3 开关电流——数字工艺的模拟集成技术
8—4 跨导运算放大器(OTA)及其应用
8—5 在系统可编程模拟器件(ispPAC)
原理及其软件平台
第8章 现代模拟集成电路技术
8—1 模拟集成电路设计——电流模法
Auf ( s )
当(Auf0Ri)<<Rf时,则
Auf 0 1 s[ R f Auf 0 Ri ]CT Auf 0 1 sR f CT
(8—37)
Auf ( s )
闭环带宽
(8—38) (8—39)
1 fH 2R f CT
第8章 现代模拟集成电路技术
该式表明，当低频增益Auf0不太大时，电流模运放 的闭环带宽与闭环增益无关，而取决于反馈电阻 Rf 与
(8—25) (8—26)
(8—27)
(8—28a) (8—28b) (8—29a) (8—29b)
第8章 现代模拟集成电路技术
故输出差模电流iod为
iod i1 i2 2 X ( I I E )
那么，电流增益Aid为
(8—30)
iod IE Aid 1 iid I
一般Aid可作到1~10左右。
第8章 现代模拟集成电路技术
8—2—1电流模集成运算放大器的基本特性 电流模运算放大器的基本框图如图8—6所示。
＋ ＋1 ＋1 反相 输入端 Ri － Ii (s) RT CT 输出
同相 输入端
图8—6 电流模集成运放框图
第8章 现代模拟集成电路技术
由图可见，同相输入端经一缓冲级到反相输入端， 其中 Ri 表示缓冲级输出电阻。由此得出，电流模运放与
I Sj Aj J Sj (
j 1 n/2
(8—7)
n/2
I Cj Aj
)CW (
j 1
I Cj Aj
)CCW
(8—8)
得到一个最简洁的关系式：
( I Cj )CW ( I Cj )CCW
j 1 j 1
n/2
n/2
(8—9)
第8章 现代模拟集成电路技术
从此，跨导线性环原理可描述为： 在一个由偶数个 (n) 正向偏置结构成的闭合环路中，
2 W
Ix I y 4
2
所以，输出电流与输入电流的关系为
IW I x I y
2
2
(8—23)
第8章 现代模拟集成电路技术
三、吉尔伯特(Gilbert)电流增益单元及多级电流放 大器
电路如图8—4所示。其中输入差模电流为
iid (1 X ) I (1 X ) I 2 XI
iC1 iC 2 I B
可见，静态工作电流等于偏置电流IB。 若负载电流iL≠0,则
(8—14)
iC 2 iC1 iCL
第8章 现代模拟集成电路技术
UCC IB V1 V3 V4 V2 IB iC2
图8—2互补跟随输出级
iC1 iL
TL环 RL
－UEE
第8章 现代模拟集成电路技术
第8章 现代模拟集成电路技术
Uo ( s) RT Ar ( s ) I i ( s ) 1 sRT CT
若用开环差模电压增益表示，则
(8—33)
Uo ( s) Uo ( s) RT Au ( s ) U i ( s ) I i ( s ) Ri Ri (1 sRT CT )
若顺时针结数等于逆时针结数，则顺时针方向的电流
密度之积等于逆时针方向的电流密度之积。 式(8—8)可改写为
1 1 I Cj I Cj (8—10) CW A j CW CCW A j
引入面积比系数λ，
A A
CW CCW Cj CW
j
(8—11)
j
A
ACj
CCW
(8—34)
第8章 现代模拟集成电路技术
8—2—2 电流模运放的典型电路 电流模运算放大器的典型电路如图8—7所示。
UCC V5 i1 反相 输入端 CM2 Z i2 CT V8 V6 V7 uo
CM1 V1 同相 输入端 V2 V4 V3
－UEE
图8—7 电流模运放的典型电路
第8章 现代模拟集成电路技术
iC 2
1 iL 2 iL I B [( ) 1] 2 2IB
1 2
(8—15a)
1 2
1 iL 2 iC1 iL I B [( ) 1] 2 2IB
如果负载电流|iL|<<IB，则有
(8—15b)
或相反:
1 iC 2 I B iL 2 1 iC1 I B iL 2
第8章 现代模拟集成电路技术
一、跨导线性原理 双极型晶体管的电流 iC 和发射结电压 uBE 互为因果
关系，即
iC I S e u BE
其跨导gm为
u BE UT
(8—1) (8—2)
iC U T ln IS
uBE UT
diC ISe gm duBE UT
IC UT
(8—3)
第8章 现代模拟集成电路技术
(8—31)
图 8—5 给出吉尔伯特电流增益单元的级联电路。该
电路总的电流增益Aid为
n I E1 I E 2 I Ek Aid 1 1 I I I k 1
(8—32)
而且，两级偏置电压仅差一个UBE。
第8章 现代模拟集成电路技术
(1 ＋ X) (1 ＋ IE1 ＋IE2 ＋…＋IE n ) 信号输出 (1 － X) (1 ＋ IE1 ＋IE2 ＋…＋IE n ) Ub n
8—1—1电流模法的特点及原理 传统电路都是以电压作为输入、输出和信息传输 的参量，我们称之为“电压模”或“电压型”电路。 由于极间电容和分布电容的客观存在，此类电路的工 作速度不可能很高，工作电压及功耗也不可能很低。
第8章 现代模拟集成电路技术
所谓“电流模”电路是以电流作为输入、输出以 及信息传输的主要参数的，电路中除晶体管的结电压
补偿电容CT的乘积。这是与电压模运放截然不同的特
性。电压模运放增加带宽必然牺牲增益，增益带宽积 为常数；而电流模运放的增益带宽积随着增益增大而