中極失調怎么辦？探索解决之道

摘要： 运放失调，即运算放大器（Opamp）或运算跨导放大器（OTA）、比较器等的输入失调电压，是运放在实际应用中常见的非理想因素之一，运放失调会对电路的性能产生显著影响，特别是在高精度应...

运放失调，即运算放大器（Opamp）或运算跨导放大器（OTA）、比较器等的输入失调电压，是运放在实际应用中常见的非理想因素之一，运放失调会对电路的性能产生显著影响，特别是在高精度应用场合，下面将详细分析运放失调的影响、常见运放结构的失调贡献因素、结合具体工艺估算失调以及失调的仿真方法和结果验证。

运放失调的影响

运放失调会导致输出电压偏离预期值，从而影响电路的整体性能，在反相放大器中，如果不考虑输入失调电压时，其增益约为R2/R1，但当考虑到输入失调电压Vos时，等效输入失调电压Vos会被放大，并贡献到输出电压上，这种偏差在高精度应用如bandgap voltage reference或temperature sensor电路中尤为明显，可能导致最终测试结果偏离设计值。

常见运放结构的失调贡献因素

运放失调主要来源于差分对管的失配和电流源负载的失配，以下是几种常见差分结构的失调贡献因素：

1、电阻负载差分结构：β的偏差包含了器件尺寸宽长比的偏差，通过降低输入对管的过驱动电压，可以降低负载电阻和对管β的失配贡献。

2、电流源负载差分结构：通过增大gm1,2和减小gm3,4可以减小总的输入失调电压。

3、折叠共源共栅结构：使用更复杂的电路结构，如折叠共源共栅，可以通过增加器件面积来减小失配。

结合具体工艺估算失调

以某Foundry的28nm工艺为例，搭建了一个简单的电路，并通过计算关键器件的阈值和β的失配的标准差来估算失调电压，计算结果显示，该电路的失配估算约为2.84mV，需要注意的是，这里忽略了cascode管子M7~M10的失配贡献。

失调的仿真方法和结果验证

输入失配电压主要通过Monte Carlo仿真得到，仿真方法包括开环方式和闭环方式：

1、开环方式：通过DC或瞬态扫描，得到输出电压跳变时对应的输入电压差。

2、闭环方式：利用单位增益缓冲器直接得到输入输出的DC电压差。

仿真结果表明，1000次MC仿真的标准差为3.5mV，比估算值偏大，这可能由于实际工艺中的其他失配因素所致。

以下表格归纳了不同差分结构的失调贡献因素及相应的减小措施：

运放失调是影响电路性能的重要因素，需要在设计过程中充分考虑，通过合理选择结构和器件尺寸，折衷考虑和权衡各指标的矛盾，可以有效减小运放失调对电路性能的影响，通过仿真验证可以进一步确保设计的准确性和可靠性。