模拟IC设计之OP单位增益带宽计算

一直以来，模拟IC设计都是大家的关注焦点之一。因此针对大家的兴趣点所在，小编将为大家带来OP单位增益带宽计算的相关介绍，详细内容请看下文。

一、模拟IC设计

模拟IC设计生命周期可长达10年。数字IC强调的是运算速度与成本比，数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号，或者利用新工艺提高集成度降低成本。因此数字IC的生命周期很短，大约为1年-2年。

模拟IC强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性。产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力，生命周期长达10年以上的模拟IC产品也不在少数。如音频运算放大器NE5532，自上世纪70年代末推出直到现在还是最常用的音频放大IC之一，几乎50%的多媒体音箱都采用了NE5532，其生命周期超过25年。因为生命周期长，所以模拟IC的价格通常偏低。

二、模拟IC设计之如何计算OP单位增益带宽

在实际的建立过程中, 运放由于有限的带宽, 建立速度不可能无限大, 因此就存在建立误差。只有保证运放的闭环带宽足够大, 才能保证 MDAC 的建立精度满足系统要求。

假设运放闭环的时间常数为τ，MDAC 的反馈系数为β 。闭环系统的输出表达式为：

公式（1）

为了便于计算和分析, 可以将放大相的 MDAC 闭环电路近似为单极点系统。线性建立情况下时间常数和运放 GBW 的关系为：

公式（2）

上式中，ω-3dB表示闭环系统的-3dB带宽，ωu表示运放的单位增益带宽。

建立误差为：

公式（3）

接下来我们将这个误差量折算到ADC的最前端，折算的方法是将该误差除以前向增益。根据前文的ADC架构图，设当前级为第i个流水级（i=1~M），折算到输入端的误差为：

公式（4）

建立误差最大值应该小于系统整体分辨率的1/2。则有：

公式（5）

公式（6）

t为分配给MDAC的输出建立时间。若FCLK表示时钟频率，则可用表示分配的建立时间的大小，带入上式：

公式（7）

若α=1/2，则表示MDAC的输出需在时钟一半周期以内完成建立。式(7)表明, 系统采样频率越高, 对运放的带宽要求也越高, 对于多位的 MDAC, β越小, 那么也要求更大的带宽。而更大的带宽，往往意味着更大的功耗，因此高速应用的 ADC 和多位结构的流水线级意味着更高的功耗。

根据公式7，对一个9bitADC尝试计算，计算结果如下表所示：

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