Sansen精粹阅读笔记（1）OTA和OCA （电流放大器）

Sansen模拟电路设计精粹第10章  107 108两页对比了OTA和OCA。其中的两个Av计算是理解这两种结构差异的关键。有的参考文献喜欢把这两种结构叫做电压反馈运放和电流反馈运放，个人意见这种叫法不太准确。因为从反馈的角度看这两种结构都是通过反馈电阻采样输出电压，并转成电流反馈回输入。其目的都是为了使误差输入电流等于0。区别在于第一种情况OTA是物理实际的输入电流为0。第二种情况只是趋近于0。下面计算上述两种情况。

左边和书上的结果一致。右边多了一项B2倍乘因子。忽略这一项应该是对应更广泛的情况。

下面讨论一下这两个结果。

1、左边的OTA不用多说，非常符合直观的认识，即存在GBW，对增益和带宽起到约束作用。但注意这里面用到了一个近似，即放大倍数要远大于1。否则近似的精度会下降，也就是说实际的GBW比经典的要窄。（某种意义上严格的GBW本身就不存在了）

2、右边的OCA是重点。首先，模型里面在输入级出现了一个缓冲器。这个缓冲器增益约等于1。也就是说，电流OCA具有一个天然的电压跟随特性，迫使两个输入端的电压相等。

在上面的原理图中可以看到，由于同相端的MOS管是一个二极管解法，同时有电流源去钳住电流。因此源极的变化同步反应到了栅极，而对M1而言栅极到源极，也就是整个OCA的反相输入端恰好构成了一个源极跟随器。因此这里面从＋号到－号是一个增益为1的电压缓冲。当然需要指出的是这个缓冲跟随只针对小信号成立。实际电路由于失配等因素很难保证同相端和反相端直流电位也一致。所以经常讲电流反馈型的运放直流精度很差。

3、两个电路中的第二级放大器都是一个理想的OTA。其目的在于通过Cc去把前级的电流转换成电压输出。所以表达式里面都出现了jwCc这一项。第一种前级电流需要一个gm去完成电压到电流转换，第二种则直接通过电流镜的复制实现。

4、如果把左边的式子一开始就忽略近似项后重新整理，两种结构的差异就非常明显了：

对于OTA:   

对于OCA:

可以看到，OTA中误差电压依靠Rs产生，也就是说反馈电流和输入电流的差体现在了Rs上。而OCA可以直接去放大误差这个电流差，摆脱了对Rs的依靠，从而使得Rs可以成为一个独立的设计变量。

5、回头来看104页的PPT,对跨阻-带宽积（ARBW）应该可以看出其物理意义了。ARBW刻画了OCA对电流误差的放大能力和带宽。ARBW越大，电流增益越高，而负载电容越小，电路摆速越大，越能高速工作。

注：去年底以来一直赶项目，水平让人捉鸡。好好看书非常必要。此系列将和Razavi射频微电子/模拟CMOS设计不定期持续补充。希望同道钻研的朋友多留言补充，互相学习。