关于gm/id设计方法的介绍，见下文连接台湾老师讲解，本文在复旦大学非常经典的二级运放手算教程基础上，没有用仿真教学固定VOD的方法，采用gmid法思路的设计。

The gmid methodology, a design guideline for two stage miller OP_哔哩哔哩_bilibili

先进工艺中的集成电路设计-gm/Id设计方法 - 知乎 (zhihu.com)

[工学]复旦大学模拟电路二级运放实例 - 豆丁网 (docin.com)

要求：设计一款带宽为100MHZ;增益为80db;相位裕度＞60°，压摆率≥30v/us;静态功耗＜2mw的二级运放。负载电容为3pf

如下图所示，采用了一款经典的二级cmos补偿运算跨导放大器。

1.确定gm/id的值

一般gm/id选择范围是8-12。考虑到噪声影响，作为运放管gm/id取得大一点，作为电流源gm/id取得小一点。

因为mos1，mos2皆作为放大器；顾取gmid=10；

2.计算gm12

首先从GBW入手，因为GBW=100MHZ,公式可得GBW=gm1/(2pi*Cc)

为了电路的稳定，一般来说：

Cc=(0.2~0.3)CL,因为CL=3pf，考虑到寄生电容的影响，Cc=1pf（暂定）

可以求得gm1=gm2=gbw*2pi*Cc=6.28*10^(-4)

3.跟据增益确定L的值

因为增益为80db，即10000倍，所以第一级与第二级每一级至少有100倍的增益。显然得

分别分析gm2(ro2llro4),和gm6(ro6llro7);因为

先分析Pmos1，选取gmid=10的线，选取增益大于150的线宽L;查图可知L=1.2u的时候，增益为182符合要求

因为知道了gm/id=10；可以推得id=gm/10=6.28*10^(-4)/12=63 ua;

因为相位裕度要求压摆率≥30v/us；所以（ IDS5 / Cc ）和IDS7/(Cc+CL)都要≥30us

所以一级电流Ids5≥50us/s；二级电流Ids7≥120ua/s；所以63ua符合要求

粉色为之前确定的L=1.2u；可以得到id/w=862 mA;可以得到w1=id/683mA=73u;

确定了MOS1和MOS2的尺寸为73/1.2u；MOS5尺寸为146/1.2u
下一步确定MOS2和MOS3的尺寸；

按理说MOS2和MOS3作为电流源负载，gm/id取得小一点，本文为了方便计算，也取10
MOS2和MOS3为NMOS管，此处mos2和mos3的L参数影响不大（相对独立），我们可以假设L=1.2u；注意此处不需要考虑nmos本征增益，做电流负载用。

继续在Y→id/w ； X→gm/id的图里确定W的值

在gm/id=10；l=1.2u可以确定；id/w=3.65 可以得到w=50/2.97=17.2

所以确定了MOS3和MOS4的值，MOS3=MOS4 W/L=17.2/1.2u；

4.直流仿真,确定M6尺寸

对一级放大电路的直流仿真目的在于确定MOS4的Vgs的值；mos4和mos6的vgs是一样的，可以确定mos6的参数

如下图直流仿真可知；vgs4=632mA;

同时一级放大电路增益为40db，满足刚开始一级放大电路为100的假设.

仿真NMOS的VGS和gm/id曲线图；可得

L=1.4U;VGS=683mA的基础上，gm/id=9.17，

观察selfgain,AV＝314.满足要求

5.根据第二极点位置确定二级电流和M7尺寸

题目要求相位裕度大于等于60°；即第二极点的位置 fnd2 ≈ 2.2gbw（已经考虑寄生电容影响）

可以得到gm6/2piCL=2.2GBW;

gm6=2pi*CL*2.2GBW= 4.14*10^-3,

gm6/id=9.175推得id=gm6/9.175=452uA

确定了mos6的gm/id的值，id/w=3.79;可得w6=120/1.4 u

假设为450ua；因为mos5管宽长比为146/1.2u；电流比ids5/ids7=126/450=0.28；

所以mos7尺寸为 (146/0.28=520/1.2u)；电流镜等比例放大

6.根据电流镜确定偏置电路尺寸

假设电流源提供电流为10ua；因为第一级电路为130ua；所以可得

mos8=mos9=（146/13）/1.2=11.2/1.2

mos10=mos11={17.2/6.5}/1.2=2.6/1.2

m13=mos10=2.6/1.2；m12=4m13=1.4/1.2（共源共栅 Widlar电流镜，推导可以参考复旦手算教程）；

gm13/1d=12；gm13=1.2*(10^-4); RB=8.3K；

7.最后计算调零电阻

根据复旦教程可知，

对此所有的尺寸都得到了(W/L)14=(W/L)6/6.5=18/1.4

8.进行电路调试阶段

幅度和相位调试

一级已经有了40db幅度，二级幅度放大倍数明显不正常

发现此处mos管进入线性区，说明M6管VOD过高,将M6 120/1.4u 提高到 130 /1.4 u ；目前还没想清楚为什么提高w，会降低他的vds

重新仿真一下得

重新进行仿真得到，GBW为85Mhz，有图像可以看到误差十分小了，微调零点应该就可以了

将（18/1.4）调为（14/1.4）；GBW符合要求

仿真相位裕度来看，41°，与60°有些差距，选择 Cc 的大小。与 Cc 相关的是单位增益带宽、输入积分噪声、z1位置和压摆率。 Cc 增大大有几个好处，增强极点分裂功能，降低输入积分噪声，降低第二级功耗，提高相位裕度，但缺点是降低了 GBW 和压摆率。

于是将补偿电容的值提高到1.8PF

压摆率调试

满足压摆率要求

对此已经完成了电路基本的分析与设计，CMRR,电源抑制比以及噪声仿真有时间会补充上去的

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