低壓恒跨導(dǎo)軌對軌CMOS運(yùn)算放大器設(shè)計.pdf

1、隨著以電池作為電源的便攜式消費(fèi)電子的廣泛使用,低壓、低功耗已成為模擬電路設(shè)計的熱點(diǎn)之一。運(yùn)算放大器(簡稱運(yùn)放)作為模擬電路的重要組成部分,電壓降低對運(yùn)放的設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)。電源電壓降低,信號的動態(tài)范圍將隨之減小,因此迫切需要運(yùn)放實現(xiàn)軌對軌的輸入和輸出。
　　 本文對國內(nèi)外軌對軌運(yùn)算放大器的設(shè)計方法做了廣泛的調(diào)查研究,分析了多種運(yùn)放的工作原理和各自的優(yōu)缺點(diǎn),在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一個低壓、恒跨導(dǎo)、軌對軌的運(yùn)算放大器

2、。輸入級采用互補(bǔ)差分對結(jié)構(gòu)實現(xiàn)軌對軌的輸入,同時為解決在整個共模電壓輸入過程中差分輸入對的跨導(dǎo)不恒定的問題,引入改進(jìn)型前饋式恒定跨導(dǎo)控制電路；中間級采用共源-共柵放大結(jié)構(gòu),不僅增大了運(yùn)放的開環(huán)電壓電壓增益,提高了輸入和輸出電壓的幅度；且與輸入級連接成自舉電路,從而使輸入級的靜態(tài)工作點(diǎn)不隨輸入電壓的變化而變化。輸出級采用前饋式AB類推免輸出形式以提高效率,防止交越失真；采用目前廣泛使用的帶有調(diào)零電阻的密勒補(bǔ)償技術(shù)對運(yùn)放進(jìn)行頻率補(bǔ)償。采用基

3、于臺積電TSMC0.25μm CMOS工藝參數(shù),對整個電路進(jìn)行了精心設(shè)計,并通過Cadence軟件進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明:在整個信號輸入過程中,所設(shè)計運(yùn)放電路能很好地抑制輸入級MOS管跨導(dǎo)的變化,僅在NMOS和PMOS導(dǎo)通的臨界點(diǎn)存在4.7％的跨導(dǎo)變化率,且信號輸入／輸出均實現(xiàn)了軌對軌。在±1.5 V電源電壓和5 pF負(fù)載電容情況下,所設(shè)計運(yùn)放的靜態(tài)功耗僅為337.5μW,開環(huán)電壓增益、單位電壓增益帶寬和相位裕度分別達(dá)到107.8 d