CMOS高增益宽带宽运算跨导放大器的研究与设计

发布时间：2019-09-17 02:52

【摘要】：随着集成电路产品广泛应用到民用领域和军事领域的各个方面,人们对集成电路的性能要求也不断提高。运算放大器作为模拟集成电路应用极为广泛的单元之一,它不仅用于信号的运算、处理、变换和信号产生电路,而且还用于开关电路中,其性能会直接影响模拟集成电路系统的性能,更为严重的是会限制系统性能的提升。运算跨导放大器(OTA)是一种省去缓冲输出的运算放大器,它在模拟集成电路中得到更普遍的应用,因此成为微电子领域的研究热点。本文旨在对基准电压源、运算跨导放大器进行深入研究与设计。本文主要工作包含：(1)针对传统三极管构成的基准源功耗高、面积大等问题,通过引入MOS管工作在亚阈值区和数字控制技术,研究了一种低功耗可校正的电压基准源,为电路中的OTA提供了一个稳定的参考基准电压。所设计基准源与传统基准源相比,具有低温漂、可校正、低功耗等优点。(2)为了解决在低电压、深亚微米工艺条件下获得高增益运算放大器的问题,通过引入电流倍增和分流技术,研究了一种新型高增益可调单端输出运算跨导放大器。对该电路进行理论分析和仿真验证,结果显示该OTA的直流开环增益在61dB至91dB可调,最大静态功耗为434uW,最小共模抑制比为114dB,具有高增益和增益可调的优点；此外,根据对运放的增益和带宽的研究,针对共源共栅结构的增益和带宽受限问题,通过引入负载管分割、高速电流镜、增益自举等技术,研究了一种高增益宽带宽全差分运算跨导放大器。经理论分析和仿真显示,该全差分OTA直流开环增益为105.4dB,单位增益带宽为714MHz,相位裕度为84.5°,共模抑制比达136dB,在1MHz时的等效输入参考噪声为617 nv/(?)。该OTA的跨导实现倍增,具有较高的输出阻抗和增益以及较宽的带宽特性。(3)根据对采样电路和滤波电路的研究,所设计的OTA实现了流水线ADC中12bit100MHZ采样电路和多路反馈二阶滤波电路的应用,性能均达到了设计指标要求。最后,对所设计的电压基准源、单端输出OTA、全差分输出OTA、采样电路和多路反馈二阶滤波电路进行了版图设计。
【图文】：

逦第２章邋ＭＯＳ器件与运算放大器工作原理逡逑第２章ＭＯＳ器件与运算放大器工作原理逡逑２．邋１邋ＭＯＳ器件物理基础逡逑模拟电路设计的最基本器件就是ＭＯＳ管，因此必须掌握ＭＯＳ器件工作原理。虽然逡逑ＭＯＳ晶体管的一级模型能够描述电路的工作状况，但晶体管存在一些潜在的二级效应也会逡逑对电路的性能产生直接影响。因而作为模拟电路设计者，需要深入了解ＭＯＳ器件工作原逡逑理。逡逑２．１．１邋ＭＯＳ管的结构和Ｉ－Ｖ特性逡逑Ｎ型ＭＯＳ（ＮＭＯＳ）器件的简化剖面结构如图２－１所示？邋Ｈ个端口分别是栅极（Ｇ）、源极逡逑巧）、漏极（０），，是一个加在栅极与源极之间的电压＾＾６５控制沟道电流／／＿？的器件。逡逑

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【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.77

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本文编号：2536591