高精度低噪声轨到轨运算放大器设计与实现
发布时间：2021-03-07 10:04
轨到轨运算放大器是指功能上允许输入和输出信号偏移非常靠近正负电源电压的一类放大器。该放大器接受输入信号摆幅,该摆幅可能会使输入端的轨略微过载（电压信号大于轨到轨）,其主要应用于精密信号系统传输放大场合,用于远程通讯设备、可穿戴智能设备中,具有十分重要的地位。尤其在新一代通讯系统发展进行中,轻量化、小型化、高可靠的发展,必须要以这类基础电路作为重要支撑。论文介绍了阐述了轨到轨运放的理论基础,围绕高精度VOS<1mV、低噪声en≤10nV/√Hz参数进行研究,首先分析BJT器件的噪声优势,分析了差分放大器电路的噪声模型,其次分析了影响低失调参数的主要工艺和电路结构,明确了熔丝（反熔丝）修调以及激光修调的应用范围及优缺点。本文以轨到轨运放的实现为主要目标。在电路设计方面,采用二级运放结构。输入级采用输入差分对模式,为实现跨导恒定,采取镜像电流匹配的方式。偏置电路采用电流镜模式建立电流工作点,形成稳定恒流源。运用米勒补偿,形成稳定环路的高增益级。为了完成运放精度和驱动能力的需求,设计了倒向推挽AB类输出结构,通过电容补偿内环反馈作用,形成快速反...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
运放的国标符号图
电子科技大学硕士学位论文8图2-3模拟集成电路设计流程（1）研究研制设计目标，了解有关项目的设计难点和关键技术；（2）依据上面数据完成结构设计、模块以及版图整体规划；（3）建立模拟仿真平台，对各单元设计电路进行功能仿真，结合工艺线要求验证电路功能的性能水平；（4）与此同时，开始研究版图相关的工艺线所提供技术文件，并建立相关的版图单元库；（5）在原有的仿真平台基础上完成主要电参数的设计和仿真工作；（6）初步确立电路参数后开始版图的设计工作，依据代工厂提供的工艺参数模型库以及设计规则文件着手版图的设计；（7）版图完成后，根据仿真结果，结合参数目标和相关工艺库信息，对版图进行优化，直到各项后仿真结果完全达到预期要求。在进行运算放大器设计时，规划整体结构方案，接着再不断重复改善各功能结构[17]，其关键步骤为：（1）结合参数指标要求，确定运算运算放大器关键电路结构，如果运算放大器电路要求要求低失调、低噪声等特性，则输入级设计时需要考虑提高增益。如果器件整体低功耗，则进行AB类输出级差分结构的设计，确定确定输入结构类型。（2）运算放大器精密电参数指标必须考虑进行电路补偿设计，以实现某些电
第二章运算放大器理论基础9路结构或性能指标。例如，在电路输出一端进行补偿以驱动大容性负载的运算放大器，同时反复确认所需输入和输出级结构及类型。（3）运算放大器设计的关键在于根据应用特点，灵活选择相应的工艺路线和设计结构，运算放大器电路虽然简单，但其元件/结构需要进行匹配计算，并且在基本电路结构设计完成后，要充分考虑添置相关补偿电路实现最终研制目标。在设计中，各类参数会相互影响，致使整体电路呈现出复杂性，需要反复进行电路结构及关键参数的确认。如图2-4提出“模拟电路设计八边形法则”所示，从八个特征角度进行参数考量，形成各种特点鲜明的运放[18]。八边形准则如下图2-4所示，需要设计师在设计运放时在各种关键参数中进行权衡。八边形准则准确反映了运放的多样性发展，促进运放朝各个方向不断进步。图2-4模电设计八边形法则2.4运算放大器电路噪声分析利用现代的先进制造设备和工艺，目前已可以实现具有极高电压增益的放大器。实际上，通过一级一级连接的方法能实现几乎无限增益。这似乎预示着可以将任意小的信号放大到任何所需的电平。但实际应用过程中，人们发现对于可放大的最小信号始终存在一定限制。此限制即由电子噪声确定。如果信号太小而被放大器中的噪声掩盖，则不可能通过放大来恢复信号。所有电子电路中均存在噪声。它是由电阻材料中电子的随机运动，半导体中空穴和电子的随机复合以及空穴。噪声是由电子通过势垒扩散所产生的。噪声分析的理论基础在于半导体器件
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈电极对平行缝焊质量的影响[J]. 姚秀华,刘笛. 电子与封装. 2010(04)
[2]一种高精度低失调运算放大器的设计[J]. 余佳,欧红旗,杨谟华,何艳红,谭开洲. 微电子学. 2005(02)
[3]1～4GHz微封装宽带放大器[J]. 高长征,郝景红. 半导体情报. 2001(05)
[4]高压大功率运算放大器PA85[J]. 贾爱莲. 国外电子元器件. 2000(01)
[5]仪器放大器精度的分析讨论[J]. 刘保录. 自动化仪表. 1995(04)
硕士论文
[1]电源管理芯片中高性能放大器的研究与设计[D]. 李攀.西北大学 2007
本文编号：3068877
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
运放的国标符号图
电子科技大学硕士学位论文8图2-3模拟集成电路设计流程（1）研究研制设计目标，了解有关项目的设计难点和关键技术；（2）依据上面数据完成结构设计、模块以及版图整体规划；（3）建立模拟仿真平台，对各单元设计电路进行功能仿真，结合工艺线要求验证电路功能的性能水平；（4）与此同时，开始研究版图相关的工艺线所提供技术文件，并建立相关的版图单元库；（5）在原有的仿真平台基础上完成主要电参数的设计和仿真工作；（6）初步确立电路参数后开始版图的设计工作，依据代工厂提供的工艺参数模型库以及设计规则文件着手版图的设计；（7）版图完成后，根据仿真结果，结合参数目标和相关工艺库信息，对版图进行优化，直到各项后仿真结果完全达到预期要求。在进行运算放大器设计时，规划整体结构方案，接着再不断重复改善各功能结构[17]，其关键步骤为：（1）结合参数指标要求，确定运算运算放大器关键电路结构，如果运算放大器电路要求要求低失调、低噪声等特性，则输入级设计时需要考虑提高增益。如果器件整体低功耗，则进行AB类输出级差分结构的设计，确定确定输入结构类型。（2）运算放大器精密电参数指标必须考虑进行电路补偿设计，以实现某些电
第二章运算放大器理论基础9路结构或性能指标。例如，在电路输出一端进行补偿以驱动大容性负载的运算放大器，同时反复确认所需输入和输出级结构及类型。（3）运算放大器设计的关键在于根据应用特点，灵活选择相应的工艺路线和设计结构，运算放大器电路虽然简单，但其元件/结构需要进行匹配计算，并且在基本电路结构设计完成后，要充分考虑添置相关补偿电路实现最终研制目标。在设计中，各类参数会相互影响，致使整体电路呈现出复杂性，需要反复进行电路结构及关键参数的确认。如图2-4提出“模拟电路设计八边形法则”所示，从八个特征角度进行参数考量，形成各种特点鲜明的运放[18]。八边形准则如下图2-4所示，需要设计师在设计运放时在各种关键参数中进行权衡。八边形准则准确反映了运放的多样性发展，促进运放朝各个方向不断进步。图2-4模电设计八边形法则2.4运算放大器电路噪声分析利用现代的先进制造设备和工艺，目前已可以实现具有极高电压增益的放大器。实际上，通过一级一级连接的方法能实现几乎无限增益。这似乎预示着可以将任意小的信号放大到任何所需的电平。但实际应用过程中，人们发现对于可放大的最小信号始终存在一定限制。此限制即由电子噪声确定。如果信号太小而被放大器中的噪声掩盖，则不可能通过放大来恢复信号。所有电子电路中均存在噪声。它是由电阻材料中电子的随机运动，半导体中空穴和电子的随机复合以及空穴。噪声是由电子通过势垒扩散所产生的。噪声分析的理论基础在于半导体器件
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈电极对平行缝焊质量的影响[J]. 姚秀华,刘笛. 电子与封装. 2010(04)
[2]一种高精度低失调运算放大器的设计[J]. 余佳,欧红旗,杨谟华,何艳红,谭开洲. 微电子学. 2005(02)
[3]1～4GHz微封装宽带放大器[J]. 高长征,郝景红. 半导体情报. 2001(05)
[4]高压大功率运算放大器PA85[J]. 贾爱莲. 国外电子元器件. 2000(01)
[5]仪器放大器精度的分析讨论[J]. 刘保录. 自动化仪表. 1995(04)
硕士论文
[1]电源管理芯片中高性能放大器的研究与设计[D]. 李攀.西北大学 2007
本文编号：3068877
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