一种低电压轨到轨运算放大器的研究与设计

发布时间：2021-09-19 20:27

　　近年来,随着微电子技术和计算机科学的不断发展,便携式电子产品和智能可穿戴设备席卷全球电子市场。在这一形势下,为延长电子产品的待机时间,降低电源电压成为主要的技术手段。然而,在模拟电路中电源电压的降低将会使得电路的信噪比下降,甚至不能工作。为充分利用日渐降低的电压、保持高的信噪比,轨到轨运算放大器成为研究的热点。本文介绍了轨到轨放大器在业界的研究进展,并结合一般运放的设计方法和轨到轨运放的关键技术设计了一款输入和输出轨到轨的运算放大器。输入级由在高低电平分别导通的互补差分输入对并联组成,并以电流开关和一倍电流镜作为辅助电路,实现轨到轨恒跨导输入。针对所用工艺,提出了两种解决输入级相位翻转的办法;采用共射-共基结构作为中间级实现高增益,并设计共模电压反馈电路以提高共模抑制比;输出级使用AB类运放实现轨到轨的电压摆幅,并承担一定的增益。采用米勒补偿方式设计补偿电路,使得环路在整个共模输入范围内都正常工作。基于西岳提供的器件模型,通过对本项目中使用到多器件并联时的寄生电容进行计算和归一化处理,利用Cadence Spectre进行电路仿真,结果表明:在3V单电源电压、2kΩ电阻和100pF电容... 

【文章来源】：西安微电子技术研究所陕西省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 本文的主要工作
    1.3 文章的结构安排
第二章 轨到轨运放的基本结构与设计要求
    2.1 运算放大器的基本结构
    2.2 运算放大器的设计方法
    2.3 运算放大器的主要指标
        2.3.1 输入误差特性参数
        2.3.2 开环差模特性参数
        2.3.3 共模特性参数
        2.3.4 瞬态特性与电源特性
    2.4 设计指标要求
        2.4.1 电性能指标
        2.4.2 其他指标
    2.5 本章小结
第三章 轨到轨运算放大器的设计
    3.1 运放的输入级设计
        3.1.1 轨到轨输入级设计
        3.1.2 输入级相关指标设计
    3.2 运放的中间级设计
        3.2.1 双极型串接组态
        3.2.2 中间级电路结构
    3.3 运放的输出级设计
        3.3.1 运放的输出级概述
        3.3.2 输出级线路结构
        3.3.3 共模抑制比设计
    3.4 运放的偏置电路设计
        3.4.1 偏置电路基本原理
        3.4.2 实际偏置电路设计
    3.5 运放的频率补偿设计
        3.5.1 运放的稳定性考虑
        3.5.2 运放的补偿原理
        3.5.3 频率补偿电路设计
        3.5.4 带宽与压摆率设计
    3.6 本章小结
第四章 电路仿真与版图设计
    4.1 器件参数优化
    4.2 重点参数仿真与分析
        4.2.1 偏置部分仿真
        4.2.2 运算放大器参数仿真
        4.2.3 设计指标与仿真结果对比
    4.3 电路版图设计
        4.3.1 版图设计规则
        4.3.2 版图设计重点
        4.3.3 总体电路版图
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加的工作及取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型运放相位反转保护电路[J]. 汪西虎,吴龙胜,刘佑宝.  半导体学报. 2008(09)
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[3]一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入/输出放大器[J]. 王为之,靳东明.  半导体学报. 2006(11)
[4]一种基于准浮栅技术的折叠差分结构及其应用[J]. 张宝君,杨银堂,朱樟明,张海军.  微电子学. 2006(01)
[5]一种电流求和型CMOS基准电流源[J]. 李炜,蔡敏.  半导体技术. 2005(11)
[6]1～4GHz微封装宽带放大器[J]. 高长征,郝景红.  半导体情报. 2001(05)
[7]高压大功率运算放大器PA85[J]. 贾爱莲.  国外电子元器件. 2000(01)
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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
[2]低压微功耗CMOS运算放大器的研究与设计[D]. 贾政亚.电子科技大学 2005
[3]低压微功耗轨至轨输出CMOS运放研究设计[D]. 黄云川.电子科技大学 2005
[4]低电压、高精度运算放大器的设计研究[D]. 郑学军.华东师范大学 2002
[5]新型Rail-to-Rail运算放大器的研究与设计[D]. 马晓龙.西北大学 2002



本文编号：3402281