高性能CMOS运算放大器应用研究与设计

发布时间：2017-08-31 09:04

  本文关键词：高性能CMOS运算放大器应用研究与设计

  更多相关文章： 集成电路 运算放大器 高性能 带隙基准 温漂系数

【摘要】：从二十世纪后期开始,信息和电子技术领域发生了革命性的进步和飞速发展,作为信息和电子产业的核心元器件,集成电路有力的推动和促进了便携式消费电子等新型技术的进步和发展。运算放大器是模拟集成电路中非常重要的部分,由于各项技术的飞速发展,对运算放大器的性能也有了更高的要求。本文提出的高性能CMOS运算放大器,用±0.9V的供电电压的两级运放结构,采用改进的弥勒补偿方式,通过增加一个额外的电路分支,将补偿电容与电阻和运算放大器的第二级分离开,产生了一个主极点,一个左半平面零点以及一个非主极点。提高了电路的稳定性,获得了更大的单位增益带宽以及更高的电源抑制比；利用该两级运算放大器,本文设计了一个带隙基准电压源,采用Neuteboom电压源结构,并利用不同温度系数的电阻对基准电压源的输出电压与温度关系曲线进行曲率校正。利用Cadence仿真工具,分别在tt,ff,ss三个工艺角下对输出电压与温度的关系、输出电压与电源电压的关系、启动时间、电源抑制比等性能进行了仿真。在前端仿真结束后,绘制了运算放大器及带隙基准电压源的版图,通过了设计规则检查及版图原理图匹配后,完成了后端仿真。本文设计的运算放大器增益达91.39dB,电源抑制比111.8dB,单位增益带宽26MHz,功耗68μW。利用该运算放大器设计的带隙基准电压源,进行曲率校正之后,在ff、tt、ss三个工艺角下仿真得到的温漂系数分别为4.25ppm/℃、 7.18ppm/℃。在tt工艺角下,输出电压1.17V,电源抑制比62.92dB,启动时间50ns。实现了具有较低温漂系数的基准电压源的设计。
【关键词】：集成电路 运算放大器 高性能 带隙基准 温漂系数
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.77
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 模拟集成电路概论11-16
• 1.1.1 半导体技术及模拟集成电路11-12
• 1.1.2 模拟集成电路设计过程12-14
• 1.1.3 运算放大器的诞生14-16
• 1.2 研究背景及研究意义16-18
• 1.2.1 研究背景及研究意义16-18
• 1.2.2 国内外研究现状18
• 1.3 本文研究内容及章节安排18-19
• 1.4 本章小结19-21
• 2 CMOS运算放大器简介21-25
• 2.1 理想运放21-22
• 2.2 运算放大器分类22-23
• 2.3 本章小结23-25
• 3 高性能CMOS运算放大器设计与仿真25-61
• 3.1 原理图25-28
• 3.1.1 电路结构的确定25-27
• 3.1.2 电路参数计算27-28
• 3.2 直流特性分析28-32
• 3.2.1 失调电压28-31
• 3.2.2 摆幅31-32
• 3.3 交流特性分析32-41
• 3.3.1 共模抑制比32-36
• 3.3.2 电源抑制比36-38
• 3.3.3 增益38-40
• 3.3.4 单位增益带宽40-41
• 3.4 瞬态特性仿真41-45
• 3.4.1 摆率41-43
• 3.4.2 建立时间43-45
• 3.5 其他特性仿真45-50
• 3.5.1 噪声系数46-47
• 3.5.2 三阶交调47-50
• 3.6 改进后的运放50-53
• 3.6.1 改进运放原理图50-53
• 3.7 版图设计及后仿真53-59
• 3.7.1 版图设计规则53-54
• 3.7.2 运算放大器版图设计及后仿54-59
• 3.8 本章小结59-61
• 4 带隙基准电压源的设计与仿真61-81
• 4.1 带隙基准电压源基本原理61-63
• 4.1.1 负温度系数电压62
• 4.1.2 正温度系数电压62-63
• 4.1.3 实现零温度系数的基准电压63
• 4.2 带隙电压基准结构及性能参数63-65
• 4.2.1 利用PTAT电流产生基准电压63-65
• 4.2.2 带隙基准电压的基本性能参数65
• 4.3 带隙基准电压源的设计与仿真65-77
• 4.3.1 带隙基准电压源原理图设计65-67
• 4.3.2 带隙基准电压源性能参数仿真与优化67-72
• 4.3.3 带隙基准电压源曲率校正72-77
• 4.4 带隙基准电压源的版图设计与后仿77-80
• 4.4.1 带隙基准电压源的版图设计77-78
• 4.4.2 带隙基准电压源的后端仿真78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 5 结论81-83
• 参考文献83-85
• 作者简历85-89
• 学位论文数据集89

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本文编号：764663