基于增益增强技术轨至轨运算放大器的设计

摘要

当前社会，随着生活水平的提高，人们对于电子类产品的需求量越来越大，对性能方面的要求也越来越高。作为许多模拟系统和混合信号系统中的基本单元，运算放大器的重要性不言而喻，对运算放大器的优化和改进具有深远的意义。运算放大器性能的提升，电子产品会随之在功能、体积和功耗等方面获得一定程度的改善。
　　 本文介绍了MOS器件的基本工作原理，之后分析了目前常见的几种全差分放大电路结构:两级运放结构、套筒式结构、折叠式结构，并对这几种结构的性能作出的分析和对比，在此基础上确定设计电路所需的结构。为进一步增大共模输入电压范围，以满足现代电子产品的性能需求，电路输入级采用轨至轨式输入，使运放输入电压摆幅大幅增加。引入增益增强技术，在单级的前提下，利用辅助运放为中间放大级的晶体管提供负反馈系统，降低晶体管栅压，增大晶体管的输出阻抗。
　　 本文在传统增益增强技术的基础上，对辅助运放做出改进，成功将传统增益增强技术中所需的两个辅助放大器合二为一，利用单辅助运放实现增益增强技术的应用，大大减少MOS管数量，减小成本，降低电路的功耗。
　　 基于0.6μmCMOS工艺，采用Cadence公司的Spectre仿真工具，对所设计运放进行仿真。仿真结果表明:运算放大器的开环直流增益为80dB，相位裕度达83°，单位增益带宽为6.8MHz，共模抑制比为83dB，电源抑制比为98dB，1％的建立时间为18.9ns，转换速率5.5V/μs，满足了设计要求。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 运算放大器发展概况

1．3 国内外发展现状及研究意义

1．4 本文研究内容

第2章 运算放大器设计理论

2．1 MOS器件的基本原理

2．1．1 MOS管的构造

2．1．2 MOS管大信号模型

2．1．3 MOS管小信号模型

2．2 MOS管二级效应

2．2．1 MOS管的体效应

2．2．2 MOS管的沟道调制效应

2．2．3 MOS管的亚阈值导电性

2．3 运算放大器设计基础理论介绍

2．4 本文所设计的放大器性能指标

第3章 运算放大器的具体设计

3．1 主电路的设计

3．1．1 运算放大器的结构选择

3．1．2 轨至轨输入级设计

3．1．3 增益增强技术

3．2 共模反馈电路的设计

3．3 偏置电路的设计

3．3．1 简单的NMOS电流源

3．3．2 共源共栅NMOS电流源

3．3．3 宽摆幅电流源

3．4 本章小结

第4章 运算放大器的仿真

4．1 放大器直流特性仿真

4．1．1 放大器直流传输特性仿真

4．1．2 共模输入电压摆幅仿真

4．1．3 共模输出电压摆幅仿真

4．2 放大器交流特性仿真

4．2．1 运放开环增益、单位增益带宽、相位裕度的仿真

4．2．2 共模抑制比的仿真

4．2．3 电源抑制比的仿真

4．3 放大器瞬态特性仿真

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢