全差分运算放大器设计

摘要

当前电子产品,特别是半导体集成电路芯片的需求日益广泛,在性能方面的要求也越来越高,而运算放大电路是许多模拟系统和混合数字信号系统中的一个完整部分,而且也是构成这些系统的基本单元,所以在进行设计和优化中占据着一个重要的位置。运算放大器单元性能的提高,能够使得整个系统的性能上一个台阶。目前的研究主要集中在高速的信号处理以及低功耗等应用环境,这些都是可以进行突破的领域。
　　 本文先介绍了MOS器件的工作原理,之后CMOS运算放大电路的基本原理出发,介绍了运算放大器的原理和加法器、积分器等几个应用。
　　 其次,分析了目前常见的全差分放大电路结构,主要有基本的全差分结构、折叠式结构(folded-casecod)、套筒式结构(telescopic),并对共模反馈的常见结构和性能做了一个基本的分析,这是进行设计的技术基础。
　　 接着,设定了所要设计运算放大器单元的性能指标,要求电路实现高的开环的增益、高的单位增益带宽等,从这个几个参数出发,设计了一个两级套筒式共源共栅全差分运算放大器。
　　 完成了运算放大器的电路设计后,详细设定电路中器件的参数,应用HSPICE软件对电路中的重要参数如直流增益、相位裕度、带宽进行了仿真,仿真结果显示所设计的运算放大器达到直流增益为83.4dB,单位增益带宽为55.3MHz,满足了设计要求。
　　 最后对版图设计的相关规则以及部分单元电路的版图设计进行了分析,并在此基础上,利用cadence公司的vitusuo版图设计工具对全差分运算放大器的具体版图进行了设计。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 运算放大器研究背景

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文的研究意义

1.4 本文研究内容与结构

第2章 MOS器件与运算放大器

2.1 MOS器件的工作原理及参数

2.2 运算放大器原理分析

2.3 典型运放对比

2.4 全差分运放

2.5 本章小结

第3章 全差分运算放大器的设计

3.1 主电路的设计

3.2 共模反馈电路的设计

3.3 频率补偿方法的选择

3.4 电压偏置电路

3.5 本章小结

第4章 运算放大器的仿真

4.1 运放的直流工作点与交流特性

4.2 噪声特性仿真

4.3 其他特性仿真

4.4 本章小结

第5章 电路的版图设计

5.1 MOS管的匹配要求和设计规则

5.2 版图中的无源器件

5.3 版图设计中的其他注意事项

5.4 电路的版图设计

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢