基于0.5μm CMOS工艺低压多级放大器设计

摘要

集成电路工艺的进步，导致MOS管的器件尺寸和电源电压都下降了，但是管子的阈值电压却没有随之成正比例的下降，随着电路设计转向低压低功耗需求，对电路的频率补偿技术也有了新的要求，补偿方式不仅要降低功耗，还必须适合低压低功耗电路的拓扑结构。 跨导型运算放大器是模拟和混合信号电子系统的基本组成模块，本文将要设计的是一种用于误差放大的低压低功耗多级放大器，要求具有高增益、大带宽并且能驱动大的负载电容。论文基于运算放大器的基本原理，首先对运算放大器的基本组成电路和多种频率补偿技术进行了介绍，为电路设计做了必要的理论支持，然后，以相位裕度为主要设计参数，对整个设计过程做出说明。 基于0.5μm CMOS标准工艺，使用Hspice仿真，驱动500pF负载电容，三级放大器的直流增益为110dB，单位增益带宽为1MHz，相位裕度为60°，平均摆率为1.0V/us，在1.5V电源电压下功耗仅为0.18mW，达到设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 论文的背景和研究意义

1.2 低电压低功耗设计的限制因素及国内外现状

1.3 论文的主要工作

第二章 放大器设计的基础知识

2.1 简单的MOS大信号模型

2.1.1 MOSFET的伏安特性

2.1.2 二级效应

2.2 MOS管的小信号模型

2.3 单级CMOS放大器

2.3.1 反相器

2.3.2 差分放大器

2.3.3 共源共栅放大器

2.3.4 输出放大器

2.4运放系统稳定性概述

2.5 低压模拟集成电路设计技术

2.5.1 引言

2.5.2 衬底驱动MOSFET工作原理

2.5.3 衬底驱动MOSFET的超低压特性

2.6本章小结

第三章 多级放大器频率补偿结构分析

3.1背景和动机

3.2多级放大器频率补偿结构

3.2.1 单级放大器

3.2.2 两级密勒电容补偿放大器

3.2.3 嵌套式密勒补偿多级放大器

3.2.4 嵌套式Gm-C频率补偿放大器

3.2.5 带阻尼因子控制块的频率补偿放大器

3.2.6 单个密勒电容补偿三级放大器

3.2.7 有源反馈频率补偿放大器

3.2.8 双回路平行频率补偿结构

3.2.9 跨导电容反馈频率补偿放大器

3.3 多级放大器频率补偿结构的比较

3.4 本章小结

第四章 运算放大器的设计

4.1 引言

4.2 反向有源反馈频率补偿结构原理分析

4.3 反向有源反馈频率补偿放大器的电路结构

4.4 放大器的仿真

4.4.1 仿真工具及模型

4.4.2 放大器的增益及相位仿真

4.4.3放大器的电源抑制比(PSRR)

4.4.4放大器的共模抑制比(CMRR)

4.4.5 放大器差模输入范围

4.4.6 放大器共模输入范围

4.4.7 放大器的转换效率和建立时间

4.4.8 放大器的IFOMs和IFOML

4.4.9 结果汇总

4.5 放大器版图设计

4.6 本章小结

第五章 结束语

附录 A

致谢

参考文献

研究成果