低压低功耗CMOS电流反馈运算放大器设计与研究

摘要

电流反馈运算放大器(Current Feedback Operational Amplifier),相对于电压反馈运算放大器(Voltage Feedback Operational Amplifier),具有一些特殊的优点:CFOA的闭环带宽和增益无关,不存在增益带宽积的限制。其明显的实用和理论价值,引起电路系统学界的极大兴趣和关注。目前市场上流行的基于互补双极工艺发展起来的电流反馈运算放大器,电源电压和功耗都比较高。如今模拟电路的典型电源电压大约是2.5-3伏,但是发展的趋势表明电源电压将是1.8V,甚至更低。本文采用TSMC0.18μm CMOS工艺,设计了基于±0.9V电源供电的电流反馈运算放大器。主要工作大致如下:
　　第一采用TSMC0.18μmCMOS工艺,设计了轨至轨的电流传输器。用其作为本文所设计的低压低功耗CMOS电流反馈运算放大器的输入缓冲级,提高了交流信号的动态输入范围。在Hspice软件平台上进行仿真,结果显示轨至轨的电流传输器具有传输误差在5％的带宽达171MHZ,和4mA的电流跟随摆幅,并且反相输入端(X端)的输入电阻减小为5.5?。
　　第二设计了低电压两级运算放大器,用于放大电流传输器输出的的交流信号;利用带调零电阻的密勒补偿,让零点和第二个极点相互抵消,从而拓展了单位增益带宽,且获得了稳定的相位裕量。在Hspice软件平台上进行仿真,结果显示其具有132MHZ的单位增益带宽、差模增益为90dB、共模抑制比为80dB、相位裕量68°。
　　第三在完成上述两个主要模块的基础上,设计了低压低功耗的CMOS电流反馈放大器。在Hspice软件平台上进行仿真,结果获得与增益无关的87MHZ的-3dB带宽(误差在2.5%以内),30V/μs的转换速率,3.5mW的功耗。

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第一章 绪论

§1.1 选题背景以及国内外现状

§1.2 课题研究的意义

§1.3 本文的内容安排

第二章 传统CFOA电路拓扑结构及闭环电路性能和特点

§2.1 电流反馈运算放大器的电路和模型

§2.2 电流反馈运算放大器的闭环特性

第三章 CMOS模拟IC设计中的基础知识及基本单元电路

§3.1 MOS晶体管介绍

§3.2 MOS管的特性分析

§3.3 背栅控制特性及亚栅区导电特性

§3.4 NMOSFET交流小信号等效模型

§3.5 CMOS模拟集成电路设计中常用基本单元电路

§3.6 基本恒流源电路

第四章 低压低功耗CMOS电流反馈运算放大器设计

§4.1 传统的电流反馈运算放大器的电路模型

§4.2 CMOS电流反馈运算放大器输入缓冲级的设计

§4.3 低压低功耗CFOA中间级—–运算放大器的设计和仿真

§4.4 运算放大器的电路仿真

§4.5 低压低功耗CMOS电流反馈运算放大器的电路实现

第五章 低压低功耗电流反馈运算放大器的闭环性能测试

§5.1 闭环幅频特性仿真分析

§5.2 转换速率（slew rate）的仿真

第六章 结束语

致谢

参考文献

作者在攻读硕士期间主要研究成果