用于低频信号解码的轨到轨运算放大器的设计

摘要

随着移动支付的蓬勃发展，支付方式的安全性受到了考验。限域通信技术由于限制了交易距离，在安全性上有着巨大的优势。该技术使用低频信号判断交易距离，但接收端接收的低频信号幅值过小，不能直接用于距离判断。同时，由于交易距离的变化会带来信号幅值的变化，输出信号的线性度需要轨到轨的信号范围来保证。那么高增益的轨到轨运算放大器成为了限域通信技术中的关键模块。因此，本课题对轨到轨运算放大器的研究与设计是很有必要的。
　　本文在低频信号解码应用环境的研究基础上，以低功耗、高增益为目标进行了电路设计。首先，针对应用提出了轨到轨运放的设计指标，并建立了系统结构。然后，对电路进行了模块化设计。在模块化电路设计中，为了提高开环增益，采用了增益提高技术，设计了高输出摆幅、低功耗的共源共栅结构的偏置电路。为了达到轨到轨输出范围，采用了低功耗高精度MOS管耦合技术，设计了AB类输出级结构。为了提高运放稳定性，采用三倍电流镜技术，降低了跨导变化率。
　　本文基于CSMC0.18μm2P6M工艺对电路进行了设计，利用Spectre工具对电路进行了仿真工作。仿真结果表明，在1.8V电源电压和所有工作条件下，轨到轨运算放大器输入输出电压能达到0-1.8V的轨到轨范围，跨导变化率小于21％，摆率达到12V/μs，开环增益在98dB以上，功耗不超过58μW，满足了设计要求，已交付流片。

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1 绪 论

1.1 课题的来源与研究背景

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 轨到轨运算放大器的性能参数

1.4 论文主要工作及结构安排

2 用于低频信号解码的轨到轨运放结构

2.1 低频信号解码应用环境

2.2 用于低频信号解码的轨到轨运放结构

2.3 本章小结

3 模块化电路的设计

3.1 恒跨导补偿电路的设计

3.2 AB类输出级电路设计

3.3 放大电路设计

3.4 偏置电路的设计

3.5 本章小结

4 整体电路的仿真与验证

4.1 轨到轨运算放大器的验证

4.2 性能比较

4.3 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献