低電壓低功耗CMOS模擬運算放大器的設計與研究.pdf

1、近年來，隨著便攜式消費類電子的大量需求，以電池作為電源的微電子產品得到廣泛使用，迫切要求采用低電壓的模擬電路來降低功耗，低電壓、低功耗的模擬電路設計技術正成為研究的熱點。在模擬集成電路中，運算放大器是最典型的電路之一，所以設計低電壓低功耗的運算放大器是非常必要的。 論文通過對國內外的模擬低電壓、低功耗技術的大量調查研究，在吸收這些技術成果基礎上設計了一個1.5V 低功耗軌至軌CMOS 運算放大器。電路設計中為了使輸入共模電壓范圍

2、達到軌至軌，采用了NMOS管和PMOS管并聯的互補差動輸入對結構，并采用成比例的電流鏡技術實現了輸入級跨導的恒定；在中間增益級設計中，電流鏡負載采用了適合在低壓工作的低壓寬擺幅共源共柵結構；在輸出級設計時，為了提高效率，采用了推挽共源級放大器作為輸出級，輸出電壓擺幅基本上達到了軌至軌；本論文改變傳統基準源基于運放的設計，采用了帶電流鏡負載的差分放大器設計了一個基準電流源，給運放提供穩(wěn)定的偏置電流和偏置電壓，保證了運放的穩(wěn)定性；并采用了帶

3、調零電阻的密勒補償技術對運放進行頻率補償。整體電路仿真是驗證設計達到提前設計指標要求的重要環(huán)節(jié)。 本文對所設計低電壓、低功耗CMOS模擬運算放大器的重要參數進行逐一的仿真，其中包括運算放大器直流傳輸特性分析、運算放大器輸入和輸出共模電壓范圍分析、運算放大器交流小信號分析、運算放大器轉換速率和建立時間分析、運算放大器共模抑制比分析和運算放大器電源抑制比分析幾個部分，并得出滿足預計指標要求的整體電路仿真是驗證設計達到提前設計指標要求

4、的重要環(huán)節(jié)。本文對所設計低電壓、低功耗CMOS模擬運算放大器的重要參數進行逐一的仿真，其中包括運算放大器直流傳輸特性分析、運算放大器輸入和輸出共模電壓范圍分析、運算放大器交流小信號分析、運算放大器轉換速率和建立時間分析、運算放大器共模抑制比分析和運算放大器電源抑制比分析幾個部分，并得出滿足預計指標要求的結果。在設計集成運算放大器的版圖時，根據版圖layout 主要規(guī)則對差分對信號進行了特別處理以減小由于版圖失配而對信號造成的不利影響。同

5、時對于模擬集成電路版圖設計節(jié)省更多的面積對模擬版圖設計者是一個很大的挑戰(zhàn)。 本論文版圖設計在滿足layout 設計規(guī)則的同時充分考慮面積因素，將版圖面積壓縮到最小。設計采用北卡羅來納大學實驗室提供的0.35μm CMOS工藝參數模型進行設計仿真以及版圖設計，并經過Cadence 工具仿真，仿真結果表明，當接100pF 負載電容和1k? 負載電阻時，運放的靜態(tài)功耗只有280μW，直流開環(huán)增益、單位增益帶寬和相位裕度分別達到72dB