1.5 V低功耗CMOS恒跨导轨对轨运算放大器

运算放大器是模拟集成电路中用途最广、最基本的部件。随着系统功耗及电源电压的降低,传统的运算放大器已经不能满足低压下大共模输入范围及宽输出摆幅的要求。轨对轨运算放大器可以有效解决这一问题,然而传统的轨对轨运算放大器存在跨导不恒定的缺点。本文设计一种1.5V低功耗CMOS恒跨导轨对轨运算放大器,输入级采用最小电流选择电路,不仅实现了跨导的恒定,而且具有跨导不依赖于理想平方律模型、MOS管可以工作于所有区域、移植性好的优点。输出级采用前馈式AB类输出级,不仅能够精确控制输出晶体管电流,而且使输出达到轨对轨全摆幅。所设计的运算放大器采用了改进的级联结构,以减小运算放大器的噪声和失调。基于SMIC0.18μm工艺模型,利用Hspice软件对电路进行仿真,仿真结果表明,当电路驱动2pF的电容负载以及10kΩ的电阻负载时,直流增益达到83.2dB,单位增益带宽为7.76MHz,相位裕度为63°;输入输出均达到轨对轨全摆幅;在整个共模输入变化范围内跨导变化率仅为2.49%;具有较高的共模抑制比和电源抑制比;在1.5V低压下正常工作,静态功耗仅为0.24mW。     

一种基于电平位移电路的低电压全摆幅CMOS运放

为解决阈值电压对电源电压和输入信号的受限问题,提出一种实用的电平位移电路,为运放的输入级提供良好的电平位移。采用互补金属氧化物半导体(CMOS)0.5μm工艺设计的低电压全摆幅CMOS运算放大器,中间级采用适合低电压工作的低压宽摆幅共源共栅结构,输出级采用传统的Class A类得到轨至轨的输出。采用Hspice软件对所设计的电路进行仿真。研究结果表明:当电源电压降至或者小于NMOS与PMOS的阈值电压之和时,在任何共模输入电压下,该运放都能正常工作,实现输入级的全摆幅和恒跨导;在1.3 V单电源供电情形下直流开环增益达106.5 dB,单位增益带宽为2.3 MHz,功耗178.8μW。电路结构简单紧凑,具有实用的电平位移功能,适合于低电压应用。     

一种轨对轨两级CMOS运算放大器的设计

目的 设计一个具有轨对轨输入和输出摆幅的两级CMOS运算放大器.方法 输入级采用两对单一类型的n沟道差分对管作为输入管,用两个相同的n沟道源跟随器来完成输入电平的直流电平转移,实现了轨对轨的输入摆幅;输出级采用前馈甲乙类控制的轨对轨输出级,保证了轨对轨的输出摆幅和较强的驱动能力.结果 用标准的0.6μm CMOS BSIM3v3模型库对该放大器进行了仿真,开环电压增益、单位增益带宽和相位裕度分别达到了113.57dB,11.9MHz和53°,输入级跨导的变化在±5%内.结论 所设计运算放大器其输入和输出摆幅为轨对轨,满足设计所提要求.     

脑电信号检测专用集成电路的设计

采用CSMC双层多晶、双层金属、N阱0.6μm互补金属氧化物半导体工艺,设计一种脑电信号检测专用集成电路(ASIC).系统包含基于斩波技术的差分差值放大器、跨导运算放大器(OTA)-C低通滤波电路、增益调整电路、两相非重叠时钟产生电路和带隙电压基准等电路.仿真结果表明,输入信号在-0.862~0.902V范围内,输入和输出都是线性关系,且共模抑制比可达114 dB,符合设计要求.     

一种宽频带大摆幅的三级CMOS功率放大器

设计了一种用于耳机驱动的CMOS功率放大器,该放大器采用0.35μm双层多晶硅工艺实现,驱动32Ω的电阻负载.该设计采用三级放大两级密勒补偿的电路结构,通过提高增益带宽来提高音频放大器的性能.仿真结果表明,该电路的开环直流增益为70dB,相位裕度达到86.6°,单位增益带宽为100MHz.输出级采用推挽式AB类结构,能有效地提高输出电压的摆幅,从而得到电路在低电源电压下的高驱动能力.结果表明,在3.3V电源电压下,电压输出摆幅为2.7V.     

高转换速率恒定跨导轨对轨运算放大器的设计

基于台积电(TSMC)0.6μmCMOS(互补金属氧化物半导体)工艺设计了一款恒定跨导轨对轨输入/输出运算放大器.不同于传统的实现恒定跨导的技术,在电路设计实现上通过一个简单的检测电路,使互补差分对在整个共模输入电压变化范围内交替工作,实现了跨导恒定.同时为了得到较高的转换速率,加入了转换速率增强结构,使转换速率高达116V/μs.在Hspice仿真平台下,对运算放大器进行了模拟仿真,同时经投片验证,结果表明该轨对轨运算放大器具有良好的性能,静态功耗小于1.5mW.     

一种新型电流镜运算跨导放大器的设计

针对传统低压微功耗电流镜运算跨导放大器存在低增益和小摆率的缺陷,设计了一款新型电流镜运算跨导放大器。在不影响电路的静态功耗和稳定性的基础上,该运算跨导放大器采用增益提高(gain-boosting, GB)结构,增大了电路的小信号增益;引入开关型摆率增强(switched slew-rate enhancement, SSRE)结构,提高了电路的大信号摆率。基于UMC 0.11μm标准CMOS工艺进行电路设计和仿真。仿真结果表明：在1.2 V电源电压和10 pF负载电容下,与传统电流镜运算跨导放大器相比,设计的新型电流镜运算跨导放大器的增益提高了47 dB,正摆率提高了11.2倍,负摆率提高了12.4倍。     

高速率、高摆幅的CMOS光接收机模拟前端电路设计

设计了一款传输速率为25 Gb/s的高输出摆幅CMOS光接收机模拟前端电路.该模拟前端电路包含跨阻放大器、限幅放大器、输出缓冲器以及单端转差分和直流偏移消除模块.其中,跨阻放大器设计中采用反馈增强技术降低输入阻抗,同时应用电感峰化技术消除输入端大电容的影响,从而降低了输入端极点的频率,提升了跨阻放大器的带宽.三级互补型...     

一种低电压低功耗Rail-to-Rail CMOS运算放大器的设计

基于2 μm CMOS工艺,设计实现了一种2.4 V低功耗带有恒跨导输入级的Rail-to-Rail CMOS运算放大器.采用尾电流溢出控制的互补差分输入级和对称AB类推挽结构的输出级,实现了满电源幅度的输入输出和恒输入跨导;运用折叠共源共栅结构作为中间增益级,实现电流求和放大.整个电路在2.4 V的单电源供电下进行仿真,直流开环增益为76.5 dB,相位裕度为67.6 ,单位增益带宽为1.85 MHz.     

轨到轨运算放大器的设计

设计了一个基于GSMC 0.13 μm 3.3 V工艺的轨到轨运算放大器,实现了输入与输出摆幅均为轨到轨,开环增益达到了85 dB,相位裕度保持在60°以上.由于采用gm/Id的设计方法,使得设计更加直观,更加贴近电路的实际情况.仿真显示各项指标均已达到.     

一种用于低功耗、高精度ADC的采样/保持电路

提出了一种改进型两级运算跨导放大器,采用class-AB输出级,电平位移技术以及嵌套式密勒补偿技术,设计并实现了一个采样/保持电路,用于12位精度、40 MHZ转换速率的流水线模/数转换器.在输入信号19 MHz频率以及±1.2 V信号摆幅下,采样/保持电路的频谱分析结果表明,输出信号的信噪失真比达到101.7 dB,无杂散动态范围达到111.8 dB该电路采用TSMC 0.18/μmCMOS工艺,电源电压为1.8 V,功耗仅为5 mw.     

2.5Gb/s低噪声差分交叉耦合跨阻放大器的设计与实现

本文基于UMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一款低噪声交叉耦合结构的跨阻放大器.该电路由优化的调节型共源共栅(RGC)结构和输出缓冲级构成,其中采用两级共源放大器作为RGC结构的辅助放大器,用于提升电路的等效跨导和带宽.此外,通过优化电路参数以及在输入端引入阶梯型无源匹配网络来进一步拓展带宽和降低电路噪声.测试结果表明,在探测器等效电容为300pF时,所设计跨阻放大器芯片的-3d B带宽为2.2GHz,跨阻增益为61.8d B?,平均等效输入噪声电流谱密度仅为9 pA/(Hz)~(1/2),成功实现了2.5Gb/s的传输速率.在1.8V电源电压下,芯片功耗为43m W,包括焊盘在内的芯片总面积为1×1mm~2.     

一种低功耗恒跨导CMOS运算放大器的设计

文章分析了传统的轨到轨运算放大器输入级电路,设计了一种低功耗、恒跨导CMOS运算放大器。整个电路基于0.5μm标准N阱CMOS工艺进行设计,采用HSPICE工具仿真,在3 V单电源工作电压情况下,功耗约为0.15 mW,当电路驱动3 pF电容的负载时,电路的直流增益达到78 dB,单位增益带宽达到3 MHz,相位裕度为81°,达到了设计的低功耗、恒跨导的要求。     

神经信号再生专用微电子系统的设计

根据神经束电信号的特点,提出一种适用于中枢神经束电信号探测放大和再激励的微电子系统设计方案,功能单元包括微弱神经电信号探测电路、交流信号耦合电路和神经束再激励电路.为面向生物体植入应用,系统设计主要考虑功耗、噪声和交流耦合输入等性能.另外,设计了2种运算放大器单元,分别是用于前置电路的低噪声、低功耗两级运算放大器和具有高增益、高驱动能力的输入输出全摆幅恒跨导折叠运算放大器.系统采用CSMC双层多晶硅双层金属(DP-DM)标准0.5μm CMOS工艺设计完成.仿真和测试结果表明设计芯片实现了微弱低频电信号放大功能,可用于神经信号再生应用,功耗和体积满足生物体植入式器件的要求.     

低功耗、高线性CMOS可编程放大器

针对接收机前端中可变增益放大器需要高线性处理大信号的问题,分析了使用源极退化电阻以及跨导增强电路的放大器线性度;设计了使用改进型跨导增强电路的放大器。它具有更强的跨导增强能力,同时减小了输入M O S管跨导由于漏源电压变化产生的非线性失真。提出了一种对称的可变电阻结构,它降低了M O S管开关带来的非线性。仿真结果表明,放大器在3.3V电源电压下直流功耗为1.5mW,在1~10MH z带宽、3~24 dB增益范围内,差分输出信号峰峰值为3.3V时,总谐波失真低于-60 dB。     

光接收机中前置跨阻放大器的设计

利用0.6μm CMOS工艺设计了一种用于光纤通信的跨阻前置放大器。电路采用推-挽反相器级联形式的结构,本身能够自偏压,不需设计偏压电路,减少了芯片面积,同时它的输出可以端到端地满摆幅工作,而且只要放大部分的2个MOS管都处在饱和区,就能得到最大的电压增益;利用SmartSpice软件对电路进行仿真,结果表明在 5 V电源电压作用下,该放大器的增益为78.9 dbΩ,3 db带宽为540 MHz。     

一种基于SiGe BiCMOS的高性能运算跨导放大器的设计

绍了一种基于SiGe BiCMOS工艺,可用于开关电容电路的全差分运算跨导放大器(OTA)。在信号通路中使用复合达林顿连接以达到高增益和大带宽。用Cadence Spectre仿真,在电源电压为3.3 V、电容负载为1.1 pF时,此放大器可提供89 dB的低频直流增益,相位裕度为54°,单位增益带宽为2 GHz,功耗为19.8 mW,差动输出摆幅为2.4 V,差动输入参考噪声功率谱密度为3.2 n(V(Hz))。在闭环反馈因子β=0.5时,此放大器达到0.01%的精度所需要的建立时间约为2 ns。     

低耗能流水线模数转换器的运算放大器设计与仿真

基于0.13,μm工艺,设计一个用于1.2,V低电压电源的10比特83MSPS流水线模数转换器的两级运算放大器.该放大器采用折叠共源共栅为第一级输入级结构,共源为第二级输出结构.详细介绍了运算放大器的设计思路、指标确定方法及调试中遇到的问题和解决方法.模拟结果显示:该运算放大器开环直流增益可达79.25,dB,在负载电容为2,pF时的单位增益频率达到838 MHz,在1.2,V低电压下输出摆幅满足设计要求,高达1 V,满足了10比特低电压高速度高精度模数转换器的要求.     

红外焦平面CTIA型读出电路的设计研究

为了适应红外焦平面(IRFPA)高像素的趋势,设计出面积更小、性能更优的像元电路,选择电容反馈跨阻放大器(CTIA)作为像元电路的电路结构,在CTIA中运算放大器基于共源共栅结构,采用积分电容可选的模式来调整积分时间,并基于电路高像素的需求,优化电路,减小面积.在此基础上,搭建模拟信号通路进行仿真研究,绘制版图,并进行后仿,为读出电路的正确性、可靠性提供保障.优化后的像元电路面积为18μm×18μm,可选积分电容分别为60 fF和400 fF,后仿得到的信号通路输出摆幅常温下为2.03 V,低温下为1.52 V,且低温下的积分噪声为213.6μV,满足设计需求.     

红外探测器的读出电路设计

为减少电路功耗和噪声,基于0.35μm n-well CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)工艺,设计了320×240焦平面探测阵列的读出电路。该电路给出了一种新型单级电容跨导放大器,采样保持电路为相关双采样电路。电容跨导放大器采用稳定的偏置电路。该电路每帧图像的输出时间为10 ms,输出图像为100帧/s。