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。     

前馈型轨到轨恒跨导恒增益CMOS运算放大器

设计了一种恒跨导恒增益的轨到轨运算放大器.输入级采用一倍电流镜控制的互补差分对结构,实现轨到轨和恒跨导.通过分析运算放大器电压增益随共模电压变化的原因,提出了一种前馈型恒增益控制模块,可以根据共模电压开启或关闭附加电流源,使运算放大器电压增益保持恒定.输出级采用前馈型AB类输出结构,以达到轨到轨输出效果.采用Chartered公司0.35μm工艺进行流片,仿真及测试结果表明:该运算放大器的直流开环增益为125dB,单位增益带宽为8.879MHz,在整个共模范围内电压增益最大变化率为1.69%.     

一种输入轨至轨运算放大器的设计与仿真

介绍了一种输入轨至轨CMOS运算放大器,该放大器采用了共源共栅结构做增益级,在输入级跨导使用了电流补偿,以使其几乎恒定.在3 V电源电压下的静态功耗只有180μW,带5 p的负载电容时,直流开环增益,单位增益带宽分别达到75 dB,1.5 MHz.     

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.     

0.18μm CMOS工艺下全摆幅恒跨导放大器设计

基于标准0.18μm CMOS工艺,设计一款输入恒跨导、输出全摆幅的运算放大器.利用最小电流选择电路实现输入的恒定跨导,并采用前置Class AB的结构提高输出驱动能力,实现最大的输出摆幅;同时引入内嵌式的米勒补偿电路来保证放大器工作的稳定性.设计结果表明:在典型工艺角下,0.0~1.8V的共模输入范围内,跨导的变化仅为1.6%,输出摆幅范围为0.005~1.800V,开环增益107.9dB,相位裕度为61.2°,功耗为658.8μW.     

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。     

高增益、恒跨导Rail-Rail CMOS运算放大器设计

设计和研究了一种高增益恒跨导Rail-Rail CMOS运算放大器,输入级采用工作在亚阈值区的互补差分形式输入结构。与以往输入结构相比,不仅使输入共模电压达到Rail-Rail,而且降低了工作电压,提高了电源利用率。利用电流开关的作用使输入跨导在输入共模范围内恒定。中间级为MOS差分结构,并且同向驱动输出级使其具有推挽特性。采用嵌套米勒频率补偿使运算放大器稳定。整个电路采用华虹0.35μmCMOS工艺参数进行设计,工作电压为3.0 V。利用OrCAD HSPICE仿真结果显示,在10 kΩ电阻和5 pF电容的负载下,运算放大的直流开环增益为110 dB,相位裕度为70°,单位增益带宽为45 MHz。     

一种高增益的轨至轨运算放大器的设计与仿真

采用了＂4I/I原理＂,基于0.25 um CMOS工艺,设计了一种高增益、恒跨导的输入输出轨至轨运算放大器.并讨论了该运算放大器的性能、原理及设计方法.仿真结果表明,该放大器适于较低工作电压,可作为模拟IP核电路.     

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.     

采用负电阻技术的增益恒定放大器

对传统型单级差分放大器在先进工艺下的增益降低进行分析,在电路设计实现上提出了具体的改进方法.通过金属氧化物半导体(MOS)管的交叉耦合正反馈形成了小信号负电阻,并通过负电阻抵消放大器的正的输出电阻,通过小信号负电阻的大小设置,使得其增益能表达成为两个跨导的比值,并且能实现先进工艺下增益的提高,因而增益能不受工艺和沟道长度的影响,具有优异的工艺兼容性,适用于低压应用和深亚μm工艺.基于此结构,实现了工艺转换而无需再设计的放大器.仿真结果表明,该运算放大器能实现不同工艺下的增益恒定以及稳定的相位裕度.     

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。     

电流模式双二阶滤波器的基本CMOS OTA实现

针对采用多输出跨导运算放大器(OTA)实现电流模式滤波器频率受限问题,提出了一种基于只有一个输出端的基本跨导运算放大器及电容的连续时间电流模式双二阶滤波器的最简实现方案;讨论了跨导运算放大器的非理想特性对电流模式滤波器的性能影响;面向实际电路完成了MOS管级的计算机仿真,仿真结果表明所提出的滤波器电路在不加任何补偿措施的条件下,其特征频率可以达到5 MHz.     

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。     

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.     

CMOS RGC低噪声跨阻放大器

光纤通信系统接收端前置放大器的性能很大程度上决定着整个光纤通信系统的性能.基于CMOS工艺,给出了一个RGC结构的,应用于2.5Gbit/s光纤通信系统的低噪声跨阻放大器的实现方式.RGC结构具有极低输入电阻特性,同时,为了减小输入等效噪声电流和提高-3dB带宽,采用了跨导增大技术和感性峰值技术.采用SMIC的0.18μm CMOS工艺的仿真结果表明该电路具有61.23dB的跨阻增益,2.09GHz的带宽,输入等效噪声电流为9.4pA/(Hz)~(1/2),电路功耗仅为16.2mW.     

低功耗10 bit 40 MS/s流水线型ADC设计

为实现高速低功耗的模数转换,设计了一个工作电压为3.3 V,采样精度为10 bit,采样频率为40 MS/s,流水线结构的模数转换器(ADC).该ADC基于0.35μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,通过优化运算跨导放大器(OTA)和低失调动态比较器电流,提高了转换精度,降低了功耗.ADC采用差分输入输出电路,减小了系统噪声的影响.其信噪比为58.3 dB,有效位数为9.4 bit,核心电路面积为1.2 mm×0.8 mm,功耗小于30 mW.     

一种3.3 V/0.6μm轨对轨CMOS运算放大器的设计

基于0.6μm CMOS工艺,设计了一种轨对轨运算放大器.讨论了该运算放大器的原理、性能及设计方法,并进行了模拟仿真.此运算放大器采用了3.3V单电源供电,其输入共模范围和输出信号摆幅接近于地和电源电压,即所谓输入和输出电压范围轨对轨.其运放的小信号增益为77dB,单位增益带宽为4.32MHz,相位裕度为79度.由于电路简单,工作稳定,输入输出线性动态范围宽,非常适合于SOC芯片内集成.     

适用于OTA-C滤波器的高线性OTA的设计

设计了一种适用于OTA-C滤波器的高线性运算跨导放大器(OTA).该OTA采用新型的乘法器输入级,以获得大的线性跨导输入范围;采用一种新的共模负反馈(CMFB)策略,将主放大器输出电压线性压缩后再引入CMFB电路,以改善传统CMFB结构对OTA输出线性范围的限制.在SMIC.35 μm标准CMOS工艺下仿真,结果显示:输入级的线性跨导差分输入电压范围达到了—2～2 V,等效跨导在1 μS时,直流(DC)开环增益达到了76 dB,共模抑制比(CMRR)为140 dB,电源抑制比(PSRR)为144 dB.基于这种OTA设计了OTA-C二阶低通巴特沃斯滤波器.通过调节OTA的跨导,滤波器在1 pf的负载电容下的截止频率从11 kHz变化至419 kHz;当截止频率为100 kHz时输出为3 Vp-p@100 kHz时的总谐波失真(THD)为—47 dB.     

一种应用高线性度OTA的具有宽调节范围的G_m-C滤波器（英文）

提出了一种改进的高线性度、宽调节范围的可调跨导运算放大器(OTA).其采用输入衰减和交叉耦合差分对两种线性化技术实现高线性度.此外采用源级退化电流镜结构对跨导值进行调节,实现了20倍的调节范围,同时保证了调节过程中维持相同的输入电压幅度.为了验证该OTA结构的有效性,设计了一个3阶低通滤波器.电路采用0.18μm SMIC CMOS工艺模型,仿结果显示,滤波器实现了从600 k Hz到10 MHz的线性调节,电流消耗为0.9-1 m A,其IIP3最高24.8 d Bm.     

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.