可调式低电压全摆幅运算放大器研究

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1、复旦大学硕士学位论文可调式低电压全摆幅运算放大器研究姓名：刘凯申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：邵丙铣2002.5.27摘要(长期以来，模拟电路的设计时间已经成为了大规模混合焦里堡盛电路选计的瓶琉为了减小模拟电路库单元的设计时间，电路应该具有宽泛的适用范围。模拟电路的一个重要的模块是运算放大器。为了扩展其应用性，放大器的性能应该能根据不同的应用场合作出适当的参数调整。同时，放大器应该具有很强的带负载能力，从纯电容到小电阻，而不损失放大器的直流增益。心／、本文提出了一种增益自举输出的3V可调式CMIOS全摆幅运算放大器。在负载电容为50pF的情

2、况下，通过调节放大器的电源电流从65，d到450／2,4，其单位增益频率可从0．6MHz变化到8．9MHz。放大器输入级的跨导控制方式使其不受工作区域的影响，无论是在弱反型还是在强反型下都能维持恒定的跨导。放大器应用了增益自举技术，使得即使在100Q的小电阻下，仍然有着高达113dB的增益。关键词：全摆幅跨导恒定i增益自举iAbstractThedesign—timeofana]ogcireuitsisabottleneekinmixed—modeVLSIdesign．Toreducethisdesigntimeana]oglibrarycells，whi

3、chareabletofunctioninawiderangeofapplications，needtobedeveloped．AcommonlYusedanalogbuildingblockistheopamp．Toenhanceitsapplicability．thespecificatiotisoftheampIifiershouldbeeasytoadapt，inordertomeetthedifferentdemandsofeachapplication．Further，theamplifiershouldbeabletodealwithalar

4、gerangeofloadsfrompurelycapacitivetoheavyresistive10ads，withoutdeterioratingthegainoftheamp．ThisPaperdescribesaprogrammable3-VCMOSrail—to—railopampwithgainboosting．Theunity—gainfrequencycanbeprogrammedfrom0．6to8．9MHz，foraloadof50pF，bychangingthesupplycurrentfrom65倒to450卅．Theg。一con

5、troloftheinputstagefunctionsregardlessofitsoperatingregion，whetheritisweakorstronginversion．Thisallowsanoptionalfrequencycompensationoverthetotalprogrammingrange．Theopampfeaturesalow—voltagegain-boostingtechniquewhichprovidesahigngainofabout113dB．evenfor10adsof100Q．Keywords：rail—t

6、o—railconstant—g。gainboost21．1引言第1章低电压低功耗电路研究背景近年来，由于便携式电子设备的广泛应用，低电压低功耗(LowVolrageLowPowerLV—LP)集成电路设计受到越来越多的关注。总体而言，推动低电压低功耗设计不断进步的动力主要来自以下方面：首先，这是集成电路工艺技术不断发展提出的要求。随着超大规模集成电路工艺技术的不断发展，线路的特征尺寸持续缩小。对于沟道长度达到亚微米、栅氧化层厚度达到几十纳米的现代集成电路工艺而言，只有降低电源电压才能保证电路的可靠性。可以预见，在不久的将来，电路的电源电压将从目前的4．5

7、-5V逐渐降至2．7～3v，进而到1．8—2v，最终到达O．9一lV11,21。其次，随着电路工艺集成度的不断提高，单位面积上集成的元件数量越来越多，然而单位面积上可消耗的功率数量却有一定的限制。为避免芯片的功耗分配、散热和封装等方面的问题，在单位面积芯片的综合功能不断提高的同时，迫切的要求设计者提供低电压低功耗的设计方案。另外，便携式电子产品广阔的市场前景无疑是推动低电压低功耗设计进步的又一原动力。这类电子产品通常采用电池作为电源，低功耗成为其首要的设计目标。1．2数字与模拟电路面临的不同问题对于数字电路来说，降低功耗最有效的方法就是降低电路的电源电压。

8、以CMOS数字电路为例，电路的平均功耗与电源电压的平方跟成正比“1