文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
低电压低功耗CMOS模拟运算放大器的设计与研究
姓名:赵增会
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:赵红东
20081001
河北工业大学硕士论文 
低电压低功耗 CMOS 模拟运算放大器的设计与研究
摘要
近年来,随着便携式消费类电子的大量需求,以电池作为电源的微电子产品
得到广泛使用,迫切要求采用低电压的模拟电路来降低功耗,低电压、低功耗的
模拟电路设计技术正成为研究的热点。在模拟集成电路中,运算放大器是最典型
的电路之一,所以设计低电压低功耗的运算放大器是非常必要的。论文通过对国
内外的模拟低电压、低功耗技术的大量调查研究,在吸收这些技术成果基础上设
计了一个 低功耗轨至轨 CMOS 运算放大器。
电路设计中为了使输入共模电压范围达到轨至轨,采用了 NMOS 管和 PMOS
管并联的互补差动输入对结构,并采用成比例的电流镜技术实现了输入级跨导的
恒定;在中间增益级设计中,电流镜负载采用了适合在低压工作的低压宽摆幅共
源共栅结构;在输出级设计时,为了提高效率,采用了推挽共源级放大器作为输
出级,输出电压摆幅基本上达到了轨至轨;本论文改变传统基准源基于运放的设
计,采用了带电流镜负载的差分放大器设计了一个基准电流源,给运放提供稳定
的偏置电流和偏置电压,保证了运放的稳定性;并采用了带调零电阻的密勒补偿
技术对运放进行频率补偿。
整体电路仿真是验证设计达到提前设计指标要求的重要环节。本文对所设计
低电压、低功耗 CMOS 模拟运算放大器的重要参数进行逐一的仿真,其中包括
运算放大器直流传输特性分析、运算放大器输入和输出共模电压范围分析、运算
放大器交流小信号分析、运算放大器转换速率和建立时间分析、运算放大器共模
抑制比分析和运算放大器电源抑制比分析几个部分,并得出满足预计指标要求的
结果。
在设计集成运算放大器的版图时,根据版图 layout 主要规则对差分对信号进
行了特别处理以减小由于版图失配而对信号造成的不利影响。同时对于模拟集成
电路版图设计节省更多的面积对模拟版图设计者是一个很大的挑战。本论文版图
设计在满足 layout 设计规则的同时充分考虑面积因素,将版图面积压缩到最小。
设计采用北卡罗来纳大学实验室提供的 CMOS 工艺参数模型进行设
计仿真以及版图设计,并经过 Cadence 工具仿真,仿真结果表明,当接 100pF 负
载电容和 1kΩ负载电阻时,运放的静态功耗只有 280μW,直流开环增益、单位
增益带宽和相位裕度分别达到 72dB、 和 58 度,各项技术指标都满足设
计要求。
关键词:低电压;低功耗;模拟集成电路;轨至轨;CMOS 运算放大
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河北工业大学硕士论文 
Abstract
In recent years, more and more electron with battery supply are widely used,
which cries for adopting low voltage analog circuits to reduce power consumption,
low voltage, low power analog circuit design techniques are ing research
thesis has done the widespread investigation and study to the domestic
and foreign’s technologies of analogy low voltage and low power, and analyzes the
principles of work, merts and ings of these technologies, based on the
absorption of these technologies, it designs a low power rail-to-rail CMOS
operational amplifier.
When designing op-amp circuit, in order to enable the mon mode
voltage range to achieve rail-to-rail, it uses the NMOS tube and the PMOS tube
parallel supplementary