文档介绍：中南大学
硕士学位论文
低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真
姓名:潘学文
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:周继承
20090525
摘要近年来,以电池作为电源的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,所以低电压、低功耗模拟电路设计技术正成为研究的热点。在低压工作下,运放信号的动态范围减小,信噪比琒档汀NA死┐笮藕诺动态范围,低电压运放通常需要输入输出的信号范围能达到全摆幅猼猺。然而晶体管的阈值电压不会随着电源电压等比例降低,解决阈值电压对电源电压和输入信号的受限问题变得十分重要。本文设计了一种实用的电平位移—缏罚T朔的输入级提供了良好的电平位移。整个电路采用牟问P徒猩杓疲淙爰恫捎昧薔芎蚉懿联的互补差动输入对结构;中间级采用适合低电压工作的低压宽摆幅共源共栅峁梗皇涑黾恫捎么车募桌喾糯笃骼吹玫焦至轨畉畆的输出;频率补偿电路通过把补偿电容置于共源共栅器件的源级和输出结点之间,获得了高频的零点和极点分裂;基于与电源无关的偏置结构,设计了运放的偏置电路,为运放提供了稳定的偏置电压和偏置电流。用软件对所设计的电路进行了仿真。在墓ぷ鞯源下,运算放大器的共模输入电压范围和输出电压摆幅基本上达到了全摆幅,并能获得牡推悼;,。的相位裕度;运放的电源抑制比为,对运放的电源波动有较强的抑制能力;运放的共模抑制比约为,有较强的放大差模信号和抑制共模信号的能力;运放的正转换速率和负转换速率分别为痩和痝辉朔诺墓奈坏钡缭吹缪菇抵或者小于与的阈值电压之和时,在任何共模输入电压下,该运放都能正常工作。电路结构简单紧凑,仿真结果与预先设定技术指标基本吻合,实现了低电压低功耗全摆幅性能。关键字:运放,全摆幅,仿真,电平位移技术ひ
·;—琺,琹瑃甀——.瑂,甌,籺——.琾甌琾——。;,琲
粀篊—...—瑀猼猺瑂琇—
陋:珥年上月笪日日期:递孕年—￡月兹原创性声明关于学位论文使用授权说明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在在论文中作了明确的说明。作者签名:本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文;学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
第一章绪论课题背景分析早在世纪年代,研究人员虷氏忍岢隽薓场效应世纪年代初期,许多专家预言模拟集成电路即将消失】。当时,数字信号处理算法的功能同益增强,而集成电路技术的进步又使这些算法可在硅片上紧凑而有效地实现。许多系统上用模拟电路形式来实现的功能很容易在数字领域内完成。人们推测:全部的信号处理将最终在数字领域内实现。但实际情况是,尽管许多的信号处理已经转移到了数字领域,但我们的世界是“模拟模阅D夂突旌闲藕糯淼缏返男枨笕匀怀中黾樱乇鹗嵌现代混合信号超大规模集成电路,例如数字通信、磁盘驱动电子学、无线接收器、光接收器、传感器、微处理器和存储器等的需求越来越大】。晶体管,母拍。年代中期发明了互补骷即同时采用秃蚉型晶体管⒑芸煺剂炝耸质谐。艚幼一个明显进步就是将技术应用到模拟电路设计中。年代以来,随着特征尺寸的持续缩小,芯片密度和工作频率相应增加,降低电路的电压和功耗己成为模拟设计关注的一个焦点。’髓着亚微米、深亚微米技术的发展和系统芯片,技术的日益成熟,采用电池供电的便携式电子产品获得了迅猛的发展和快速的普及,其性能要求也越来越高,开发周期越来越短,这使低压低功耗技术受到了极大的关注。由于电池技术的发展远远跟不上与电子系统的发展,其容量在最近的五年内也无法出现超过%到%的提升,不能满足日益复杂的的要求=昀矗孀疟始潜镜缒浴⒁贫ㄐ诺缺阈电子设备和系统迅速发展,集成了模拟和数字模块的超低功耗处理芯片的市场需求量急剧上升,低压低功耗电路己成为集成电路重要的发展方向之一【俊=档偷源电压己成为必需。首先,现代工艺的特征尺寸持续减小。在年,最小沟道长度趋近,器件栅氧化层的厚度变薄。为了避免栅击穿和保证器件的可靠性,电源电压必须降低。其次,集成度的持续提高要求解决单位面积的功耗问题。然而,对于标准工艺中的阈值电压并不会随着电源电压的降低而有明显的下降】。运算放大器作为模拟及数模混合电路中南大学硕士学位论文琁狤
运算放大器发展概况全摆幅输入、输出能力的运算放大器。运算放大:器的外部元件,它能够完成各种运算,如放大、加、减、微分和积分【。运放是一个从功能