基于0.5μm CMOS工艺低压多级放大器设计

论文摘要

集成电路工艺的进步,导致MOS管的器件尺寸和电源电压都下降了,但是管子的阈值电压却没有随之成正比例的下降,随着电路设计转向低压低功耗需求,对电路的频率补偿技术也有了新的要求,补偿方式不仅要降低功耗,还必须适合低压低功耗电路的拓扑结构。跨导型运算放大器是模拟和混合信号电子系统的基本组成模块,本文将要设计的是一种用于误差放大的低压低功耗多级放大器,要求具有高增益、大带宽并且能驱动大的负载电容。论文基于运算放大器的基本原理,首先对运算放大器的基本组成电路和多种频率补偿技术进行了介绍,为电路设计做了必要的理论支持,然后,以相位裕度为主要设计参数,对整个设计过程做出说明。基于0.5μm CMOS标准工艺,使用Hspice仿真,驱动500pF负载电容,三级放大器的直流增益为110dB,单位增益带宽为1MHz,相位裕度为60°,平均摆率为1.0V/us,在1.5V电源电压下功耗仅为0.18mW,达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的背景和研究意义
• 1.2 低电压低功耗设计的限制因素及国内外现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 放大器设计的基础知识
• 2.1 简单的MOS 大信号模型
• 2.1.1 MOSFET 的伏安特性
• 2.1.2 二级效应
• 2.2 MOS 管的小信号模型
• 2.3 单级CMOS 放大器
• 2.3.1 反相器
• 2.3.2 差分放大器
• 2.3.3 共源共栅放大器
• 2.3.4 输出放大器
• 2.4 运放系统稳定性概述
• 2.5 低压模拟集成电路设计技术
• 2.5.1 引言
• 2.5.2 衬底驱动MOSFET 工作原理
• 2.5.3 衬底驱动MOSFET 的超低压特性
• 2.6 本章小结
• 第三章 多级放大器频率补偿结构分析
• 3.1 背景和动机
• 3.2 多级放大器频率补偿结构
• 3.2.1 单级放大器
• 3.2.2 两级密勒电容补偿放大器
• 3.2.3 嵌套式密勒补偿多级放大器
• m -C 频率补偿放大器'>3.2.4 嵌套式G_m -C 频率补偿放大器
• 3.2.5 带阻尼因子控制块的频率补偿放大器
• 3.2.6 单个密勒电容补偿三级放大器
• 3.2.7 有源反馈频率补偿放大器
• 3.2.8 双回路平行频率补偿结构
• 3.2.9 跨导电容反馈频率补偿放大器
• 3.3 多级放大器频率补偿结构的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 运算放大器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 反向有源反馈频率补偿结构原理分析
• 4.3 反向有源反馈频率补偿放大器的电路结构
• 4.4 放大器的仿真
• 4.4.1 仿真工具及模型
• 4.4.2 放大器的增益及相位仿真
• 4.4.3 放大器的电源抑制比（PSRR）
• 4.4.4 放大器的共模抑制比（CMRR）
• 4.4.5 放大器差模输入范围
• 4.4.6 放大器共模输入范围
• 4.4.7 放大器的转换效率和建立时间
• S和IFOM_L'>4.4.8 放大器的IFOM_S和IFOM_L
• 4.4.9 结果汇总
• 4.5 放大器版图设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 附录A
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果