一种基于BiFET工艺的高输入阻抗运算放大器

针对CMOS运算放大器存在的输入失调电压高、噪声性能差等问题,提出了一种基于双极结型场效应晶体管(BiFET)工艺的高输入阻抗运算放大器。采用P沟道JFET差分对作为输入级,实现了pA量级的极低输入偏置电流/失调电流和nV/Hz量级的极低输入噪声电压谱密度。采用双极晶体管构成的共集-共射增益级和互补推挽输出级,实现了100 dB的开环增益、10 V/μs的输出电压转换速率和10 MHz的带宽。该运算放大器适用于对微弱模拟信号的采集和放大。     

一种基于PJFET输入的高压摆率集成运算放大器

基于双极型集成工艺设计并制作了一种高压摆率、低输入偏置电流、低输入失调电流的运算放大器。输入级采用p沟道结型场效应晶体管(PJFET)共源结构,有利于减小输入偏置电流,提高信号接收的灵敏度,实现高输入阻抗、低偏置电流、低输入失调电流和高压摆率。增益级采用常规的共射放大电路结构。输出级采用互补推挽输出结构,提升了驱动负载的能力,并克服交越失真。测试结果表明：在电源电压±15 V、25℃环境温度下,开环电压增益为114.49 dB,正压摆率为12.33 V/μs,负压摆率为-9.76 V/μs,输入偏置电流为42.52 pA,输入失调电流为4.23 pA,输出电压摆幅为-13.56～14.16 V,共模抑制比为105.56 dB,电源抑制比为107.91 dB。     

微电容超声换能器的前端专用集成电路设计

针对微电容超声换能器(CMUT)微弱电流信号检测的要求,设计了一种用于CMUT的前端专用集成电路——运算放大器(OPA)电路。运算放大器电路采用两级放大结构,第一级采用全差分折叠-共源共栅结构,输出级采用AB类控制的轨到轨输出级,在运算放大器电路反相输入端和输出端通过一个反馈电阻实现CMUT电流信号到电压信号的转换。采用GlobalFoundries 0.18μm的标准CMOS工艺进行了仿真设计和流片,芯片尺寸为226μm×75μm。仿真结果表明,运算放大器的开环增益为62 dB,单位增益带宽为30 MHz,在3 MHz处的输入参考噪声电压为2.9μV/Hz^1/2,电路采用±3.3 V供电,静态功耗为11 mW。测试结果表明仿真与实测结果相符,该运算放大器电路能够实现CMUT微弱电流信号检测功能。     

宽带低噪声放大器单片微波集成电路

从行波放大器设计理论出发,研制了一款基于低噪声GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计的2~20 GHz单片微波集成电路(MMIC)宽带低噪声放大器。该款放大器由九级电路构成。为了进一步提高放大器的增益,采用了一个共源场效应管和一个共栅场效应管级联的拓扑结构,每级放大器采用自偏压技术实现单电源供电。测试结果表明,本款低噪声放大器在外加+5 V工作电压下,能够在2~20 GHz频率内实现小信号增益大于16 dB,增益平坦度小于±0.5 dB,输出P-1 dB大于14 dBm,噪声系数典型值为2.5 dB,输入和输出回波损耗均小于-15 dB,工作电流仅为63 mA,低噪声放大器芯片面积为3.1 mm×1.3 mm。     

2～18 GHz GaAs超宽带低噪声放大器MMIC

基于90 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计并制备了一款2～18 GHz的超宽带低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。该款放大器具有两级共源共栅级联结构，通过负反馈实现了超宽带内的增益平坦设计。在共栅晶体管的栅极增加接地电容，提高了放大器的高频输出阻抗，进而拓宽了带宽，提高了高频增益，并降低了噪声。在片测试结果表明，在5 V单电源电压下，在2～18 GHz内该低噪声放大器小信号增益约为26.5 dB,增益平坦度小于±1 dB,1 dB压缩点输出功率大于13.5 dBm,噪声系数小于1.5 dB,输入、输出回波损耗均小于-10 dB,工作电流为100 mA,芯片面积为2 mm×1 mm。该超宽带低噪声放大器可应用于雷达接收机系统中，有利于接收机带宽、噪声系数和体积等的优化。     

低噪声高单位增益带宽双极型运放设计

设计了一款低噪声、高单位增益带宽的运放电路。该款电路基于0.25μm SiGe双极工艺,采用三级级联的形式,输入级选取多个双极型晶体管(BJT)并联,用作差分对管,以抑制噪声;中间级不但用pnp型BJT镜像电流源作为有源负载,而且并联多个横向pnp型BJT用以提升单位增益带宽;输出级则设计成低电容输入和低电容输出方式,借此拓展带宽。对所设计的运放电路进行了PSPICE仿真及硬件电路实验。结果表明,当电源电压为2.5 V时,运放电路的实测交流开环电压增益为80 dB,开环相位裕度为61.5°,单位增益带宽为203 MHz,在10 kHz处的输入电压噪声密度仅为1.2 nV/Hz~(1/Hz),因而可用于低噪声、高单位增益带宽的片上相位噪声测量电路和微波功率传感器等系统的设计中。     

基于GaAs pHEMT的1.0～2.4 GHz放大衰减多功能芯片

基于0.25 μm GaAs赝高电子迁移晶体管(pHEMT)工艺,研制了一种1.0～2.4 GHz的放大衰减多功能芯片,该芯片具有低噪声、高线性度和增益可数控调节等特点。电路由第一级低噪声放大器、4位数控衰减器、第二级低噪声放大器依次级联构成,同时在片上集成了TTL驱动电路。为获得较大的增益和良好的线性度,两级低噪声放大器均采用共源共栅结构(Cascode)。测试结果表明,在1.0～2.4 GHz频带范围内,该芯片基态小信号增益约为36 dB,噪声系数小于1.8 dB,输出1 dB压缩点功率大于16 dBm,增益调节范围为15 dB,调节步进1 dB,衰减RMS误差小于0.3 dB,输入输出电压驻波比小于1.5。其中放大器采用单电源+5 V供电,静态电流小于110 mA,TTL驱动电路采用-5 V供电,静态功耗小于3 mA。整个芯片的尺寸为3.5 mm×1.5 mm×0.1 mm。     

一款适用于高速读出电路的输出级运算放大器设计

〖JP+1〗CMOS运算放大器是红外探测器系统读出电路的重要模块,其性能直接影响红外读出电路性能。本文设计了一款适用于高速读出电路的输出级运算放大器,在负载电阻100 kΩ,负载电容25 pF的条件下,使读出电路的工作频率大于20 MHz。输出级运算放大器由折叠共源共栅差分运放和甲乙类推挽反相运放级联构成。折叠共源共栅差分运放可以实现电路高增益、大输出电压范围和高输出阻抗,同时可以有效减小放大器输入端的米勒电容效应。甲乙类推挽反相运放具有高电压电流转换效率,可以灵活地从负载得到电流或者向负载提供电流,实现高电流增益,驱动大负载。两级运放之间通过米勒电容实现频率补偿,保证运放的稳定性。本文设计的高速输出级运算放大器基于SMIC 018μm工艺设计,最终实现指标:功耗不大于10mW,运放增益>84dB,相位裕度79°,单位增益带宽>100 MHz,噪声78 μV(1～500 MHz),输出电压范围1～5 V,建立时间<15ns。通过设计高速输出级运算放大器,红外读出电路的读出速率和帧频得到有效提高。     

一种低失调运算放大器的设计

基于Bipolar工艺设计,结合激光修调技术,实现一种四通道、低失调、低功耗、高增益的运算放大器。电路整体结构包含：基准偏置电路、差分输入及偏置补偿电路、中间级电路、输出及过流保护电路。输入级选择差分输入结构,采用输入偏置补偿设计,降低了输入失调电压和偏置电流;中间级采用射随器结构,结合密勒补偿电容及零点电阻,提高电路的稳定性;输出级采用B类的输出结构,结合过流保护设计,增加电路的安全性。电路封装后测试：输入失调电压10μV,输入偏置电流0.5nA,大信号电压增益130 dB,电源电流2.4mA,增益带宽积1.5MHz,噪声电压7.34nV/√Hz。     

一种低功耗高增益复合共源共栅放大器

基于TSMC 0.25 μm工艺,设计了一种复合共源共栅两级CMOS运算放大器.与传统CMOS运算放大器相比,该运放利用MOS管工作在弱反型区时跨导较大、工作电流较小的特点,有效提高了运放的增益,同时降低了功耗,提高了输出电压摆幅.运放结构简单,降低了补偿难度,3.5 pF的补偿电容就可以支持运放稳定工作.仿真与实验数据表明,设计的运算放大器直流增益可达110 dB以上,功耗为110 μW.     

Very Low Power, Low Voltage, High Accuracy, and High Performance Current Mirror

A novel low power and low voltage current mirror with a very low current copy error is presented and the principle of its operation is discussed.In this circuit,the gain boosting regulated cascode scheme is used to improve the output resistance,while using inverter as an amplifier.The simulation results with HSPICE in TSMC 0.18 μm CMOS technology are given,which verify the high performance of the proposed structure.Simulation results show an input resistance of 0.014 Ω and an output resistance of 3 GΩ.The current copy error is favorable as low as 0.002％ together with an input (the minimum input voltage of vin,min～ 0.24 V) and an output (the minimum output voltage of vout,min～ 0.16 V) compliances while working with the 1 V power supply and the 50 μA input current.The current copy error is near zero at the input current of 27 μA.It consumes only 76 μW and introduces a very low output offset current of 50 pA.     

一款高精度低电流的两级高电压电源调整电路

提出了一种改进的高输入电压调整电路结构,该电路结构在TSMC 0.25 μm BCD工艺平台进行验证.电路包括两个参考电压模块、两级调整电路和一个关断信号产生模块.介绍了初级电压调整和精确电压调整电路,可以产生稳定精确的输出电压,同时也提高了低输入电源电压时的输出电流能力.通过两级电源调整电路可以实现软启动功能,减小启动浪涌电压,提高启动性能.此外,关断模块产生可以可靠关闭高压模块和低压模块的两种控制信号,使得在待机模式下高压直流转换系统仅消耗极低的待机电流.该电路结构的输入电压可以在2.5～45 V宽幅范围内变化.在待机模式下,高压直流转换系统的待机电流最低仅300 nA,电源调整电路可以输出最高60 mA的负载电流.     

A Current Mirror for Low Voltage, High Performance Analog Circuits

A current mirror for low voltage analog and mixed mode circuits is proposed. The current mirror has high input and output voltage swing capability and can operate at ±1.0 V supply. P-Spice simulations confirm the input current range of 1 A to 500 A with 2.5 GHz bandwidth for the proposed current mirror. Adaptive biasing increases the input voltage swing capability and decreases the undesired offset current. Resistive and capacitive compensation are used to increase its bandwidth.     

低延迟低电压电流比较器

设计了一种基于改进共源共栅电流镜的CMOS电流比较器,该比较器在1 V电压且电压误差±10%的状态下都正常工作,同时改进后的结构能够在低电压下取得较低的比较延迟。电路的输入级将输入的电流信号转化为电压信号,电平移位级的引入使该结构能够正常工作在不同的工艺角和温度下,然后通过放大器和反相器得到轨对轨输出电压。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺进行了版图设计,并使用SPECTRE软件在不同工艺角、温度和电源电压下对电路进行了仿真。结果表明,该电路在TT工艺角下的比较精度为100 nA,平均功耗为85.53μW,延迟为2.55 ns,适合应用于高精度、低功耗电流型集成电路中。     

基于恒流源的改进型压电陶瓷高压驱动电源

恒流源压电陶瓷驱动电源具有结构简单及频响好等优点,但静态功耗高是其突出缺点。该文提出了一种改进的恒流源压电陶瓷驱动电源,在静态功耗一定的情况下,提高了其动态输出能力及竞争能力。该改进型压电陶瓷驱动电源的样机具有2.4~300V的输出电压范围,在静态恒定电流为0.1A时,动态输出电流最大可达0.44A。基于恒流源的高压驱动电源,驱动电压主要由驱动管的耐压决定,原理上可得到远高于现有高压运放的水平,在高压压电陶瓷驱动方面有广阔的前景。     

一种高精度高转换效率的LED驱动电路

基于HHNEC 0.35μm 40 V BCD工艺,采用峰值电流检测模式的脉冲宽度调制方式,设计了一款能在8～42 V的输入电压范围内,-40～125℃的温度范围内正常工作的高转换效率、高输出电流精度的发光二极管(LED)驱动电路,版图面积为925.3μm×826.8μm。利用带负反馈的预稳压电路为基准源电路和线性稳压器提供稳定的工作电压,新颖求和型CMOS基准电流源提供低温漂、高精度的偏置电流,带预抑制电路的基准电压源提供高精度的参考电压,提高了输出电流的精度。仿真结果表明,在典型工艺角TT下,当输入电压为40 V,驱动9个LED,输出电流为400 mA时,该LED驱动电路转换效率为95.8%,输出电流精度为1.75%。     

一款高精度低功耗电压基准的设计与实现

设计了一款高输出电压情况下的高精度低功耗电压基准电路.电路采用了比例采样负反馈结构达到较高和可控的输出电压,并利用曲率补偿电路极大地减小了输出电压的温度系数.针对较宽输入电压范围内的超低线性调整率规格,给出了多级带隙级联的电路结构.针对功耗和超低负载调整率的问题,电路采用了基于运算放大器的限流模式和内置大尺寸横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管的设计.该电路在CSMC 0.25 μm高压BCD工艺条件下进行设计、仿真和流片,测试结果表明,该电压基准输出电压为3.3V,温度系数为19.4×10-6/℃,线性调整率为5.6 μV/V,负载调整率为23.3 μV/V,工作电流为45 μA.     

采用串联结构的高压电容恒流充电电源

在电压大范围变化条件下,针对纯电容负载介绍了串联负载谐振电路的工作原理、恒流特性以及软开关工作方式对高压电容充电品质的影响.在高频高压情况下,分析了以低压方式解决高压问题的多模块串联均压的典型电路结构,并讨论了变压器分布电容和漏感对充电的影响.实现了由直流48V供电,输出为10kV的高压电容恒流充电\电源.     

基于电流型控制的LED恒流源分析与设计

设计了一种输出功率约50W的LED恒流源驱动模块,其负载为由多只LED管(每只功率为1W)采用混联方式组成的LED阵列。通过对其电流型反激式变换及恒流控制电路的设计与试制,并在不同输入电压下,改变负载测试,可看出其电流变化规律基本相似。随着负载变小,输出电压升高,输出电流逐渐减小,输出电流稳定度达4.6%。在一定负载时,输出电压值保持在47.2V左右,电压纹波峰-峰值约为400mV。电流波动约0.05A,输出电流稳定可靠,可用于对多只串并混联的LED阵列驱动供电。