一种低失调CMOS轨到轨运算放大器研究

基于CMOS工艺设计了一款轨到轨运算放大器,整体电路包括偏置电路、输入级、输出级以及ESD保护电路。电路中的输入级使用了一种全新的架构,通过一对耗尽型NMOS管作为输入管,实现轨到轨输入,同时在输入级采用了共源共栅结构,能够提供较高的共模输入范围和增益;在输出级,为了得到满摆幅输出而采用了AB类输出级;同时ESD保护电路采用传统的GGMOS电路,耐压大于2 kV。经过仿真后可知,电路的输入偏置电流为150 fA,在负载为100 kΩ的情况下,输出最高和最低电压可达距电源轨和地轨的20 mV范围内,当电源电压为5 V时能获得80 dB的CMRR和120 dB的增益,相位裕度约为50°,单位增益带宽约为1.5 MHz。     

恒跨导轨对轨CMOS运算放大器的设计

为了提高运算放大器对电源电压的利用率,基于GSMC 0.18 μm CMOS工艺模型,设计了一种高增益恒跨导轨对轨CMOS运算放大器。该运算放大器的输入级采用了互补差分对,并通过3倍电流镜法保证输入级总跨导在整个共模输入范围内恒定;为了获得较大的增益和输出摆幅,中间级采用了折叠式共源共栅结构;输出级采用了AB类输出控制电路,使输出摆幅基本实现了轨对轨。在3.3 V供电电压以及1.6 V输入电压下,该放大器的直流增益为126 dB,单位增益带宽为50 MHz,相位裕度为65°。电路结构简单,易于调试,可大大缩减设计周期和成本。     

一种恒跨导高增益轨到轨运算放大器

基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种新颖的恒跨导高增益轨到轨运算放大器。输入级仅由NMOS管差分对构成,采用电平移位及两路复用选择器控制技术,在轨到轨共模输入范围内实现了输入级恒跨导。中间级采用折叠式共源共栅放大器结构,运算放大器能获得高增益。输出级采用前馈型AB类推挽放大器,实现轨到轨全摆幅输出。利用密勒补偿技术进行频率补偿,运算放大器工作稳定。仿真结果表明,在1.8 V电源电压下,该运算放大器的直流开环增益为129.3 dB,单位增益带宽为7.22 MHz,相位裕度为60.1°,整个轨到轨共模输入范围内跨导的变化率为1.44%。     

一种低电压恒定跨导轨到轨运算放大器的设计

设计了一种低电压恒定跨导的轨到轨运算放大器,作为误差放大器用在BUCK型DC-DC上实现对输出电压的调节。该运算放大器采用两级结构,输入级采用互补差分对的结构,实现了轨到轨电压的输入,并且利用2倍电流镜技术实现了跨导的恒定;输出级采用AB类放大器的结构,提高了输出电压摆幅和效率,实现了轨到轨电压的输出。该电路基于CSMC 0.25μm EN BCDMOS工艺进行设计,仿真结果表明:电源电压为2.8 V时,在输出端负载电容为160 pF、负载电阻为10 kΩ的情况下,增益为124 dB,单位增益带宽积为5.76 MHz,相位裕度为59.9℃,输入跨导为5.2 mΩ~(-1),共模抑制比为123 dB,输入共模信号范围为0～2.8V,输出电压摆幅为0～2.8 V。     

基于单差分对输入级的新型轨到轨运算放大器设计

本文基于CMOS工艺设计了一种新型的轨到轨集成运算放大器。对比分析传统轨到轨输入级设计的优劣,该运放选择采用单差分对输入级结构,使用耗尽型NMOS管作为输入对管,利用耗尽型NMOS管的体效应以及对输入级电路结构的优化,实现轨到轨输入,以AB类输出级结构实现轨到轨输出。经过Cadence仿真验证,工作在5 V单电源供电下,共模输入电压范围可以实现满轨0～5 V,增益高达141.1 dB,带宽1.7 MHz,相位裕度55.4°,具有较低的输入失调电压264μV、输入偏置电流9 pA。整体电路实现了近乎满轨的轨到轨的输出电压摆幅,达到轨到轨运算放大器的设计要求。     

一种恒跨导轨对轨CMOS运算放大器的设计

设计了一种新颖的恒跨导轨对轨CMOS运算放大器结构。输入级采用轨对轨的结构,在输入级采用4个虚拟差分对管来对输入差分对的电流进行限制,使运放的输入级跨导在工作范围内保持恒定。输出级采用前馈式AB类输出结构,以使输出达到全摆幅。仿真结果显示,在5 V电源电压和带有10 pF电容与10 kΩ电阻并联的负载下,该运放在共模输入范围内实现了恒跨导,在整个共模输入范围内跨导变化率仅为3%,输出摆幅也达到了轨对轨全摆幅,运放的开环增益为108.5 dB,增益带宽积为26.7 MHz,相位裕度为76.3°。     

一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器

针对传统全差分运算放大器电路存在输入输出摆幅小和共模抑制比低的问题,提出了一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器电路。电路的输入级采用基于电流补偿技术的互补差分输入对,实现较大的输入信号摆幅;中间级采用折叠式共源共栅结构,获得较大的增益和输出摆幅;输出级采用共模反馈环路控制的A类输出结构,同时对共模反馈环路进行密勒补偿,提高电路的共模抑制比和环路稳定性。提出的全差分运算放大器电路基于中芯国际(SMIC) 0.13μm CMOS工艺设计,结果表明,该电路在3.3 V供电电压下,负载电容为5 pF时,可实现轨到轨的输入输出信号摆幅;当输入共模电平为1.65 V时,直流增益为108.9 dB,相位裕度为77.5°,单位增益带宽为12.71 MHz;共模反馈环路增益为97.7 dB,相位裕度为71.3°;共模抑制比为237.7 dB,电源抑制比为209.6 dB,等效输入参考噪声为37.9 nV/Hz^1/2@100 kHz。     

基于单一PMOS差分对的轨到轨输入运算放大器设计

基于国内某CMOS工艺设计了一种单一PMOS差分对的轨到轨输入、恒跨导CMOS运算放大器。输入级电路采用折叠共源共栅结构,通过体效应动态调节输入管的阈值电压扩展共模输入范围到正负电源轨,恒定共模输入范围内的跨导,自级联电流镜有源负载将差分输入转换为单端输出;输出级电路采用AB类结构实现轨到轨输出,线性跨导环确定输出管的静态偏置电流。在5 V电源电压,2.5 V共模电压,1 MΩ负载条件下,经Spectre仿真验证,该运算放大器开环增益为119 dB,相位裕度为58°,共模输入范围为0.0027～4.995 V,共模范围内跨导变化小于3%,实现了轨到轨输入共模范围内的跨导恒定。     

低压工作的轨到轨输入／输出缓冲级放大器

本文提出了一种低压工作的轨到轨输入／输出缓冲级放大器。利用电阻产生的输入共模电平移动,该放大器可以在低于传统轨到轨输入级所限制的最小电压下工作,并在整个输入共模电压范围内获得恒定的输入跨导;它的输出级由电流镜驱动,实现了轨到轨电压输出,具有较强的负载驱动能力。该放大器在CSMCO．6-μmCMOS数模混合工艺下进行了HSPICE仿真和流片测试,结果表明：当供电电压为5V,偏置电流为60uA,负载电容为10pF时,开环增益为87．7dB,功耗为579uw,单位增益带宽为3．3MHz;当该放大器作为缓冲级时,输入3VPP10kHz正弦信号,总谐波失真THD为53．2dB。     

一种改进输入级结构的轨至轨运算放大器设计

基于0.18μm CMOS标准工艺设计了一种改进输入级结构的轨至轨运算放大器电路。该电路由输入级电路、共源共栅放大电路、共源输出电路及偏置电路组成。通过引入正反馈的MOS耦合对管将输入级电路改进为预放大电路,然后对其进行了详细分析,利用Cadence软件对电路进行仿真。仿真结果表明本文结构的低频直流开环增益可以达到80 dB,比相同参数下的普通结构高20 dB左右。相位裕度达到73o,共模输入电压范围满足全幅摆动,共模抑制比低频时可以达到107 dB。     

一种前馈型全摆幅恒跨导准恒增益CMOS运放设计

设计了一种适合在低电源电压下工作的前馈型输入级放大结构，在全摆幅的动态工作范围内，输入级跨导保持不变，采用负载电流补偿以保证增益近似恒定，输出采用前馈型AB类输结构，实现全摆幅输出。     

低压低功耗运算放大器结构设计技术

低电压、低功耗、动态摆幅达到轨到轨（Rail—to—Rail）的运放是实现SOC设计的核心，而相关的输入输出模块是其中的关键技术。本文分析了两种分别工作于弱反型区和强反型区的恒跨导Rail—to—Rail输入级，同时给出了低压和极低压下两种AB类控制输出级的实现方案，并对各方案进行了比较和总结。     

一种电流跟踪补偿的输入输出全摆幅运算放大器

介绍了一种工作在2.5V电压下、具有全摆幅输入与输出功能的两级CMOS运算放大器。通过一种简单有效的电流跟踪电路实现了输入跨导恒定的要求，这样使得频率补偿变得容易实现；为了降低功耗，输入级工作在弱反型区：输出级采用带有前馈控制电路的AB类输出电路，实现了输出信号的轨至轨。电路具有结构简单、功耗低、面积小、性能高等优点。     

一种新型的轨到轨高斯函数发生电路

提出了一种轨到轨电压输入、电流输出的高斯函数产生电路的实现方式,它是模糊控制器以及神经网络等电路中的重要部件.通过在传统的高斯函数产生电路的输入级引入PMOS和NMOS差分对,并针对不同输入电压实现独立控制,该电路实现了轨到轨的电压输入,即输入电压达到了电源电压范围.此外,该电路可以根据外加电压调整高斯函数形状,具有匹配误差小等优点.采用无锡上华(CSMC)0.6 μm数模混合工艺仿真并流片试验.结果表明,其工作状况良好,在[0,Vdd]的满幅度输入范围内,最大满刻度误差为-2.4%～3.6%.该电路为模糊逻辑(神经网络)系统的硬件实现奠定了良好的基础.     

恒跨导高摆率轨对轨运算放大器的设计

本文在分析MOS管恒跨导输入级和AB类输出级运算放大器的基础上设计了一个高摆率、恒跨导的轨对轨运算放大器。在输入级中采用了齐纳二极管的稳压原理,保证Rail-to-Rail运算放大器的输入跨导恒定。为了实现高转换率,本文采用了一种新型的压摆率提高电路。另外,为了提高系统的稳定性,采用了控制零点的米勒补偿进行频率补偿。采...     

Robust Design of LV/LP Low-Distortion CMOS Rail-to-Rail Input Stages

Two robust CMOS rail-to-rail OpAmp input stages are presented for low voltage ( 3 V) applications. The robust input stages are implemented using two recently reported universal approaches to achieve constant transconductance. Transconductance control circuit is also introduced to compensate for K _p , K _n mismatch of PMOS and NMOS differential pairs in the input stage. The input stages are designed for operation in the strong inversion and have a rail-to-rail common mode input voltage range. Compared with an OpAmp with simple complementary input pairs, a two stage rail-to-rail OpAmp design example exhibits lower total harmonic distortion (THD) levels over the entire common mode input voltage range.currently on leave as a visiting scholar at OSU     

一种恒跨导CMOS运算放大器的设计

设计了一种宽带轨对轨运算放大器,此运算放大器在3.3 V单电源下供电,采用电流镜和尾电流开关控制来实现输入级总跨导的恒定。为了能够处理宽的电平范围和得到足够的放大倍数,采用用折叠式共源共栅结构作为前级放大。输出级采用AB类控制的轨对轨输出。频率补偿采用了级联密勒补偿的方法。基于TSMC 2.5μm CMOS工艺,电路采用HSpice仿真,该运放可达到轨对轨的输入/输出电压范围。     

A Low-Voltage Fully Differential Constant-Gm Rail-to-Rail CMOS Operational Amplifier

A low-voltage fully differential CMOS operational amplifier withconstant-g_mand rail-to-rail input and output stages ispresented. It is the fully differential version of a previously realizedsingle-ended operational amplifier where a novel circuit to ensure constanttransconductance has been implemented [1]. The input stage is a rail-to-railstructure formed by two symmetrical OTAs in parallel (the input transistorsare operating in weak inversion). The class-AB output stages have also afull voltage swing. A rail-to-rail input common mode feedback structureallows the output voltage control. Measurements in a 0.7 µ standardCMOS process with threshold voltages of about 0.7 V have been done. Theminimum experimental supply voltage is about 1.1 V. The circuit provides a60 dB low frequency voltage gain and about 1.5 MHz unity gain frequency fora total power consumption of about 0.72 mW at a 1.5 V supply voltage.     

Single-pair bulk-driven CMOS input stage: A compact low-voltage analog cell for scaled technologies

Bulk-driven MOS transistors lead to a compact low-voltage/low-power input stage implementation. This paper illustrates the rail-to-rail capability of a single-pair bulk-driven CMOS input stage operated from an extremely low supply voltage. A composite input stage is also introduced to point out some limitations inherent in multiple-pair input stages and carry out performance comparison, based on experimental data obtained in standard 0.35 μm CMOS technology. The performance achieved by the single-pair bulk-driven input stage can be readily extended to a nanoscale process, as lower supply voltages in scaled technologies are expected. Measurements demonstrate the rail-to-rail suitability of the single-pair input stage and show intrinsic advantages of this approach in some amplifier features, such as linearity and common-mode rejection ratio, as compared to the case of the composite solution.     

A -90-dB THD rail-to-rail input opamp using a new local charge pumpin CMOS

This paper describes the principle and design of a CMOS rail-to-rail input operational amplifier with THD performance of -90 dB which is suited for high-quality audio systems. A new output stage has been used featuring an output suing that extends to either supply rail and is capable of driving a low ohmic load (32 Ω). The opamp, which is realized in a 0.5-μm 3.3-V digital CMOS process, uses a standard two-stage Miller configuration. The rail-to-rail input functionality is achieved with a new area-efficient on-chip charge pump which provides the local supply voltage for the input differential pair. THD levels below -90 dB have not yet been shown with existing rail-to-rail techniques. This rail-to-rail input configuration also behaves independently of the common mode level with respect to transconductance and slewing characteristics