轨到轨输入输出范围运算放大器的噪声分析和优化

这篇文章设计了一个轨到轨（Rail-to-Rail）输入输出范围的低噪声运算放大器,在输入级采用电流补偿的方法来稳定该运算放大器在整个输入共模范围内的跨导,在输出级使用了AB类的输出方法来提高运算放大器的输出范围,且详细分析了该运算放大器的噪声性能,在此基础上给出了改善该运算放大器噪声性能的方法,以此来提高该运算放大器的动态范围。     

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。     

一种输入输出轨到轨CMOS运算放大器的设计

随着电源电压的日益降低,信号幅度不断减小,在噪声保持不变的情况下,信噪比也会相应地减小。为了在低电源电压下获得高的信噪比,需提高信号幅度,而输入输出轨到轨运算放大器可获得与电源电压轨相当的信号幅度。中文在理论分析了输入输出轨到轨CMOS运算放大器主要架构优缺点后,给出了一种新的输入输出轨到轨CMOS运算放大器的设计,该电路在华润上华0.18 μm工艺平台上流片验证。测试结果表明,输入范围从0到电源电压,输出范围从50 mV到电源电压减去50 mV,实现了输入输出轨到轨的目标。     

一种齐纳二极管控制式轨对轨CMOS运算放大器

采用0.6μm CMOS工艺,设计了一种齐纳二极管控制式轨对轨运算放大器.该运放采用了3.3V单电源供电,其输入共模范围和输出信号摆幅接近于地和电源电压,即所谓输入和输出电压范围轨对轨.该运放的小信号增益为82dB,单位增益带宽为12.34MHz,相位裕度为68°.由于电路简单,工作稳定,输入输出线性动态范围宽,非常适合于SOC芯片内集成.文中主要讨论该轨对轨运算放大器的原理,性能及设计方法,并进行了模拟仿真.     

一种轨对轨CMOS运算放大器的设计

基于0.6μmCMOS工艺,设计了一种轨对轨运算放大器。该运算放大器采用了3.3V单电源供电,其输入共模范围和输出信号摆幅接近于地和电源电压,即所谓输入和输出电压范围轨对轨。该运放的小信号增益为77dB,单位增益带宽为4.32MHz,相位裕度为79°。由于电路简单,工作稳定,输入输出线性动态范围宽,非常适合于SOC芯片内集成。     

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。     

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...     

一种宽带恒定跨导轨对轨运算放大器的设计

介绍了一种具有轨对轨输入功能的CMOS输入级电路。该电路克服了一般运算放大器只能工作在一定共模输入范围的输入级的缺陷，在各种共模输入电平下有着几乎恒定的跨导，使频率补偿更容易实现，且由于其工作原理与MOS晶体管的C—V解析关系无关，对制造工艺依赖性小，适用于深亚微米工艺。在此基础上，设计出了一种宽带的运算放大器，该运算放大器具有轨对轨输入、输出能力，可以作为常用模拟电路的基本单元模块。它没有严格的共模输入限制，跨导和整体性能稳定，适于为更大规模的数字／模拟混合信号系统提供行为级模型。     

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。     

一种用于水听器电压检测的模拟前端电路

提出了一种用于水听器电压检测的模拟前端电路,包括低噪声低失调斩波运算放大器,跨导电容(gm-C)低通滤波器,增益放大器三部分主体电路;低噪声低失调斩波运算放大器用于提取水听器前端传感器输出的微弱电压信号;gm-C低通滤波器用于滤除电压信号频率外的高频噪声和高次谐波;最后经过增益放大器放大至后级模数转换器的输入电压范围,输出数字码流;芯片采用台积电(TSMC)0.18μm单层多晶硅六层金属(1P6M)CMOS工艺实现。测试结果表明,在电源电压1.8 V,输入信号25 kHz和200 kHz时钟频率下,斩波运放输入等效失调电压小于110μV;整体电路输出信号动态范围达到80 dB,功耗5.1 mW,满足水听器的检测要求。     

A NOVEL Ku-BAND LOW NOISE AMPLIFIER WITH HEMT AND GaAs MMIC

A novel Ku-band low noise amplifier with a high electron mobility transistor (HEMT)and a GaAs monolithic microwave integrated circuit (MMIC) has been demonstrated. Its noisefigure is less-than 1.9dB with an associated gain larger than 27dB and an input/output VSWRless than 1.4 in the frequency range of 11.7-12.2GHz. The HEMT and the microwave series in-ductance feedback technique are used in the first stage of the amplifier, and a Ku-band MMIC isemployed in the last stage. The key to this design is to achieve an optimum noise match and a min-imum input VSWR matching simultaneously by using the microwave series inductance feedbackmethod. The B J-120 waveguides are used in both input and output of the amplifier.     

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。     

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。     

一种微功耗轨到轨输出AB类运算放大器设计

在分析研究AB类运算放大器的输入和输出级构成原理基础上,提出一种与信号处理模块的输出端匹配并具有一定负载能力的缓冲器的设计。缓冲器采用了AB类运放结构,其输入级采用折叠式共射共基结构,输出级分别采用PNP管和NMOS管作为上拉管和下拉管,结合电路结构的改进使之具有轨到轨(rail-to-rail)的输出特性和很低的静态电流。设计的电路具有开环增益大、静态功耗小、带宽较高等特点。此运放已在1.5μmBCD工艺下实现。测试结果表明,静态电流仅为8.5μA,闭环带宽达200kHz,开环增益为100dB。     

一种新颖的具有HEMT和GaAs MMIC的Ku波段低噪声放大器

本文介绍了一种具有高电子迁移率晶体管(HEMT)和砷化镓单片微波集成电路(GaAs MMIC)的Ku波段低噪声放大器。在11.7～12.2GHz频率范围内,该放大器的噪声系数小于1.9dB,相关增益大于27dB,输入和输出驻波比小于1.4。放大器第一级采用了HEMT和微波串联电感反馈技术,放大器未级采用了Ku波段GsAs MMIC。设计的关键是采用微波串联电感反馈方法同时获得最佳噪声和最小输入驻波匹配。放大器的输入端和输出端均为BJ-120波导。     

一种适合VLSI库的Rail-to-Rail运算放大器

介绍了一种适于 VLSI库单元的轨到轨 (Rail-to-Rail)运算放大器。低电压、低功耗、输入输出动态幅度达到 Rail-to-Rail的运放模块是研究的核心。文章分析了该运放模块的输入、输出级 ,并分析了 cascodedMiller频率补偿技术。芯片采用新加坡特许半导体制造公司 0 .6μm N阱 CMOS工艺 ,芯片面积 0 .0 2 4mm2 。测试结果表明 :该运放模块在 3 V工作电压下直流增益 90 d B,共模输入范围 -0 .4～ 4V,输出动态范围 0～ 2 .9V,单位增益带宽 7MHz,相位裕量 70°,静态功耗仅有 0 .3 m W,特别适合作为 VLSI的库单元