高性能运算放大器设计
运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计
运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:运算放大器是一种常见的电子元件,用于放大电压信号。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗、无论输入信号大小如何都保持固定的放大倍数等特点,因此被广泛应用在各种电路中。
在设计电路时,我们经常需要计算运算放大器的可用输出摆幅范围,以确保信号能够正常放大并输出。
本文将介绍如何计算运算放大器的可用输出摆幅范围,并结合跨阻放大器的设计原理,为读者详细解析如何设计一个跨阻放大器。
让我们来了解一下运算放大器的可用输出摆幅范围的计算方法。
在实际电路中,运算放大器有一个工作范围,超出这个范围就会导致输出失真或截断。
可用输出摆幅范围指的是在输入信号范围内,输出能够正常工作的幅度范围。
一般来说,运算放大器的输出摆幅范围取决于供电电压和输入信号的幅度。
在理想情况下,运算放大器的输出范围可以达到供电电压的极限值。
如果供电电压为+10V和-10V,那么理想情况下运算放大器的输出范围为+10V到-10V。
但是在实际应用中,由于运算放大器内部的饱和效应、风险电平等因素的影响,实际的输出摆幅通常小于供电电压的极限值。
我们需要通过计算来确定具体的可用输出摆幅范围。
一般来说,可以通过运算放大器的数据手册来查找具体的参数,比如输入失真电压、输出摆幅等。
根据这些参数,可以利用以下公式来计算运算放大器的可用输出摆幅范围:可用输出摆幅范围= Vcc - VsatVcc为正供电电压,Vsat为输出饱和电压。
通常情况下,Vsat的值在数据手册中可以查到,一般为几毫伏。
还需要考虑输出负载的影响。
输出负载的存在会导致输出电压下降,从而影响运算放大器的可用输出摆幅范围。
在实际设计中,还需要考虑输出负载的大小,以确保输出电压不会受到明显的影响。
接下来我们将结合跨阻放大器的设计原理,来详细介绍如何设计一个跨阻放大器。
跨阻放大器是一种常见的放大电路,通过改变输入电阻的方式来实现放大功能。
全差分运算放大器设计概要
全差分运算放大器设计概要全差分运算放大器是一种常见的电子电路,它可以将输入信号的差分放大,并在输出端提供差分信号。
全差分运算放大器广泛应用于模拟与数字信号处理中,如低噪声放大器、滤波器和交叉耦合放大器等领域。
本文将介绍全差分运算放大器的设计概要,包括电路结构、设计要点和性能指标等。
[图片]该电路由两个共模反馈放大器组成,其中一个作为正放大器,另一个作为负放大器。
输入信号通过差分输入端口加到两个反馈放大器上,经过放大后,在输出端口提供差分信号。
为了保证优良的性能,必须对电路的参数进行适当的设计和调整。
首先,需要确定全差分运算放大器的增益要求。
增益是指输出信号与输入信号之间的比例关系。
在不同的应用中,增益要求可能不同。
根据增益要求,可以选择合适的放大器型号和电路拓扑结构。
其次,需要选择适当的放大器元件。
放大器元件包括晶体管、电阻、电容等。
选择合适的元件是设计成功的关键。
晶体管的选择要考虑其增益、噪声系数、带宽等指标。
电阻和电容的选择要考虑其阻值、容值、精度等因素。
然后,需要确定电路的偏置方案。
全差分运算放大器需要提供适当的偏置电压,以确保电路能够正常工作。
偏置电压的选择要考虑元件的工作状态和参数的稳定性。
常见的偏置方案包括电流镜偏置、电流源偏置等。
设计完成后,需要对电路进行性能测试和优化。
性能测试包括增益、带宽、噪声系数、非线性失真等指标的测试。
根据测试结果,可以进行相应的电路优化,以满足设计要求。
最后,需要对电路进行可靠性分析。
可靠性分析是为了确保电路在长时间工作过程中不会出现故障。
可靠性分析包括温度分析、电路重要参数的敏感度分析等。
全差分运算放大器设计的关键在于电路的结构和元件的选择。
合理的电路结构和适当的元件选择可以使电路具有较高的增益、宽带和低噪声等性能。
此外,还需要注意电路的偏置方案和可靠性分析,以确保电路的正常工作和长时间可靠性。
总之,全差分运算放大器是一种重要的电子电路,具有广泛的应用前景。
0.18um数字cmos工艺下的高增益运算放大器设计
0.18um数字cmos工艺下的高增益运算放大器设计
在0.18um数字CMOS工艺下,设计高塔益运算放大器需要考虑到各种因素。
以下是一些设计考虑和技术要素:
1.确定设计目标:首先需要确定设计高增益运算放大器的目标,例如放大器的增益、带宽、功耗等。
这些目标将直接影响设计的选择和决策。
2.选择台适的放大器架构:根据设计目标,选择合适的放大器架构。
例如,可以采用两级或三级放大器架构,以实现较高的增益和带宽。
3.优化输入和输出阻抗:输入和输出阻抗是影响放大器性能的重要因素。
通过优化输入和输出阻抗,可以提高放大器的增益、带宽和线性度。
4.考虑电源电压和功耗:在数字CMOS工艺下,电源电压和功耗是必须要考虑的因素。
通过优化电路设计和选择台适的器件。
可以降低功耗并提高电源效率。
5.考虑工艺偏差和失配:在数字CMOS工艺中,由于制造工艺的偏差和失配,会影响放大器的性能。
因此,在设计时需要考虑到这些因素,并采取相应的措施进行补偿和调整。
6.进行仿真和测试:在设计完成后,需要进行仿真和测试以验证设计的正确性和性能。
通过仿真和测试,可以发现并解决设计中存在的问题,并进行优化和改进。
总之。
在0.18um数字CMOS工艺下设计高增益运算放大器需要综合考虑各种因素。
并进行优化和调整。
通过不断改进和迭代,可以获得高性能、可靠性的放大器设计。
制表:审核:批准:。
运算放大器应用设计的技巧总结
运算放大器应用设计的几个技巧一、如何实现微弱信号放大?传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路,在这种应用中,一个典型的问题是传感器提供的电流非常低,在这种情况下,如何完成信号放大?张世龙指出,对于微弱信号的放大,只用单个放大器难以达到好的效果,必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段,而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。
这种同步检测电路类似于锁相放大器结构,包括传感器的方波激励,电流转电压放大器,和同步解调三部分。
他表示,需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。
另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。
另有工程师朋友建议,在运放、电容、电阻的选择和布板时,要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。
有网友对这类问题的解决也进行了补充,如网友“1sword”建议:1)电路设计时注意平衡的处理,尽量平衡,对于抑制干扰有效,这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。
2)推荐加金属屏蔽罩,将微弱信号部分罩起来(开个小模具),金属体接电路地,可以大大改善电路抗干扰能力。
3)对于传感器输出的nA?级,选择输入电流pA?级的运放即可。
如果对速度没有多大的要求,运放也不贵。
仪表放大器当然最好了,就是成本高些。
4)若选用非仪表运放,反馈电阻就不要太大了,M欧级好一些。
否则对电阻要求比较高。
后级再进行2级放大,中间加入简单的高通电路,抑制50Hz干扰。
二、运算放大器的偏置设置在双电源运放在接成单电源电路时,工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择,比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好?有的网友建议用参考电压源,理由是精度高,此外还能提供较低的交流旁路,有的网友建议用电阻,理由是成本低而且方便,对此,张世龙没有特别指出用何种方式,只是强调双电源运放改成单电源电路时,如果采用基准电压的话,效果最好。
[北工大硕士论文]运放设计
I (t re Cr i 可能仅有2% 模拟功能,却要花8%的设计时间。一个 C e ad u) I gt i t n c 0的 0
控制系统的的控制质量高低很大程度上取决于模拟信号处理的好坏。 这个处理过
一I.
1 . 3研究内容
模拟集成电路的设计流程可以分为前端设计和后端设计两大部分。 前端设计 指的是电路的设计、 原理图输入和电 路级仿真; 后端设计 ( 又称为物理设计) 指 的是版图的绘制与验证, -1 图2 给出了模拟集成电路设计的设计流程如所示。 如 流程图中所示, 前端设计包括电路结构设计与原理图 输入。 根据参数要求设计好 电路后, 在设计环境中输入原理图并对设计的电路进行仿真, 也就是对电路结构、 负载估计、 元件尺寸的设计及布局前电 路的 模拟。 这个过程中需要芯片生产厂家 提供的用于仿真的模型库文件。 对电路的分析主要包括直流分析、 交流分析、 瞬
到了 理论上基本能够满足原电 路性能的新的 器件参数, 完成了改进型 C O M S集
成运算放大器的设计。第四章对改进型 C S集成运算放大器的电路特性进行 MO 了H PC S IE仿真, 根据仿真结果完成了对改进型放大器的优化设计。 第五章综合
考虑了匹配度、 寄生效应和可靠性等影响因素前提下, 完成了改进型放大器的版
的主要特点是高速、宽带和低功耗。 最新一代运放的带宽可以从5H到1H; Kz Gz 供 电电源可以从09到10V . 00;输入失调电压和失调电流越来越小。 V 目 前集成运算放大器主要有以下几种类型。① 双极型运放,主要在于改进
电路的输入特性;② S-ET iJF,主要在于改进其输入电压噪声; ③ 低压运放,
TI推出高性能音频运算放大器OPA1622
2016年 1月 8 日 ,意 法 半 导 体 (STMicroelectronics,简 称 ST)发 布 了 第 二 代 激 光 测 距 传 感 器 。 新 款 传 感 器 VL53L0 基 于 成 功 的 FlightSense 技 术 ,实 现 更 快 、更 远 、更 精 确 的 测 距 功 能 , 大 幅 提 升 手 机 和 平 板 电 脑 的 拍 照 性 能 ,为 机 器 人 、用 户 检 测 、 无 人 机 、物 联 网 和 穿 戴 式 装 置 市 场 开 拓 新 的 应 用 机 会 。
VL53L0能 够 在 一 帧 画 面 内 完 成 全 部 测 量 操 作 ,用 时 通 常 小 于 30 ms, 距 离 小 于 2 In。这 样 的测 距 性 能 让 拍 照 系 统 在 摄 像 和 连 拍 模 式 下 瞬 间 对 焦 ,甚 至 在 低 光 或 低 对 比度 场 景 中 保 持 同样 的 性 能 表 现 ,而 对 于 没 有 装 备 ToF技 术 的 拍 照 系 统 ,低 光 源 或 低 对 比度 场 景 则 是 一 个 巨大 的挑 战 。
电 池 )供 电 应 用 。此 外 ,电 池 保 鲜 功 能 在 主 电 源 首 次 上 电 之 前 ,断 开 电 路 与 电 池 的 连 接 ,可 有 效 延 长 存 放 时 间 。 通 过 集 成 五 大 分 立 功 能 电 路 (电 源 开 关 、线 性 稳 压 器 、降 压 调 节 器 、buck—boost调 节 器 和 监 测 器 ), MAX14720 大 大 缩 减 了 材 料 清 单 fBOM),可 实 现 超 小 尺 寸 设 计 。
供 一 个 无 干 扰 的 信 号 路 径 。 0PA1622每 通 道 仅 消 耗 2.6 mA
模拟集成电路设计——两级全差分高增益放大器设计_2
全差分高增益放大器的设计一、设计产品名称全差分高增益放大器二、设计目的1.掌握模拟集成电路的基本设计流程;2.掌握Cadence基本使用方法;3.学习模拟集成电路版图的设计要点;4.培养分析、解决问题的综合能力;5.掌握模拟集成电路的仿真方法;6.熟悉设计验证流程方法。
三、设计内容全差分高增益放大器(Full-differential OTA)是一种非常典型的模拟IP, 在各类模拟信号链路、ADC.模拟滤波器等重要模拟电路中应用广泛, 是模拟IC 设计人员必需掌握的一种基础性IP 设计。
采用华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 设计一款全差分高增益放大器电路, 完成电路图设计、前仿真、Layout 设计和物理验证(DRC&LVS)。
考虑以下OTA 架构:图1 OTA架构四、电路设计思路模拟集成电路的设计分为前端与后端, 设计流程可以分为明确性能要求、选择电路结构、计算器件参数、原理图绘制、前仿真、版图绘制、DRC设计规则检查、LVS版图与电路图一致性检查、寄生参数提取及后仿真、流片测试。
本次实验使用基于华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 实现模拟集成电路全差分高增益放大器的全流程设计与仿真。
(1)性能指标:需要验证三种PVT Corner:a) 电源电压1.8V, 温度27℃, corner 为TT;b) 电源电压1.6V, 温度80℃, corner 为SS;c) 电源电压2.0V, 温度-40℃, corner 为FF;要求各Corner 下开环技术指标(含Cload=10fF):①放大器开环DC 增益Av0≥90dB;②0dB 带宽BW0≥500MHz;③相位裕度Phase Margin≥50°。
④DC 抑制比PSRR-0≥60dB, (3*2=6 分)⑤10MHz 时抑制比PSRR-10M≥45dB。
全差分增益提高运算放大器的分析与设计
第28卷 第2期2005年6月电 子 器 件Chinese Journal of Elect ron Devices Vol.28 No.2J un.2005Analysis and Design of Fully Differential G ain 2Boosted OpampW A N G J i n 1,Q I U Yu 2li n 1,T I A N Ze21.I nstit ute of Microelect ronic of Chinese A cadem y of S ciences ,Bei j ing 100029,China;2.Depart ment of Elect ronic Science ,N ort hwestern Universit y ,X i ’an 710069,ChinaAbstract :The gain 2boosting technology is presented and analyzed.Wit h gain 2boosting ,a f ully differential gain 2boo sted telescopic cascode opamp is propo saled and designed.The main opamp is a f ully differential telescopic opamp and has a switched capacitor CM FB circuit.The boo sting opamp is a f ully differential fol 2ded cascode opamp and has a co ntinuous time CM FB circuit.The opamp is designed in SM IC 0.35μmixed 2signal CMOS p rocess wit h 3.3V power supply and achieved a dc gain of 129dB wit h a 161M Hz unity gain f requency.K ey w ords :f ully differential ,gain 2boo sted ;opamp EEACC :1220全差分增益提高运算放大器的分析与设计王 晋1,仇玉林1,田 泽21.中国科学院微电子研究所,北京,100029;2.西北大学电子科学系,西安,710069收稿日期:2004212203作者简介:王 晋(19732)男,博士研究生,主要从事模拟集成电路和混合集成电路设计,wangjin0215@ ;仇玉林(19422)男,研究员、博士生导师,wangjin0215@摘 要:通过增益提高技术,一个全差分增益提高套筒式共源共栅运算放大器被提出和设计。
运算放大器原理、设计解读
运算放大器发明至今已有数十年的历史,从最早的真空管演变为如今的集成电路,它在不同的电子产品中一直发挥着举足轻重的作用。
而现如今信息家电、手机、PDA 、网络等新兴应用的兴起更是将本次专题的主角-运算放大器推向了一个新的高度。
本次专题就来带你了解一下它吧!运放是运算放大器的简称。
在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”,此名称一直延续至今。
运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展,如今绝大部分运放是以单片的形式存在。
现今运放的种类繁多,广泛应用于几乎所有的行业当中。
- 运算放大器的发展史 -- 运算放大器的分类 -1941年:贝尔实验室的Ka rl D.Swartzel Jr.发明了真空管组成的第一个运算放大器,并取得美国专利2,401,779,命名为“Su mmin gA m p ifier ”;11952年:首次作为商业产品贩售的运算放大器是Geo r g e A. Philbrick Researches (G AP/R )公司的真空管运算放大器,型号K 2-W ;21963年:第一个以集成电路单一芯片形式制成的运算放大器是Fairchild Senmiconductors的Bob Widlar所设计的μA702,1965年经改后推出μA709;31968年:Fairchild半导体公的μA741。
迄今为止仍然在用,他是有史以来最成功的器,也是极少数最长寿的IC 一。
4通用型运放其性能指标能适合于一般性(低频以及信号变化缓慢)使用,例如741A ,L M358(双运放),L M324及场效应管为输入级的L F356.高阻型运放这类运放的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管的高输入阻抗的特点,但这类运放的输入失调电压较大。
高增益低失调轨对轨运算放大器的研究与设计
高增益低失调轨对轨运算放大器的研究与设计一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展,运算放大器作为电子系统的核心组件,其性能的提升对整体系统的优化起着至关重要的作用。
特别是在许多高精度、低功耗的应用场景下,对运算放大器的性能要求愈发严格。
增益、失调电压和轨对轨输入输出特性是评价运算放大器性能的重要指标。
本文致力于研究与设计一种具有高增益、低失调电压以及轨对轨输入输出特性的运算放大器,以满足现代电子系统对高性能运算放大器的迫切需求。
本文将首先分析现有运算放大器的基本原理和性能指标,探讨影响增益、失调电压和轨对轨特性的关键因素。
在此基础上,本文将提出一种新型运算放大器的设计思路,包括电路拓扑结构的选择、关键元件的参数优化、以及制造工艺的考虑等。
通过理论分析和仿真验证,本文将展示所设计运算放大器在增益、失调电压和轨对轨特性方面的优越性能。
本文还将对所设计运算放大器在实际应用中的表现进行评估,包括其在不同工作条件下的稳定性、功耗以及噪声特性等。
通过与其他同类产品的对比,本文将证明所设计运算放大器在性能上的优越性和实用性。
本文旨在研究与设计一种高性能的运算放大器,以满足现代电子系统对运算放大器性能的不断提升的需求。
通过理论分析和实验验证,本文将展示所设计运算放大器在增益、失调电压和轨对轨特性方面的卓越性能,为电子系统的优化和升级提供有力的技术支持。
二、轨对轨运算放大器的基本原理轨对轨运算放大器(RailtoRail Operational Amplifier,简称RROA)是一种特殊的运算放大器,其最大特点是输出电压范围可以接近电源电压的轨对轨(RailtoRail),即输出摆幅接近电源的正负电压,从而大大提高了放大器的动态范围和输出能力。
轨对轨运算放大器的基本原理主要基于其独特的电路设计和先进的制造工艺。
传统的运算放大器在输出电压接近电源电压的轨道时,由于内部器件的非线性效应和电源电压的限制,往往会出现输出失真或摆幅不足的问题。
CMOS高性能运算放大器研究与设计
CMOS高性能运算放大器探究与设计引言:随着科技的不息进步和应用的广泛推广,运算放大器(Operational Amplifier,简称Op-Amp)作为一种重要的模拟电路器件,得到了广泛的关注和应用。
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)技术由于其功耗低、集成度高等优势,被广泛应用于运算放大器的探究和设计中。
本文将介绍CMOS高性能运算放大器的探究与设计,主要包括运算放大器的基本原理、运算放大器的基本电路结构、CMOS技术的特点和优势、CMOS高性能运算放大器的设计方法和优化技术等方面。
一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种特殊的差动放大器,它能够实现电压放大、电流放大、功率放大等功能。
运算放大器有两个输入端,一个非反相输入端和一个反相输入端;有一个输出端和一个电源端,电源端一般有正电源和负电源两个。
在抱负状况下,运算放大器具有无限的增益、无限的输入阻抗和零的输出阻抗。
但实际状况下,由于运算放大器的内部结构等因素的限制,无法完全满足抱负的条件。
因此,在运算放大器的设计中,需要思量如何提高增益、输入阻抗和输出阻抗等性能指标。
二、运算放大器的基本电路结构运算放大器的基本电路结构由差动放大器、电压放大器和输出级组成。
差动放大器用于实现输入信号的差分放大,电压放大器用于实现信号的放大,输出级用于驱动负载电阻。
差动放大器由两个晶体管组成,一个晶体管作为非反相输入端,另一个晶体管作为反相输入端。
通过调整两个晶体管的尺寸比例,可以实现不同的放大倍数。
电压放大器由级联的共源放大器组成,通过逐级放大,实现信号的放大。
输出级由差分放大器和输出级筛选电路组成,通过差分放大器将信号转化为可驱动负载电阻的电流信号,再经过输出级筛选电路,将电流信号转化为电压信号。
三、CMOS技术的特点和优势CMOS技术是一种基于金属-氧化物-半导体(MOS)结构的半导体制造技术。
与传统的bipolar技术相比,CMOS技术具有以下特点和优势:(1)功耗低:CMOS电路在静态状态下几乎不消耗电流,功耗分外低,适合于低功耗应用的场合。
一种带有增益提高技术的高速CMOS运算放大器设计
一种带有增益提高技术的高速CMOS运算放大器设计宋奇伟;陆安江;张正平【摘要】设计了一种用于高速ADC中的高速高增益的全差分CMOS运算放大器。
主运放采用带开关电容共模反馈的折叠式共源共栅结构,利用增益提高和三支路电流基准技术实现一个可用于12~14 bit精度,100 MS/s采样频率的高速流水线(Pipelined)ADC的运放。
设计基于SMIC 0.25μm CMOS工艺,在Cadence环境下对电路进行Spectre仿真。
仿真结果表明,在2.5 V单电源电压下驱动2 pF负载时,运放的直流增益可达到124 dB,单位增益带宽720 MHz,转换速率高达885V/μs,达到0.1%的稳定精度的建立时间只需4 ns,共模抑制比153 dB。
%A fully differential opamp used in a high speed ADC was designed.The main amplifier is a folded cascode amplifier with SC CMFB.The opamp can be used in a 12 bit、100MS/s high speed Pipelined ADC with gain boosting and the triple-branch current reference technique.The operational amplifier is implemented in a standard 0.25 μm CMOS process,simulated with Spectre under Cadence.With 2.5 V power supply and 2 pF load capacitance has a DC gain of 124 dB,a unity gain bandwidth of 720MHz,Slew Rate of 885 V/μs,4 ns settling time and 153dB CMRR.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)010【总页数】4页(P1-4)【关键词】运算放大器;折叠式共源共栅;高速度;增益提高;三支路电流基准【作者】宋奇伟;陆安江;张正平【作者单位】贵州大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TN722.7随着当今集成电路技术遵从摩尔定律的快速发展,在深亚微米级甚至纳米级工艺下电源电压及MOS管特征尺寸不断降低,器件的诸多性能已达到瓶颈。
二级运算放大器设计
二级运算放大器设计引言二级运算放大器是一种常见的电路设计,广泛应用于模拟电路中。
它的主要作用是放大输入信号,并对信号进行滤波和放大。
在本文中,我们将介绍二级运算放大器的设计原理和步骤。
设计原理二级运算放大器是由两个级联的放大器构成,其中第一个级别为输入放大器,第二个级别为输出放大器。
输入放大器负责放大输入信号,而输出放大器将输入放大器的输出信号再次放大。
采用两级放大器的设计可以获得更高的放大倍数和更好的性能。
设计步骤步骤一:确定放大器的规格和需求在设计二级运算放大器之前,需要明确放大器的规格和需求。
这包括: - 输入信号的频率范围 - 期望的增益 - 输出电阻 - 噪声和失真要求等。
步骤二:选择适当的放大器配置根据放大器的规格和需求,选择适当的放大器配置。
常见的放大器配置包括共射放大器、共基放大器、共射共基放大器等。
我们可以根据输入信号的特性和输出要求来确定最合适的放大器配置。
步骤三:计算放大器的基本参数在确定放大器配置后,需要计算放大器的基本参数,例如输入电阻、输出电阻和增益。
这些参数可以帮助我们进一步确定电路的结构和元件的取值。
步骤四:选择合适的元件根据计算结果,选择合适的元件。
例如,我们可以选择合适的晶体管、电容器和电阻器来实现所需的放大器性能。
步骤五:进行电路仿真和分析在选择元件后,进行电路仿真和分析。
可以使用电路仿真软件,如LTspice、NI Multisim等,对电路进行模拟,并分析电路的性能和响应。
步骤六:优化和调整电路根据电路仿真和分析的结果,进行必要的优化和调整。
可以尝试不同的元件取值和电路结构,以获得更好的性能和响应。
步骤七:布局和制造电路板在确定电路设计后,进行电路布局和制造电路板。
合理的电路布局可以减少干扰和噪声,并提高电路的稳定性和可靠性。
步骤八:测试和验证电路性能最后,对制造好的电路进行测试和验证。
可以使用示波器、信号发生器和频谱分析仪等仪器,对电路的增益、相位响应和稳定性进行测量和验证。
高增益跨导性运算放大器设计
10212020059 赵琦
摘要 运算放大器作为模拟集成电路设计的基础,同时作为日后 DAC 校 准电路中的一部分,本次设计一个高增益全差分跨导型运算放大器。 电路采用两级结构,输入级采用折叠共源共栅,第二级采用电流源负 载单管放大器。通过电阻电容来调节零极点间的相对位置,进行频率 补偿,来保证系统有良好的频率特性。共模反馈电路保证电路工作点 稳定。采用 SMIC 0.13um 工艺。仿真结果显示,该全差分高增益跨导 型运算放大器共模输入范围为 0.6V,输出共模范围为 0.6V,在负载 300fF 时,GBW 为 750M,直流增益为 79dB。 一、 设计指标
GBW
gm
g m1、 2 2 Cc
2I Vgs Vth
其中补偿电容粗略估算,留有余量取 300fF。 Vgs Vth 取 0.2V。可以粗
略估算 I 为 120uA,本设计中取为 150uA。 通过简单 miller 补偿,主极点
P 1
C 为 miller 补偿电容, 次级点
表 1 设计指标
电源电压 输入共模 输出共模 直流增益 GBW 输出负载
1.2V 0.6V 0.6V 60dB 700M 300fF
二、 体系结构 考虑到在 1.2V 电源电压下,输入共模电压为 0.6V,因此本文选用 折叠共源共栅结构,差分输入对保证了电路有较好的共模抑制。第二
级采用了电流源负载的单管放大器。电阻 R2 和电容 C 用来调节零极 点的位置进行频率补偿,以保证系统的稳定性。基本原理是增加一个 左半平面 (LHP) 零点来抵消次级点对相位的影响, 同时会把主极点推 向原点。最左边部分是共模反馈电路。
50 0 -50
-100 0 10
一种具有高增益和超带宽的全差分跨导运算放大器
0中国集成电路设计♦China lntegrated Circult一种具有高增益和超带宽的全差分跨导运算放大器罗杨贵1,曾以成1,邓欢2,唐金波21.湘潭大学物理与光电工程学院;2.湖南毂梁微电子有限公司摘要:基于GSMC0.18um CM OS工艺,设计了一种应用于12位ADC的全差分运算放大器。
为了提高增益,在套筒式共源共栅结构上运用了增益提高技术。
为了提高输入跨导,采用隔离效果更好的深N阱CMOS作为输入端,从而提升增益带宽。
为了降低功耗,利用单端放大器作为辅助运放。
整体电路结构简单优化。
仿真结果表明,运算放大器直流开环增益大于100dB,单位增益带宽大于800M H z,相位裕度大于70毅,完全满足目标ADC的性能要求,是一种新型且质量较高的运放,也可应用于其它场合。
关键词:增益提高;套筒式共源共栅;高增益带宽;深N阱中图分类号:TN432文献标识码:AA Fully Differential Transconductance Operational Amplifierwith high Gain and ultra GBWLUO Yang-gui,ZENG YirCheng1,DENG Huan2,TANG Jn-bo21.SchoolofPhysicsand Opibe]ectronics,X iangtan University;2.H unan Greai-Leo M icroe]ectronicsCO.LTDAbstract:Based on theGM SC0.18um CM OS process,a fuUy differentialoperationalam plifierlbr12-bitADC is designed.In orderto increase the gain,a gain-enhancing technique is used on the te]escopic cascode structure.In order to increase input transconductance,the deep N-W elltansistorwith better isolation function was used as the input,thereby to enhance the gain bandwidth.In order to reduce power consumption,a single-ended amplifier is used as an auxiliary operational amplifier.The overall circuit structure is simple and optimized.The simulation results show that the operational amplifier DC open-loop gain is greater than100dB,the unity gain bandwidth is greater than800MHz, and the phase margin is greater than70毅,which fully meets the performance requirements of ADC.It is a new and high-quality operational amplifier that can also be applied to other applications.Keywords:Gain enhancement;Telescopic cascode;High gain bandwidth;Deep N_well0引言模数转换器作为连接模拟信号与数字信号的桥梁,越来越显示出其重要性。
高品质耳机功率放大器设计
第24卷第1期2021年1月㊀㊀㊀西安文理学院学报(自然科学版)JournalofXi anUniversity(NaturalScienceEdition)㊀㊀㊀㊀Vol 24㊀No 1Jan 2021文章编号:1008 ̄5564(2021)01 ̄0046 ̄06高品质耳机功率放大器设计李㊀昊ꎬ郝保明ꎬ胡遵阳(宿州学院机械与电子工程学院ꎬ安徽宿州234000)摘㊀要:为了提高音频播放质量ꎬ设计了一款高品质耳机功率放大器ꎬ该设计主要由电源电路㊁一级放大电路和二级放大电路组成.电源由两节电池构成ꎬ并使用四个电解电容进行滤波.放大电路采用OPA2604进行设计ꎬ一级放大电路使用OPA2604的A通道ꎬ二级放大电路则使用OPA2604的B通道.手机或电脑输出模拟音频信号ꎬ通过3.5mm耳机线输入至一级放大电路进行放大ꎬ放大后的信号再输入二级放大电路进行放大ꎬ最后通过3.5mm耳机接口将放大后的音频信号传入耳机发声.关键词:放大器ꎻ耳机ꎻ模拟信号中图分类号:TH732文献标志码:ADesignofPowerAmplifierforHighQualityHeadphoneLIHaoꎬHAOBao ̄mingꎬHUZun ̄yang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineeringꎬSuzhouUniversityꎬSuzhou234000ꎬChina)Abstract:Inordertoimprovethequalityofaudioplaybackꎬahigh-qualityheadphonepoweramplifierisdesignedꎬwhichismainlycomposedofpowersupplycircuitꎬprimaryamplifiercircuitandsecondaryamplifiercircuit.Thepowersupplyconsistsoftwobatteriesandusesfourelectrolyticcapacitorsforfiltering.TheamplifiercircuitisdesignedwithOPA2604.ThefirststageamplifieruseschannelAofOPA2604ꎬandthesecondstageamplifieruseschannelBofOPA2604.Themobilephoneorcomputeroutputsanalogaudiosignalꎬwhichwillinputintotheprimaryamplifiercircuitthrougha3.5mmheadphonecableforamplification.Theamplifiedsig ̄nalistheninputintothesecondaryamplifiercircuitforamplification.Finallyꎬtheamplifiedaudiosignalistransmittedtotheheadsetforsoundgenerationthroughthe3.5mmheadphoneinterface.Keywords:amplifierꎻheadphoneꎻanalogsignal音频放大器的发展已经有一个世纪的历史了ꎬ最早的电子管放大器首当其冲应用就是音频放大器.时至今日ꎬ它还在不断的更新㊁发展和进步[1].主要是因为人类的听觉是各类感觉中极其重要的一种ꎬ为了符合它的要求ꎬ也就意味着音频放大器需要不断的加以改进.伴随着科学技术的迅速发展ꎬ人们生活水平的不断提高ꎬ对耳机功率放大器的要求越来越高.耳机是多媒体中的一种重要媒体.人能够听见的耳机信号的频率范围是有限的ꎬ而音乐和其他自然声响是全范围分布的.功放ꎬ是各高品质音响器材中收稿日期:2020-08-17基金项目:宿州学院科研平台开放课题项目(2019ykf27)作者简介:李㊀昊(1992 )ꎬ男ꎬ山东聊城人ꎬ宿州学院机械与电子工程学院助教ꎬ硕士ꎬ主要从事无线传感器网络优化的教学与研究.最重要的一个组成部分ꎬ其中最主要作用是将音源器材的输入信号进行放大后ꎬ以此来产生一个足够大的电流去进一步推动扬声器进行声音的重放.因为考虑动态㊁失真㊁阻抗㊁功率以及不同的测试领域和控制性能ꎬ不同的功放在内部的线路设计㊁生产工艺和信号处理上也各不相同.如何通过分析仪器让耳机功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题ꎬ声音经过模拟设备记录或再生ꎬ成为模拟耳机ꎬ再经数字化成数字耳机ꎬ耳机分析就是以数字耳机信号为分析对象ꎬ以数字信号处理的各种理论为分析手段ꎬ提取信号在时域㊁频域内一系列特性的过程[2].耳机功率放大器简称耳机功放ꎬ耳机功率放大器主要用于推动扬声器发声ꎬ凡发声的电子产品中都要用到耳机功放.采用OPA2604运放进行耳机放大器的设计ꎬOPA2604运放是一种低噪声的双极性运算放大器集成电路.由于OPA2604具有非常低的输入失调电压ꎬ所以OPA2604在很多应用场合不需要额外的调零措施.设计中的耳机功率放大器主要由电源㊁一级放大电路㊁二级放大电路组成[3].此设计是一款高品质的音频放大器ꎬ设计电路比较简单ꎬ成本低廉ꎬ但能达到高保真音质.音质与市面上的高端的音频产品近似ꎬ性价比较高ꎬ能够让人们以更低的价格享受到高质量的音乐品质.1㊀总体方案设计1.1㊀总体方案分析耳放即耳机功率放大器ꎬ因为高端耳机阻抗很高ꎬ手机和电脑的输出功率不足以驱动高阻抗耳机ꎬ需要连接耳放来放大音频信号ꎬ才能驱动耳机发出美妙的声音[4].从工作状态原理可将耳放分为以下三类:(1)甲类放大也称A类放大.为放大器的一种工作状态.此时ꎬ晶体管或电子管放大器将会对整个的音频信号进行放大.(2)乙类放大也称B类放大.为放大器的一种工作状态.此时ꎬ一路晶体管或电子管放大器将会放大音频信号的正半部分ꎬ而另一路晶体管或电子管放大器则放大信号的负半部分.(3)甲乙类放大也称为AB类放大.为放大器的一种工作状态.此时ꎬ放大器的输出极在输出功率为低电平时便按甲类放大状态ꎬ而在输出功率为高电平时便转换为乙类放大.本设计是一种耳机功率放大器ꎬ从工作状态看是一种甲乙类放大器ꎬ供电电路使用两节9V电池和四个滤波电容组成ꎬ使用OPA2604进行放大器设计ꎬ最终通过3.5mm耳机接口连接耳机发声.1.2㊀总体框图本设计主要由电源电路㊁一级放大电路和二级放大电路组成.电源由两节9V电池构成ꎬ并使用四个电解电容进行滤波.放大电路采用OPA2604进行设计ꎬ一级放大电路使用OPA2604的A通道设计ꎬ二级放大电路则使用OPA2604的B通道.手机或电脑输出模拟音频信号ꎬ通过3.5mm耳机线输入至一级放大电路进行放大ꎬ放大后的信号再输入二级放大电路进行放大ꎬ最后通过3.5mm耳机接口将放大后的音频信号传入耳机发声[5].图1是本设计的方案框图.图1㊀方案框图2㊀电路设计2.1㊀电源电路设计本设计使用两节9V电池供电ꎬ两节电池串联可以提供所需的电压ꎬ同时加入330uF和4.7uF电74第1期李昊ꎬ等.高品质耳机功率放大器设计容对电源进行滤波ꎬ使电源供电更加稳定.电池具体连接如图2所示ꎬ电源电路如图3所示.图2㊀电源电池连接图㊀㊀㊀㊀图3㊀电源电路图2.2㊀耳放电路设计2.2.1㊀OPA2604简介OPA2604是TexasInstruments公司为高性能音频系统设计的专用运放ꎬ具有超低谐波失真㊁低噪声㊁高增益带宽等特点ꎬ一般应用在频谱分析仪ꎬ有源滤波器等[6].双路FET输入为OPA2604提供了更宽的动态范围ꎬ并且音质与双极型运放(双极型会产生更多的奇次谐波失真ꎬ而一般认为ꎬ偶次谐波失真比较讨好耳朵ꎬ如电子管的音质)相比更加耐听.一般应用在专业音响设备㊁频谱分析仪㊁有源滤波器㊁传感器换能㊁数据采集等系统中[7].OPA2604封装与引脚功能如图4所示ꎬOPA2604共有8个引脚ꎬ其引脚功能如下:图4㊀OPA2604引脚图(1)电源引脚:V+(8脚)为正电源ꎬV-(4脚)为负电源.(2)输入引脚:-INA(2脚)为反相输入ꎬ通道A.+INA(3脚)为同相输入ꎬ通道A.-INB(6脚)为反相输入ꎬ通道B.+INB(5脚)为同相输入ꎬ通道B.(3)输出引脚:OUTA(1脚)为输出ꎬ通道A.OUTB(7脚)为输出ꎬ通道B.OPA2604的主要特性和主要参数分别如表1和表2所示.表1㊀OP2604主要特性特性参数低失真0.0003%(1kHz)低噪音10Nv/Hz高压摆率25V/ms宽电源电压范围ʃ4.5V~ʃ24V表2㊀OP2604主要参数特性参数通道数2电源电压ʃ9V~ʃ48V最大静态电流6mA增益带宽20MHz最大虚拟输入输出5mA零点漂移8uV/c共模抑制比80dB工作温度范围-40to85ħ2.2.2㊀一级放大电路设计图5为一级放大电路原理图ꎬ主要由4.7kΩ㊁10kΩ和100kΩ电阻及470nF耦合电容组成.手机或电脑输出的音频信号传入470nF电容耦合后输入OPA2604的A通道进行一级放大[8].2.2.3㊀二级放大电路设计图6为二级放大电路原理图ꎬ主要由两个47Ω电阻和OPA2604的B通道组成.一级放大电路输出的信号传入OPA2604的B通道进行二级放大ꎬ二级放大后的输出信号再通过3.5mm耳机接口传入耳84西安文理学院学报(自然科学版)第24卷机并驱动其发声.图5㊀一级放大电路设计㊀㊀㊀㊀图6㊀二级放大电路设计2.2.4㊀系统总体电路设计系统总体电路设计如图7所示ꎬ手机发出音频信号经过一级放大电路和二级放大电路放大之后ꎬ通过耳机播放出来[9].图7㊀总体电路设计3㊀电路仿真3.1㊀电路连接Multisim软件是一款专门进行电路设计及仿真的软件[10].使用Multisim软件对本设计电路进行仿94第1期李昊ꎬ等.高品质耳机功率放大器设计真.左声道仿真电路如图8所示.图8㊀左声道仿真电路3.2㊀电路仿真在输入端输入一个频率为1kHzꎬ幅值为1V的正弦波信号ꎬ将输入信号和耳放输出端分别接入双通道示波器的A㊁B两个通道ꎬ对耳放进行电路仿真测试.仿真如图9.实验调试输出波形结果没有明显失真现象ꎬ说明设计合理[11].图9㊀耳放电路仿真测试图3.3㊀调试使用一块尺寸为7∗9cm的镀锡玻纤洞洞板进行电路的组装与焊接ꎬ元器件摆放采用对称设计ꎬ在外观上不仅赏心悦目ꎬ而且音质也可以达到不错的效果.耳放运放的滤波电容靠近电源引脚摆放ꎬ以降低电源噪声对信号的干扰.输入端连接电脑ꎬ输出端连接示波器ꎬ然后接通电源ꎬ让电脑播放一段频率为1KHz的正弦波ꎬ此时功放输出端会输出放大后的波形.观察示波器波形ꎬ发现波形没有明显失真ꎬ说明功能正常调试成功.05西安文理学院学报(自然科学版)第24卷4㊀结论本设计为耳机功率放大器ꎬ耳机功率放大器主要用于推动扬声器发声.设计中特别采用OPA2604运放进行耳机放大器的设计ꎬOPA2604运放是一种低噪声ꎬ非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路.由于OPA2604运放具有非常低的输入失调电压ꎬ因此OPA2604运放在很多应用场合不需要额外的调零措施.[参㊀考㊀文㊀献][1]㊀廖涵章ꎬ汪洋ꎬ金湘亮.带有过温保护功能的低功耗音频功率放大器[J].传感器与微系统ꎬ2020ꎬ39(6):100-102+106.[2]㊀沈学良ꎬ杨兴ꎬ吴建锋.基于PA功率放大器的LoRa通信智能电能表的设计实现[J].机电信息ꎬ2020(15):107-109.[3]㊀沈学锋.基于单片机的PWM功率放大器研究[J].电子设计工程ꎬ2020ꎬ28(10):189-193.[4]㊀刘士奇ꎬ周云ꎬ王崇ꎬ等.Ka频段300W固态功率放大器设计[J].无线电工程ꎬ2020ꎬ50(6):494-498.[5]㊀尹希雷ꎬ李军ꎬ代法亮ꎬ等.一种高效率逆F类Doherty射频功率放大器[J].移动通信ꎬ2020ꎬ44(5):91-96.[6]㊀潘茂林ꎬ刘蕾蕾.一种用于GSM/WCDMA/LTE的宽带功率放大器[J].南京邮电大学学报(自然科学版)ꎬ2020ꎬ40(2):62-65.[7]㊀曾凡杰ꎬ周正轩ꎬ蓝焕青ꎬ等.温度补偿高谐波抑制功率放大器的设计[J].固体电子学研究与进展ꎬ2020ꎬ40(2):110-115.[8]㊀但永平ꎬ刘伟ꎬ葛祎霏ꎬ等.基于ADS仿真的短波功率放大器设计[J].电工技术ꎬ2020(4):153-155.[9]㊀蓝焕青ꎬ张志浩ꎬ曾凡杰ꎬ等.一种温度不敏感的高线性功率放大器[J].固体电子学研究与进展ꎬ2020ꎬ40(1):7-11+22.[10]罗虎存ꎬ刘鹏.小型化高功率微波脉冲功率放大器的实现[J].现代导航ꎬ2020ꎬ11(1):68-72.[11]陶镳.笔记本低输出噪声耳机接口电路和低音扬声器功率放大器设计[D].南京:东南大学ꎬ2018.[责任编辑㊀王新奇](上接第13页)㊀㊀由上面的证明过程可知ꎬ有v(xꎬt)ɤd2.综上ꎬ取M=maxc1ꎬc2ꎬd1ꎬd2{}ꎬc>max2ε1-2xf1ᶄ(u)Letꎬ2ε2-2xf2ᶄ(v)Let{}.那么当uφ1(uꎬv)ɤ0且vφ2(uꎬv)ɤ0时ꎬ若 u0(x) ɤMꎬ v0(x) ɤMꎬ则有u(xꎬt) Lɕ(Ω(T))ɤMꎬ v(xꎬt) Lɕ(Ω(T))ɤM证毕.[参㊀考㊀文㊀献][1]㊀汪兵ꎬ徐学文.具有退化粘性的非齐次双曲守恒律方程的Cauchy问题[J].数学物理学报ꎬ2008(1):109-115.[2]㊀WANGJing ̄huaꎬZHANGHui.Existenceanddecayratesofsmoothsolutionsforanon-uniformlyparabolicequations[J].ProcRoySocEdinburghꎬ2002ꎬ132A:1477-1491.[3]㊀姚端正ꎬ梁家宝.数学物理方法[M].北京:科学出版社ꎬ2010.[4]㊀李梅玲ꎬ王云青.一类非线性波动方程整体解的衰减估计[J].数学的实践与认识ꎬ2020ꎬ50(3):251-256.[5]㊀王换杰.随机微分方程皮卡迭代的C~r收敛[D].武汉:华中科技大学ꎬ2013.[6]㊀ZHUChang-jing.Globalresolvabilityforaviscoelasticmodelwithrelaxation[J].ProceedingsoftheRoyalSocietyofEdin ̄burgꎬ1995ꎬ125(6):1277-1285.[7]㊀ChristianPötzscheꎬRobertSkiba.AcontinuationprincipleforFredholmmapsI:theoryandbasics[J].MathematischeNachrichtenꎬ2020ꎬ293(5):1024-1036.[责任编辑㊀王新奇]15第1期李昊ꎬ等.高品质耳机功率放大器设计。
【电子设计】LM4562高保真音频运放
LM4562高保真音频运放LM4562是美国国家半导体公司全新推出的超低失真、低噪声、高转换速率运算放大器系列中的一员,该系列完全针对高性能、高保真的应用。
通过采用最尖端的工艺技术和最新的电路设计方法,LM4562音频运放可提供出色的音频信号放大功能。
该运放拥有极低的电压噪声密度(2.7nV/Hz1/2)和THD+N(0.00003%),以及极高的增益带宽积(55MHz)可轻松满足最苛刻的音频应用需求。
为了确保能顺利驱动最难应对的负载,LM4562具有±20V/us的高转换速率和±30mA的电流输出能力。
此外,输出级驱动2kΩ负载所需的电源电压不到1V,而驱动600Ω负载所需的电源电压不到1.4V,可使动态范围最大。
LM4562的CMRR(120dB)、PSRR(120dB)、Vos(0.1mV)等指标也很突出,为放大器提供了优秀的直流特性。
它还具备输出短路保护功能。
LM4562的工作电压范围宽达±2.5~±17V。
在这个范内,它的输入电路可保证极好共模与电源抑制比,同时维持低输入偏置电流。
LM4562的单增益稳定。
该音频运放在驱动容值高达100pF的复杂负载时仍能获得卓越的交流特性。
LM4562共有8个引脚,如图1所示。
其封装形式为SOIC、Plastic DIP、TO-99金属封装,如图2 所示。
附表为LM4562的电气特性。
测试条件为Vs=±15V、RL=2kΩ、Rsource=10kΩ、fin=1kHz,除非特别说明,TA=25℃。
典型值在25℃下确定,代表参数的标准。
在测试条件范围内,美国国家半导体公司保证性能指标。
PSRR由此测得:在±5V和±15V两个电压下测得Vos,PSRR=|20log(△Vos/△Vs)|。
LM4562可广泛应用于高品质音频放大、高保真前置放大器、高保真多媒体、高品质唱头前置放大器、高性能专业音频、高保真均衡与分频网络、高性能线路驱动器、高性能线路接收器、高保真有源滤波器等。
ad82088手册
ad82088手册
AD8208是一款高性能、低功耗、双通道精密运算放大器。
它具
有低噪声、低失真和高速性能,适用于精密测量和信号处理应用。
该器件的手册通常包括以下内容:
1. 产品概述,介绍AD8208的主要特性、优势和应用领域。
2. 产品特性,详细列出AD8208的技术指标,如增益带宽积、
输入偏置电流、输入噪声电压等参数。
3. 电气特性,包括静态电气特性和动态电气特性,如输入偏置
电流、输入偏置电压、共模抑制比、输出短路电流等。
4. 典型应用电路,展示AD8208在各种应用场景下的典型电路
设计,如传感器接口、仪器放大、数据采集等。
5. 封装和引脚配置,描述AD8208的封装形式和引脚排列,以
及焊接和布局建议。
6. 应用信息,提供AD8208在不同应用领域的设计指南和建议,
帮助工程师更好地使用该器件。
7. 订购信息,包括不同封装和温度范围的订购代码,以及订购数量和交货周期等信息。
总的来说,AD8208的手册将帮助用户全面了解该器件的性能特点、应用方法和订购信息,为工程师在实际设计中提供重要参考。
希望这些信息能够帮助你更好地了解AD8208。
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五. 结论
43 . 聋益推进
本 文设计 的是一种全差分的t l- ee
tlso c i 运放在增益和速度等 eecp
J 方 面 还 是 有 些 限制 ,解 决 的办 法 性能
so i结构增益推进的运算放大 电路 。 cp c 该 电路 充分应用了 t l so i 结构的 eecpc
放 大 电路 则 是 我 们 进 行 电路 研 究 的 重
中之 重 。
3基本的全差分' . MOM 效大 电路分析
相对于单端 的 运 算 放 大 电路 , 全
A=ggo v mr -
() 1
这个 叫做 晶体管的本 征增益 ,其
差 分 运 功 算 放 大 电路对 环 境 噪 声 有 更
在进行 电路设计 中,我们通 过调 节各个管子 的宽长 比,改变该 晶体管 的跨 导和输 出阻抗,进而得 到很高 的
增益 。
四.仿真和实验结果 针对图6 的运放, 我们利用Hpc sie
进行模拟仿真 ,认真调节各个管子 的 参数, 创 es o[ olb
合 数 字 信 号 系 统 中 的 一 个 完 整 部 分 , 电阻 。这 个量 代 表 了用单个 晶体 管能
MS 而 且 也 是 构 成 这 些 系 统 的 基 本 单 元 。 够达到的最大增益 。在现代 C O 工艺
系统 的性 能在 很大程 度 上都 是受 到 内 部运 算 放 大器性 能 的制 约 。设 计 高性 能 的运 算放 大器 ,使 得 系统 的总 体性 能上一个 台阶 。
A 一m rpo 二 g (i 2 g r o
2基本的运成 .
因为 电流 源 引 人 的 阻抗 无 穷 大 ,
增 益受 的输 出 电阻 限制则增 益 为 : 这 个 值 的数 量级 只 是 为 1 . 0
() 2
求我们在这类产品的内部的电路结构,
以及器 件 材料方 面 进行研 究 。而运 算
但是 由于这种结构会消耗更多的
直流增益为 8d, 2B 增益带宽为 52H > 4M z
电压余度, 使输出摆幅受到影响, 并且
高增益 的全差 分放 大 器 需 要确定 输 出 共 模 电平 ,在 这 里我 们 采 用源 跟 随器
的共模 反馈 的办法 。
相位裕度 7dg 3eo
表 1是我们对其 它 的参数 的测量 结果
rt - 0P oO o 4 7 (33] 。 g 沪r) rr) m , g . (3厂,() gr 。] mo ) 5
三 .运放的总体结构
() 4
则增益为A-. [g r A0 P = g ・(m o r7 参考文献 , e 5 )
t c n lg [] 0 0 1- 4 e h o oy .2 0 :8 5 . A
为此一般采用 PO 晶体管工作在饱和 MS
区 以实 现 电 流 源 作 用 。在 图 2中 ,两 个
晶体管都工作
VDD
VDD
t lsD i给 eecoc
t l s o i 结构的 C O 运算放大电 ee cp c MS
路 。 电路在 增益 、 该 功耗 等性 能方面有
很 大 的提 高 。
M3 M!
C O c r u t 田〕 M S c is i .西安:西安电子科大 出版社 2 0 .4 0 3 3一2 6 2 5.
[] ui G gra . rdcin eoin Itouto 3 R bk o r n ai ein nlg o S A P a c D rtr [] [] hd zv .D sg o aao t CO O- MS d m a aosM .北 1B a R e a f M P n o
2 0 , 3 ( ) 4 3一 4 6 03 3 : 5 4 4.
图 6是增 益 推 进 的总 体 结 构 的 拓
V叫 氏 b 3
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V O 巳。 b- 2 一
VO . b^ 3 t 月E uo t n 一二, -
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图3 本 的全 差 基
分 放 大 电路
1 一15 间。主要的原因,一是 电路 0 0之
的结 构 难 以实 现 , 而 是对 器 件 本 身 的
图 1 电流源 负载
的运 算 放 大 电路
奄 4成- EETOI QAI ' CRN S L Y— L C U T
一
引言
近 年 来 , 电子 产 品 的 种 类越 来越
限制。 要提高性能, 这里我们从研究基
本 的 电路 结 构 入 手 。
在 饱 和 区 , 输 出节点 的总 的输 出
阻抗等于 rpo 益 为 : 0r,所 以增 I2
多,人们对其性 能的要求也越来越高,
特 别 是半 导 体 集 成 电路 产 品 。这 就 要
1 3 0 1 0 0 1 7 " 1 0 1 4 0 1 1 1 1 . 0 0 0 1
图 7 运 放 的频 谱 特 性 和 相 谱 特 性模 拟 结 果 表 1 运 放 的 重要 参 数 模 拟 结 果
运放 大器 的幅频 特性和相频特性 的模
拟结果 。 图中我 们可 以看 出, 从 运放 的
smua o wa d n wi H 口c . i lt n s e t s e i o h
K y o d : r oaa pfr M S tecp ; -os d e w r s O ea nl l ; O ; so i g ibot p t i m i C i e e l c a n e CL n mb r T 72 . C u e : 2 . 7 D c me t d : N 7 o u n c e B o 决r l tde 10-172 0 )20 5 -2 I 0 30 0 ( 41-0 80 D: 0
强 的 抑 制 能 力 , 而 且 偏 置 电路 更 简 单 和 更 高 的线形 度 。 基 本 的全 差 分 电路 如 图 3 ,虽 然 结 构 简 单 ,其 增 益 也 只 是相 对 应 的 单
运 算放 大器 是许 多模 拟系统 和 混
中g是晶 m 体管从的 跨导,r是其输出 。
. .. .. . .. …
…
。
集成 电路 与 元 器 件 卷 I a Co pon t C nd m en
r n e eain l l e D s n ma c O rt a A p o mpi r i i f eg
高涛,黄云川
i 固体电子学院, (s iol . o SaE c,n . l . I . c e c& l t. . voE cSi n M r e S . l U i f c e e .
京:清华大学 出版社 , 2 0 , 02 6 3一7 3 4. [ 」 王 向展 . 一种低压低 功耗 C O 4 MS F L . in n L I [] t o y L U D sg o a U S 运算放 大器单元 【 l 2 A hn A n e f i . 微 电子学报 ,
图 4 ls o i t ec pc运放 e
・ 0 4第 1 期 20 2
图 6 电路 的总体 拓扑 结构
E CRN S LY士 3 L TOI QAI E C U T 成璧
成都 1 0 4 n lf n c nd 6 04C i ) 6 0 5 ) a d h oo C i , e g u 0 5 ,h a n Tc . h a h e 1 n
G o , n Y n ha a T oH ag - un a u uc
:本文讨论 了当前各种运放 的电路结构, 设计一种签于 t lso i 结构 的增益推进式运算放大 电路, e e c pc 其有高的开环增益和带宽 。电路墓于 u c .8 C O 工艺模型,采用 H D c mO1 u M S m s ie工具对该设计进行仿
扑 图,不包括偏置 电路 以及共模 反馈 (M B 电路 . CF ) 在这里, 我们用一种基本 的全差分 电路作为增益推进运放 ,这 样功耗更小, 并且保证 了输 出摆幅, 这 也能得到保障。
晶体管构成共源共栅增大 了输出电阻, 样结 构更加简单,而且在 总体性 能上
分析,我们得到增益得公式为 A 4 ' ss7 ( 33l = [ oo口 grr) () . ( rr) moo] 3 1 g m
高增益 、低功耗 的优 点 。
电源电压 静态功耗
输 出摆 幅 共模输入 动态范 围
3 V
1侧 2 16 .V
一 般 可 以通 过提 高输 出阻抗 以达 到高 的 电压 增 益 。增益 推进 就 是进一 步增
加 输 出阻 抗 而 不 增 加 更 多 的共 源 共 栅 器 件 。在 图 5 中,进行 小 信号 分析 ,电 路 的输 出 电阻
. 0a1X. 2 4 2A 0M
集 _成
电路 与元 器件 卷
・・・ ・... ・・ ... ... .. —
I a d mp n n C n Co o e t
t l so c i 结构得运放是 目前微 e e cp 电子 电路设计 中常用的结构 ,这种结 构 的电路 因为其高 的增益 、低功耗 以 及频率特性好 。如 图,M - 这 四个 5 8 M 因而大大地提高 了电路的差动增益 。 对 t l s o i 运放进行 小信号 c e ecp
增益推进
: I 乙 1I 月1 乙. ’ J 厌月 ‘目
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