跨导运算放大器设计实例

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。

具有恒定跨导的RAIL-TO-RAILCMOS运算放大器设计指导

具有恒定跨导的Rail-to-Rail CMOS运算放大器设计指导陈斯(徐州师范大学物理系电子科学教研室)注：文章中有很多关于MOS方面的基础知识，可能对于你们来说比较陌生，可以去找一些关于这方面的书籍看看。

下学期我会给你们做专门的讲解的。

你们先作个大概的了解，并确定具体的方向。

1引言近年来，随着集成电路工艺尺寸的不断减小，低电压的发展趋势越来越快。

下图为半导体工艺与电源电压的关系。

从图中可以看出，电压随着工艺最小尺寸的减小而不断降低。

电压减小的原因是因为尺寸的减小导致了器件的击穿电压的减小。

此外数字电路的功耗正比于电源电压的平方，因此，为了减小功耗必须降低电源的电压。

但是从模拟电路设计者来看，电源电压的减小会导致模拟信号动态范围的减小。

如果MOS管的域值电压随着电源的降低而等比减小的话，动态范围就不会受到严重的影响。

但由于数字逻辑的原因，域值电压不能大幅地减小，所以低电压会对电路的设计带来一定的影响。

2 一般原理在模拟电路和数模混合电路中，对于低电压的追求逐渐成为集成电路的一种时尚。

然而低电压导致了运算放大器输入共模范围的降低，传统的PMOS或NMOS差分对输入已不能满足大的输入共模范围的要求。

为解决这一瓶颈，rail-to-rail运算放大器随之而产生。

通常的Rail-to-Rail运放采用两级结构，运放的输出级可以采用简单的class-A或class-AB来实现，难点在于输入级的设计。

输入级一般采用PMOS和NMOS并联的互补差分结构，但其跨导在整个共模输入范围内变化两倍。

这种跨导的变化不仅影响环路的增益, 也会影响运放的频率补偿。

同时，由于输入信号是rail-to-rail ，具有很高的信噪比，因此要求整个rail-to-rail 运放的输入级保持恒定的跨导(g m )。

一般来说，运算放大器的输入级都采用差分放大器的输入模式。

在CMOS 工艺中，差分放大器可以通过PMOS 或NMOS 的差分对来实现。

(完整word版)跨导运算放大器的设计

跨导运算放大器的设计一、实验任务1-1 实验目的学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。

通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。

1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器（1） VDD=1.8 V , 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54 μA ，试调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =inip noutv v v ->60，而且同时满足增益带宽积GBW>100 MHz ，相位裕度PM>65 oC ，并且最优指数totalLI C GBW FOM ∙=>0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和 ota_test.sp，然C LB : 1 1 : B后自己调整；（2）仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参数提取，然后进行手算分析。

将分析结果与实际仿真结果进行比较；（3）尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。

二、实验内容2-1 问题12-1-1参数分析•增益Av由out m V BR g A 10=，m g = 34||out o o R r r = ，333,EN o d V L r I =444EP o d V Lr I =B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2)则43432233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ⨯⨯==所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。

共栅运算跨导放大器

折叠式共源-共栅运算跨导放大器姓名：刘淑杰学号：U200714149班级：2007级2班院系：控制系专业：测控技术与仪器同组人姓名：黄大龙葛金炬目录1设计目标 02相关背景知识 (1)(1)课题背景 (1)(2)题目理解 (1)3设计过程 (2)3.1 电路结构设计 (2)3.2 主要电路参数的手工推导 (2)3.3计算DC 增益 (3)3.4计算GBW (5)3.5实际计算 (7)3.6参数验证 (9)4 电路仿真 (10)4.1 用于仿真的电路图 (10)4.2 仿真网表 (10)4.3 仿真波形 (12)5 讨论 (14)收获和建议 (15)参考文献 (17)1设计目标设计一款折叠式共源-共栅跨导运算放大器（Design a Folded Cascode OTA），其设计指标见下表，参考电路原理图如下图所示，用0.35um coms工艺。

Cload DC Gain GBW Vdd Idd3pF 40dB~50dB 300MHz 3V Don’t Care图：折叠式共源-共栅跨导运算放大器设计步骤与要点：1.直流工作点的分析与设计（DC operation point design and analysis）1) 假设所有的MOS管均工作在饱和区，VGS-VT=200mV，VDD=3V，VSS= 0V，计算OTA的最大输出摆幅。

2) 基于0.35 um CMOS工艺，计算和设计MOS管的尺寸，使OTA电路满足最大输出摆幅的要求。

3) 以下数据可供设计参考L1,2,3,4 = Lmin; Lmin= 1μm。

2.在HSpice电路仿真软件，对所设计的电路进行模拟仿真与设计2相关背景知识(1)课题背景共源共栅级的普及有两个主要原因。

第一个主要原因是它们由于大输入阻抗，对单级有相当大的增益。

为了得到这个高增益，与输出节点相连的镜像电流源可以用高质量共源共栅镜像电流源实现。

通常，得到这个高增益不会导致任何速度降低，而且有时还会提高速度。

高增益、恒跨导Rail-Rail CMOS运算放大器设计

Ｖ＝Ｖ。。同理ＰＳ输人对可使输入共模电Ｄ一ＭＯ
第一作者简介：周
电路设计。
游（９４）安徽，１８一，硕士，究方向：研模拟集成
３０２２
科
学
技
术
与
工
程
平低到０伏。所以互补差分输入级使输入共电源效率，出方式采用Ａ输Ｂ类输出，以输出所
益ｇｒ减小，了得到更大的增益提高运放的线性０为
度只能采用三级或者更多级结构。本文给出了一
种三级恒跨导运放的设计方法，且输入输出都可并
以达到全摆幅。
大相位裕度。源极负反馈电阻尺和Ｒ被用于减小
晶体管Ｍ，６和ＭＭ８的等效跨导从而消除由５Ｍ７，这些晶体管引入的输入失调电压Ｊ。
⑥ ２１ＳｉＴｃ．ｎｎ．０１ｃ．ｅｈＥｇｇ
通信技术
高增益、恒跨导ＲｉＲｉＣａ．ａｌＭＯｌＳ运算放大器设计
周游王云刘智
（西安微电子技术研究所，西安７０５）１０４
摘
要
设计和研究了一种高增益恒跨导ＲｉＲｉＣＳ运算放大器，ａ— ａｌＭＯｌ输入级采用工作在亚阈值区的互补差分形式输入结
构。与以往输入结构相比，不仅使输入共模电压达到ＲｉＲｉ，ａ — ａ而且降低了工作电压，ｌｌ提高了电源利用率。利用电流开关的作用使输入跨导在输入共模范围内恒定。中间级为ＭＯＳ差分结构，并且同向驱动输出级使其具有推挽特性。采用嵌套米勒频率补偿使运算放大器稳定。整个电路采用华虹０３￣ＣＳ工艺参数进行设计，．５ｖＭＯｍ工作电压为３０Ｖ。利用ＯＣＤＨＳＩＥ．ｒＡＰＣ

(完整word版)跨导运算放大器的设计

跨导运算放大器的设计一、实验任务1-1 实验目的学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。

通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。

1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器（1） VDD=1.8 V, 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54A ，试调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =inip noutv v v ->60，而且同时满足增益带宽积GBW>100 MHz ，相位裕度PM>65 o C ，并且最优指数totalLI C GBW FOM •=>0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和C LB : 1 1 : Bota_test.sp ，然后自己调整；（2）仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参数提取，然后进行手算分析。

将分析结果与实际仿真结果进行比较；（3）尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。

二、实验内容2-1 问题12-1-1参数分析•增益Av由out m V BR g A 10=，m g = 34||out o o R r r = ，333,EN o d V L r I =444EP o d V Lr I =B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2)则43432233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ⨯⨯==所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。

跨导放大器设计实例

模拟集成电路实验——跨导放大器设计实验报告学院：电信学院班级：微电子23班姓名：游晓东学号：2120503069一、设计指标二、电路结构确定电路结构的原因： ① 根据设计指标② 电路结构对称，匹配度高，,Offset CMRR 性能指标好③ 电路稳定性好，只有一个主极点④ 该电路为差分输入，单端输出，共模抑制比大，输出共模点较稳定三、电路原理概述该电路主要由三部分组成：带隙基准电流源、偏置电路、跨导放大器9~21M M 构成一个跨导放大器，其中13M 为尾电流源，向输入的差动对管提供电流偏置。

11,12M M 为输入差分对管，将小信号电压转换成小信号电流。

9,14M M 和10,17M M 为两个对称的电流镜，比例复制小信号电流。

14,15M M 与16,17M M 为共源共栅结构，可以提高输出阻抗和开环增益。

18,19,20,21M M M M 为低压共源共栅电流镜，可以作为单端输出并且提高输出摆幅。

0~8M M 构成偏置电路部分，为跨导放大器提供偏置电流。

22~34,0~2,0~2M M Q Q R R 构成带隙基准电流源部分，为电路提供基准电流源。

四、设计过程1. 分配电流根据静态电流250A μ限制，分配带隙基准电流源部分20A μ，偏置电路部分10A μ（其中每一路2A μ），跨导放大器部分210A μ。

分配14,17M M 的偏置电流14M I 时主要考虑三个指标：,,GBW SR GMGM 要求900~1100/A V μ，因此GM 取1000/A V μ。

由于11GM B gm =⋅，B为14,9M M 的偏置电流之比，因此111000/B gm A V μ⋅= （1）GBW 要求大于3MHZ 。

112LB gm GBWC π⋅=⋅，因此11566/B gm A V μ⋅> （2）SR 要求大于3/V S μ。

92M LB I SRC ⋅=，因此9290M B I A μ⋅> （3）由于9112M ODI gm V =，若OD V 取0.2V ，则由（1）得9100M B I A μ⋅=，由（2）得956.6M B I A μ⋅>，由（3）得945M B I A μ⋅>。

跨导运算放大器

183第5章集成跨导运算放大器内容提要跨导放大器(包括双极型OTA 和CMOS 跨导器)是一种通用性很强的标准器件，应用非常广泛，主要用途可以分为两方面。

一方面，在多种线性和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理；另一方面，在电压模式信号系统和电流模式信号系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变换为电流信号，再送入电流模式系统进行处理。

本章将介绍OTA 的基本概念，双极型集成OTA 的电路结构，及其OTA 在模拟信号处理中的基本应用原理。

CMOS 跨导器是近年来研究和发展的主流，本章将主要介绍几种CMOS 跨导放大电路。

5.1 引言跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益叫跨导，用G m 表示。

集成跨导放大器可分为两种，一种是跨导运算放大器(Operational Transconductance Amplifier)，简称OTA ；另一种是跨导器(Transconductor)。

跨导运算放大器是一种通用型标准部件，有市售产品，而且都是双极型的。

跨导器不是通用集成部件，它主要用于集成系统中进行模拟信号的处理，跨导器几乎都是CMOS 型的。

双极型OTA 和CMOS 跨导器的功能在本质上是相同的，都是线性电压控制电流源。

但是，由于集成工艺和电路设计的不同，它们在性能上存在一些不同之处：双极型OTA 的跨导增益值较高，增益可调而且可调范围也大(3～4个数量级)；CMOS 跨导器的增益值较低，增益可调范围较小，或者不要求进行增益调节，但它的输入阻抗高、功耗低，容易与其他电路结合实现CMOS 集成系统。

由于跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，所以它既不是完全的电压模式电路，也不是完全的电流模式电路，而是一种电压／电流模式混合电路。

但是，由于跨导放大器内部只有电压一电流变换级和电流传输级，没有电压增益级，因此没有大摆幅电压信号和密勒电容倍增效应，高频性能好，大信号下的转换速率也较高，同时电路结构简单，电源电压和功耗都可以降低。

简单跨导放大器分析

简单跨导放大器分析——HSPICE 分析实例分析下图所示简单跨导放大器的指标：偏置电流与功耗、开环增益、GBW 与相位裕度、压摆率、Swing Range 、失调、噪声、工艺corner 分析、温度特性分析等建立该放大器的网表文件存储在文件：中。

1. 工作点分析由仿真结果查得电路的功耗是多少？各个mos 管的工作区域，以及MOS 管的漏极电流为多少？该放大器的偏置电流为多少？2. 直流分析求小信号增益、输出摆幅（output swing range ）、系统的失调电压3. 交流分析① 在没有补偿电阻，补偿电容为1pf 的条件下求该放大器单位增益带宽（GWB ）、相位裕度；② 分析没有补偿电阻，补偿电容在（0~5pf ）变化的时候对GWB 和相位裕度的影响；③ 分析补偿电阻在（0~2K ）变化，补偿电容为1pf 的时候对GWB 和相位裕度的影响。

4. 噪声分析：对放大器的输出节点做噪声分析，给出分析的结果。

5. 压摆率分析输入激励信号为： PULSE 2 3 20ns 0.1n 0.1n 100n 200n测量上升和下降的压摆率分别为多少？ 1 2 3 4 5 676.模型corner仿真求出模型在FF、SS、FS、SF等情况下的小信号增益和系统的失调电压，以及GWB和相位裕度。

提示：在.end前插入.alter语句，如下：Ota simulation…….alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ ff.alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ fs.alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ sf.alter.lib ‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ ss.end7.温度分析对放大器进行温度扫描，分析各种温度情况下小信号增益和失调电压；分析随温度变化，单位增益和相位裕度的变化情况。

（温度扫描范围：0~100，步长为20）。

一种3V CMOS恒跨导运算放大器的设计

ｒｎｅｏｈｍｐｉｅｓｆｏ０ｔｗｉｒ￣ｃｎｕｔｎｅｒｍａｎｎｏｓａｔＲｅｕｔｆｏＨｓｉｅｓｍｕａｉｎａｇｔｔｅａｌｉｒｉｒｍｏ３ＶｔｔａｓｏｄｃａｃｅｉｉｇｃｎｔｎｓｌｍｐｃｉｌｔｆｈｓｒｏｂｓｄｏＳＭ３３ｍｏｅｒｉｅ — ａｅｎＢＩＶｄｌａｅｇｖｎＫｅｒｙｗｏｄｓ：ＣＭＯＳ；Ａ￣ｌｇＩａｏＣ＊Ｏｐｒｔｏａｍｐｉｅ；ｎｔｎｒｎｃｎｕｔｎｅｅａｉｎｌａｌｉｒＣｏｓａｔｔａｓｏｄｃａｃｆ
一
种３ＶＣＳ恒跨导运算放大器的设计ＭＯ
周震，吴垒，榜廉峰，常昌远，韪同立
‘ 南大学东微电干中心．江苏南京２０９，１０６
摘要：提出了一种源自合在３Ｖ电源电压下工作的ＣＭＯＳ运算放大嚣，动态Ｊ作范围为Ｏ其－～３
文献标识码：Ａ
Ｄｅｉｎｏｆａ５ＶｓｇＣＭＯＳＣｏｓａｔＴｒｎｃｎｕｔｎｅＯｐｅａｉｎａｎｔｎａｓｏｄｃａｃｒｔｏｌＡｍｐｉｉｒｌｆｅ
ＺＨＯＵｈｎ，ＷＵｉ。ＺｅＪｎＹＡＮＧａ —ｅｇ，ＣＨＡＮＧａｇｙａＷＥＩＴｏｇｌＬｉｎｔｎＣｈｎ — ｕｎｔｎ —ｉ
ＥＥＡＣＣ：２７Ｄ：１２５０２Ｏ
ｖ电源电压下工作的ＣＭＯＳ运算放大器结构，采并

跨导放大器的分析与设计1

两输入端之间的电压为0
流进或者流出输入端的电流为0
运算放大器与跨导放大器（1）
运算放大器与跨导放大器（2）
运算放大器（Opamp）跨导放大器（OTA）
通用放大器电压控制电压源（VCVS）低输出阻抗
能驱动电阻性负载或电容性负载
OTA＋Buffer
缓冲器增加了电路的复杂度和功耗
差分对Cgd的Miller效应消除办法：
使用Cascode结构（可提高增益）使用中和（Neutralization）电容
提要
跨导放大器的基本概念单级跨导放大器两级OTA的基本特性两级OTA的频率补偿：Miller补偿反馈型OTA中的噪声两级OTA的设计阶跃响应：线性建立过程阶跃响应：放大器中的压摆问题
单级OTA：最大输出摆幅
调节输入/输出共模电平，使得可获得的输出电压摆幅达到最大
使用长沟道平方律方程很容易确定优化的输入/输出共模电平
受到短沟道效应的影响
差分摆幅
单端摆幅
SW
2 min[Vout(max) Voc ,Voc Vout(min) ]
实际电路中输入/输出共模电平是由跨导放大器的接口电路（前后级电路）决定的
跨导放大器的分析与设计（1）
提要
跨导放大器的基本概念单级跨导放大器两级OTA的基本特性两级OTA的频率补偿：Miller补偿反馈型OTA中的噪声两级OTA的设计阶跃响应：线性建立过程阶跃响应：放大器中的压摆问题
理想运算放大器
差分输入端差模电压增益为无穷
大输入阻抗为无穷大输出阻抗为0
单级OTA：输出摆幅
Vout(max) VDD Vminp
单
端
Vout(min) (Vic Vt Vov ) Vminn

CMOS恒跨导运算放大器设计

（2）跨导运算放大器模型 ● OTA的符号如图所示,它有两个输入端,一个输出端,一个控制端。符号上的 “+”号表示同相输入端,“一”表示反相输入端, I O 是输出电流, I B 是偏置电流,即外部控制电流。 I O G(V V ) GVid ● OTA的传输特性用下列方程式描述：
lim Rnn ( ) 0 此外，若时延足够大，则
所以时延足够大时，只输出信号自身的相关函数 R( ) Rss ( )
三、互相关检测
1、基本原理：
若已知发送信号的重复周期或频率，就可在接收端发出一个与发送信号周期相同的“干净的”重复周期信号，称为本地信号，将它与混有噪声的输入信号进行互相关，即可除去噪声的影响，提高电路的抗干扰能力。
OTA的小信号理想模型
2 CMOS恒跨导运算放大器的设计
（1）设计指标
● 工作电压： 2.7V
● 直流开环增益：90dB
● 相角裕度： 70 ● 增益带宽积：1.4MHz ● 负载电容：25pF
（2）运算放大器原理框图
● 输入级采用互补差分对结构，使共模输入电压范围达到轨到轨，
通过3倍电流镜控制尾电流使输
U s1 (t )
窄带滤波放大输入信号
U 1 (t )
×
U 2 (t ) 参考信号

U O (t )
锁定放大器原理
锁定放大器理论推导
设输入信号： X (t ) S (t ) N (t )
A sin(t ) N (t )
S (t ) 为有用信号，A为其幅值，角频率为，初相角为其中， N (t ) 为随机噪声，
由上式可以得到输出阻抗：Zout ( A 1) gmro1ro2 而单共源共栅电路的输出阻抗为： gmro1ro2 电路的小信号分析表明输出阻抗 Z out值增大。

高增益跨导性运算放大器设计

全差分高增益跨导型运算放大器设计
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

跨导运算放大器的设计

跨导运算放大器的设计一、实验任务1-1 实验目的学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。

通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。

1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器（1） VDD=1.8 V , 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54 μA ，试调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =inip noutv v v ->60，而且同时满足增益带宽积GBW>100 MHz ，相位裕度PM>65 o C，并且最优指数totalLI C GBW FOM •=>0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和 ota_test.sp ，然C LB : 1 1 : B后自己调整；（2）仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参数提取，然后进行手算分析。

将分析结果与实际仿真结果进行比较；（3）尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。

二、实验内容2-1 问题12-1-1参数分析•增益Av由out m V BR g A 10=，m g = 34||out o o R r r = ，333,EN o d V L r I =444EP o d V Lr I =B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2)则43432233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ⨯⨯==所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。

模拟集成电路设计(跨导运算放大器)【范本模板】

模拟集成电路课程设计跨导放大器学院：电信学院班级：微电子92组长:曾云霖（09053057）组员:黄雄（09053042）蒋仪（09053043）跨导放大器设计设计题目:基于所给的CMOS工艺设计一款跨导放大器.跨导放大器的特点是具有非常大的输出阻抗，将输入电压转换成电流输出，相当于压控电流源。

该电路的设计同样需要包括偏置电压电流产生电路。

设计指标:设计指标：（供参考）性能参数测试条件参数指标负载电容30pF电源电压范围 2.5～5.5V静态电流VDD=3。

6V，Temp=27℃〈250μA输出摆幅输入共模电压VDD =3。

6V，Temp=27℃VDD =3。

6V，Temp=27℃0.6～1。

2V0。

1～1V开环增益(低频）VDD =3。

6V，Temp=27℃1800~2200单位增益带宽VDD =3。

6V,Temp=27℃>3MHz相位裕度VDD =3。

6V，Temp=27℃〉60°PSRR（低频）VDD =3。

6V,Temp=27℃>65dB跨导（低频）VDD =3.6V，Temp=27℃（900～1100)μA /V 转换速率VDD =3。

6V，Temp=27℃>3V/μs设计要求：1．确定设计指标(以上指标供参考，可以进行适当修改,但需说明原因）; 2．根据设计指标,可以在参考电路结构基础上确定参数和改进设计，也可以查找文献采用其它结构的电路或创造新的电路结构进行设计；3．阅读模型文件,了解可以选用的器件类型与尺寸范围；4．手工设计:根据拟定的设计指标,初步确定满足指标的各元件的模型与参数：MOS：沟道长度与宽度，并联个数；电阻：宽度、长度、串并联个数；电容：宽度、长度、并联个数；三极管:并联个数.5．采用全典型模型，27℃，验证电路是否满足设计指标；6．设计偏置电路：a）选定电路结构；b) 手工设计：确定各元件的模型与尺寸；c）采用全典型模型，仿真验证偏置电流源的性能；7．将偏置电路和主体电路合在一起仿真，采用全典型模型,27℃，VDD=3.6V，要求电路达到“设计指标"要求，否则应对电路结构和参数进行修改与优化，直至满足要求（可能需要多次调整)，并应包括以下内容：a）一输入端固定为0。

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。

一种恒跨导轨对轨CMOS运算放大器的设计

（西安电子科技大学电路ＣＡＤ研究所，陕西西安７１００７１）
摘
要
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
ａ叶拉２０１３年第２６卷第９期
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉபைடு நூலகம்．＆Ｔｅｃｈ．／Ｓｅｐ．１５．２０１３
一
种恒跨导轨对轨ＣＭＯＳ运算放大器的设计
薛超耀，韩志超，欧健，黄冲
关键词
轨对轨；恒跨导；ＡＢ类输出级；ＣＭＯＳ运算放大器
ＴＮ７９２文献标识码Ａ文章编号１００７— ７８２０（２０１３）０９—１２１— ０４
中图分类号
ＤｅｓｉｇｎｏｆａＮｏｖｅｌＣｏｎｓｔａｎｔＧｍＲａｉｌ－ｔ０－ＩｉｌＣＭｏＳＯｐ－Ａｍｐ
ＸＵＥＣｈａｏｙａｏ，ＨＡＮＺｈｉｃｈａｏ，ＯＵＪｉａｎ，ＨＵＡＮＧＣｈｏｎｇ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣＡＤ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）
类输出结构，以使输出达到全摆幅。仿真结果显示，在５Ｖ电源电压和带有１０ｐＦ电容与１０ｋＱ电阻并联的负载下，

一种恒跨导轨对轨输入级运算放大器的设计

收稿日期:2005-08-31基金项目:深圳市天瑞高鑫实业有限公司基金资助项目。

作者简介:谢强(1981-),男,硕士研究生,主要从事低功耗CMO S 运算放大器设计方面的研究。

　2006年4月宇航计测技术Apr .,2006第26卷　第2期Journal of Astronautic Metrology and MeasurementVol .26,No .2文章编号:1000-7202(2006)02-0060-05 中图分类号:TN432.1 文献标识码:A一种恒跨导轨对轨输入级运算放大器的设计谢　强　李宏建　朱家俊(湖南大学应用物理系,长沙410082) 摘　要　提出了一种恒跨导轨对轨输入级的结构,从理论上详细分析了这种结构的可行性和优越性,在输入MOS 差分对管处于强反型区和弱反型区时,它都能提供几乎不变的跨导,且采用0.6μmC MOS 工艺对这种运算放大器进行了模拟仿真,其结果与理论值很相符合。

关键词　CMOS 运算放大器　恒跨导　轨对轨Design of A CMOS Op -Amp with Constant -g m andRail -to -Rail Input StageXIE Qiang LI Hong -jian ZHU Jia -jun(Department of Applied Physics ,Hunan University ,Changsha 410082) A bstract A constant -g m Rail -to -Rail CMOS operational -a mplifier input stage is designed ,Conceptuallythe feasibility and the superiority of this architectur e is discussed in details .It pr ovides nearly constant net trans -conductance independent of input transistor operating region (strong ,moderate or weak inversion ),and the Op -Amp with this constant -g m and Rail -to -Rail input stage is simulated in 0.6μm C MOS process ,The re -sults are accorded with the before -mentioned analysis ver y well . Key words CMOS Operational a mplifier Constant -g m Rail -to -Rail1　引　言近年来,在笔记本电脑、移动通信、植入人体的生物医学装置等便携设备飞速发展的推动下,低压低功耗运算放大器已成为低电压电路的重要组成部分[1-3],所供电压的减小导致了输入共模电压范围的减小,从而导致了信号本身变化的减小。