CMOS两级运算放大器-设计分析报告

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《2024年CMOS高性能运算放大器研究与设计》范文

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言随着集成电路技术的飞速发展，CMOS（互补金属氧化物半导体）高性能运算放大器在电子系统中的应用越来越广泛。

其高精度、低噪声、低功耗等特性使得它在信号处理、数据采集、通信等领域发挥着重要作用。

因此，对CMOS高性能运算放大器的研究与设计具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、CMOS运算放大器的基本原理CMOS运算放大器是一种基于CMOS工艺的放大器，其基本原理是利用CMOS管的电压控制电流特性，将输入信号进行放大并输出。

CMOS运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声、低失真等优点，因此在各种电路中得到了广泛应用。

三、高性能CMOS运算放大器的设计要求高性能CMOS运算放大器的设计要求主要包括以下几个方面：1. 高增益：放大器应具有较高的增益，以保证信号的放大效果。

2. 低噪声：放大器的噪声应尽可能低，以保证信号的信噪比。

3. 高精度：放大器的精度应满足应用需求，以保证信号的准确性。

4. 低功耗：在保证性能的前提下，应尽可能降低功耗，以延长电池寿命或减少散热需求。

5. 稳定性：放大器应具有良好的稳定性，以避免自激振荡等问题。

四、CMOS高性能运算放大器的设计方法CMOS高性能运算放大器的设计方法主要包括以下几个方面：1. 选择合适的CMOS工艺：根据应用需求选择合适的CMOS 工艺，以保证器件的性能和可靠性。

2. 设计合理的电路结构：根据设计要求，设计合理的电路结构，包括输入级、输出级、中间级等。

3. 优化电路参数：通过优化电路参数，如增益、带宽、相位裕度等，以提高放大器的性能。

4. 采用低噪声设计技术：采用低噪声设计技术，如噪声匹配、噪声整形等，以降低放大器的噪声。

5. 仿真与测试：通过仿真与测试，验证设计方案的正确性和可行性。

五、CMOS高性能运算放大器的实例设计以一款二阶CMOS运算放大器为例，介绍其设计过程。

首先，根据应用需求确定放大器的性能指标，如增益、带宽、噪声等。

《2024年CMOS高性能运算放大器研究与设计》范文

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言随着电子技术的飞速发展，运算放大器（Op-Amp）在信号处理和数据分析中的应用越来越广泛。

在众多类型的运算放大器中，CMOS（互补金属氧化物半导体）高性能运算放大器因其低功耗、高速度和高精度的特性而备受关注。

本文旨在研究并设计一款CMOS高性能运算放大器，以适应现代电子系统的需求。

二、CMOS运算放大器的基本原理与特点CMOS运算放大器利用互补金属氧化物半导体技术，通过P 型和N型晶体管的组合，实现高精度、低噪声和低功耗的信号处理。

其基本原理是通过差分输入和共源共栅放大的方式，实现信号的放大和传输。

CMOS运算放大器具有以下特点：1. 高精度：由于采用差分输入方式，CMOS运算放大器具有较高的共模抑制比（CMRR），能够有效抑制共模噪声。

2. 低噪声：CMOS器件的噪声性能优异，能够满足低噪声信号处理的需求。

3. 低功耗：CMOS器件具有较低的电压摆幅和较低的静态电流，从而实现低功耗设计。

三、高性能CMOS运算放大器的设计要求为了满足现代电子系统的需求，高性能CMOS运算放大器的设计应遵循以下要求：1. 宽动态范围：能够处理大信号输入范围，并保持较高的增益和精度。

2. 高带宽：具备较快的响应速度，以适应高速信号处理的需求。

3. 低噪声：在保持高增益的同时，尽可能降低噪声性能，提高信噪比。

4. 低功耗：在保证性能的前提下，尽可能降低功耗，延长电池使用寿命。

四、CMOS高性能运算放大器的设计方法针对上述设计要求，本文提出以下设计方法：1. 优化电路结构：采用差分输入、共源共栅放大的电路结构，提高电路的对称性和稳定性。

同时，通过优化晶体管尺寸和偏置电流，提高电路的增益和带宽。

2. 降低噪声性能：通过优化电路布局、减小晶体管失配以及采用低噪声器件等方法，降低电路的噪声性能。

3. 降低功耗：采用低电压摆幅和低静态电流的设计方法，降低电路的功耗。

同时，通过优化偏置电路和电源管理策略，进一步提高功耗性能。

7两级CMOS运算放大器设计分析

1 RII C II
西安电子科技大学
有补偿两级运放的小信号模型

相位裕度（Phase Margin）
失调电压（Offset Voltage）建立时间（Setting Time）
45< PM< 75
VOS<20mV TSET<1us

电源抑制比（PSRR）
共模抑制比（CMRR）
>60dB
>60dB
输出电压摆幅（Output Voltage Swing） >1.5V（Rail-to-Rail：0~3.3V）
11
西安电子科技大学
两级CMOS运放的稳定性分析
也就是说，稳定性是由单位开环增益的相位值决定的，即由相位裕度决定。所以系统稳定性的重要体现就是运放的相位裕度较大，一般运放的相位裕度要求在60o左右。
12
西安电子科技大学
无补偿两级运放的小信号模型
无补偿运放的二阶模型，为使结果通用，用角标I表示第一级的元件，角标II代

芯片面积（Silicon Die Area）
6
西安电子科技大学
两级CMOS运算放大器的基本结构
（a）无补偿运放

（b）有补偿运放

M1和M2的宽长比相等，M3和M4的宽长比相等; 两级运放的电路具有两个高阻节点A和B，这就是说电路存在两个主极点，因而降低了运放的相位裕度; 为了使运放稳定工作，通常在两级运放的第一级和第二级之间中加入补偿电容，即在A点和B点之间加入补偿电容Cc（Miller电容），通过
导与输出阻抗的乘积来决定，因而一般都无法达到高的增益；

共源共栅结构虽然在一定程度上提高了电路增益，但是却限制了电路的输出摆幅；

两级运算放大器设计文档-20150116

点，使补偿后的运放只有一个极点。这就要求：
fZ

1
2
CC
(
g
m
1 6

RZ
)
gm6
2 CL
RZ
CC CL gm6 CC
(b) 消去零点。即将零点移至无穷远处。这就要求
gm6Rz 1
(c) 将零点移到左半平面略大于 GBW 的位置。一般为 1.2 倍 GBW 处（why？），原因：1,2GBW 处的零点既不影响幅度特性，又能很好地贡献相位裕度。
=
��
=
��1 2��
=
��1 ��1
��1
1 2��
（5）
B 相位补偿分析：
如图 1 电路，加入一个与 Cc 的串联电阻之后，电路的零点变为：
第六章仿真
6.1 直流增益、带宽和相位裕度
结果说明
A1 A2 增益 3dB带宽增益带宽积相位裕度
16.64 20.8 50.8dB 4.2MHZ 1.88GHZ 62deg
仿真结果图示
6.2 偏置电路设计：
注：此电路没有做输入偏置，后续工作应做一个 342mv 的偏置供输入。
放大器 symbol 测试
W 502.392u 502.392u 155.416u 155.416u 342.083u 104.154u 849.32u 306.99u
5.4 计算&仿真参数
DC参数 Vout Vp Vgs1 Vgs2 id1 id2

CMOS 两级运算放大器设计

1 1+ gm6 ro6 || ro7
=
λn + λp
2
I DS1,2
Cc
Cc
单位增益带宽为
I DS 6,7
2KPn (W
L) 6
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CMOS 两级运放设计
宫志超
ϖ0
=
Avϖ
p1
=
1 Cc
2I
DS1,2 KPp
⎛ ⎜⎝
W L
⎞ ⎟⎠1,2
=
gm1,2 Cc
3.2.5 传输函数下面计算第二级的传输函数，如图 8 所示，是第二级的等效电路，传输函数为
3.1 直流分析
3.1.1 直流功耗
( ) ( ) 令 IDS8 = IDS9 = IB ， P = VDD IDS8 + IDS9 + IDS5 + IDS 7 = VDD 2IB + 2IDS1,2 + IDS 6,7
3.1.2 偏置电流
图 2 计算偏置电流等效电路
第 3 页 / 共 26 页
CMOS 两级运放设计
( ) Vout2
= −Δv 1 1 + 2gm1,2ro5
gm1,2 gm3,4
gm6
ro6 || ro7
，若过载电压都相等，则可整理得
Vout 2
=
−Δv
λp λn + λp
设Vo+ut 为正电源变化引起得总输出变化，可得Vo+ut = Vout1 + Vout2 = 0 ，因此正电源抑制比为 ∞。
定输出点直流电平。
VGS 3 = VGS 4 = VGS 6 → Vov3 = Vov4 = Vov6

(完整word版)CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计

课程设计报告设计课题:CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计姓名：XXX专业:集成电路设计与集成系统学号:1115103004日期2015年1月17日指导教XXX师：国立华侨大学信息科学与工程学院一:CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计1：电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路.2：电路描述：输入级放大电路由M1～M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载;M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流.输出级放大电路由M6和M7组成，M6为共源放大器,M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

偏置电路由M8~M13和Rb组成,这是一个共源共栅电流源,M8和M9宽长比相同.M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。

对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。

在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。

相位补偿电路由M14和Cc组成，M14工作在线性区,可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。

3:两级运放主体电路设计由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有R1表示第一级输出电阻，其值为则第一级的电压增益对第二级，有第二级的电压增益故总的直流开环电压增益为所以4：偏置电路设计偏置电路由M8~M13 构成,其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13,电阻RB 串联在M12 的源极,它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。

为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。

最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13,同时也为M5 和M7提供偏置。

CMOS运算放大器的分析及设计毕业设计论文.doc

摘要随着集成电路工艺的发展，CMOS电路由于其低成本、低功耗以及速度的不断提高，在集成电路中获得越来越广泛的应用。

CMOS运算放大器也因其独特的性能优势常被用于模拟集成系统或子系统中，它的性能的好坏直接决定了整个模拟集成系统性能的好坏。

因此，有必要对用CMOS运算放大器进行深入的学习和研究。

CMOS运算放大器作为模拟集成电路最重要的功能模块，其设计一般包括以下几个步骤：确定设计要求；设计或综合；仿真；几何版图设计；版图后仿真；流片；测试。

本论文主要对两级CMOS运算放大器进行了前端设计及仿真。

论文在确定了两级CMOS 运放设计规范要求的基础上，设计了两级CMOS运算放大器的基本电路结构，分析了各组成模块的电路功能，，通过分析性能参数与MOS管几何参数的关系，得到了电路中各MOS管的宽长比。

论文在介绍仿真环境OrCAD的结构特点及其工作性能的基础上，对所设计的电路进行了PSpice软件仿真，得到了设计电路的直流工作点、瞬态以及频率特性的仿真结果。

仿真结果分析表明所设计的电路符合预期的设计要求和设计指标，也验证了设计的两级CMOS运算放大器的可靠性和可行性。

关键词：CMOS；运算放大器；PSpice仿真；小信号放大；频率响应AbstractWith the development of CMOS technique, CMOS integrated circuits have become the mainstream of integrated circuits techniques, due to its low cost, low power consumption and continuously improved speed. As the CMOS process has good performance merits, therefore the operational amplifier combined with CMOS technique has been widely used because of its unique performance.As the most important functional module in analog integrated circuits, the design of CMOS operational amplifier includes several steps as follows: determination design requirements, design or synthesis, simulation, design geometric layout, post-layout simulation, tape-out and test. The formal steps of the design of the two-stage CMOS operational amplifiers was provided in this paper, and the basic circuit structures of the two-stage CMOS operational amplifier was introduced. Based on determining the op-amp design specifications, the relationship between performance parameters and transistor geometry parameters was analyzed and the ratio of the transistors width to length was calculated. As a kind of simulation tool, the structural characteristics and work performance of OrCAD was described in detail. The feasibility of the design was determined by using PSpice simulation. Analysis of bias point, transient and the frequency characteristics of the circuit have been completed in this paper, and the simulation results showed that the designed circuit meets the design requirements and targets, also design the reliability and feasibility of the two-stage CMOS operational amplifier has been comfired.Key words: CMOS；Operational amplifier；Pspice simulation；Small signal amplification；Frequency response毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

两级CMOS运算放大器设计

两级CMOS运算放大器设计引言CMOS运算放大器是现代电路设计中的重要组成部分，它在模拟电路中扮演着关键的角色。

CMOS运算放大器由于其低功耗、高增益和较低的失调电压而备受青睐。

本文将介绍两级CMOS运算放大器的设计方法，包括电路结构、工作原理以及性能指标。

电路结构两级CMOS运算放大器由两个级联的CMOS差动放大器组成，它们的输出分别连接在第二级差动放大器的输入上。

这种结构能够提供更高的增益和更好的线性度。

差动放大器差动放大器是CMOS运算放大器的关键组成部分，它用于将输入信号转换为差模信号，并放大差模信号以提供一个具有高增益的输出。

CMOS差动放大器由一对输入端和一对输出端组成，每个输入端都连接了一个NMOS和一个PMOS管，这样可以实现单端输入和差分输入。

工作原理两级CMOS运算放大器的工作原理如下：1.输入信号被差动放大器的第一级转换为差模信号，并经过第一级放大。

第一级放大的输出信号被传递给第二级放大器。

2.第二级差动放大器放大差模信号，然后将其转换为单端输出信号。

3.输出信号经过一个输出级，通过一个负反馈回路被注入到第二级差动放大器的输入上。

设计步骤下面是设计两级CMOS运算放大器的一般步骤：1.确定电路的性能指标，例如增益、带宽以及失调电压等。

2.根据给定的性能指标选择差动放大器和输出级的电路结构。

3.根据选择的电路结构计算电路的参数，例如电阻、电容和晶体管的尺寸等。

4.使用电路模拟工具，例如SPICE，对电路进行仿真和优化。

5.布局电路，并进行布线。

6.进行电路的后仿真和测试。

性能指标两级CMOS运算放大器的性能指标通常包括以下几个方面：1.增益：运算放大器的增益是指输出信号相对于输入信号的放大程度。

在设计过程中，需要根据实际应用需求确定所需的增益。

2.带宽：带宽是指运算放大器能够输出一个相对稳定的放大信号的频率范围。

一般来说，带宽越大，运算放大器的性能越好。

3.失调电压：失调电压是指实际输入和理论输入之间的偏差。

CMOS两级运算放大器调零电路性能分析

CMOS两级运算放大器调零电路性能分析
引言
运算放大器的高速性能主要靠两个重要的参数来衡量，即大信号响应时
间和小信号响应时间。

大信号响应时间由摆率决定，小信号响应则由建立时间
或单位增益带宽来决定。

提高运放速度的方法有多种多样[1][2][3]，折叠式运
算放大器有功耗较大，折叠点处寄生电容高等缺点[1]；采用套筒式运放结构，
如果采用二阶结构，则会造成较大的功耗，采用一阶结构则会限制差分输出摆
幅[2]；反馈结构放大器也存在问题，一是匹配问题不易实现，二是电路的输出
跨导受输出信号的影响较大[3]。

本文介绍的典型基本二级运算放大器具有结构简单、在密勒电容的调节
下工作稳定、有较大的开环增益等特点，但是其单位增益带宽较小，所以通过
对基本二级CMOS 运放结构增加调零电阻，在不改变其他参数的情况下通过抵消二级极点扩展单位增益带宽。

调零电阻偏差分析对实现运算放大器频率特性
具有十分重要的意义，通过讨论，本文提出了对调零电阻偏差影响的分析方法。

二级运算放大器调零电路结构设计技术
基本二级CMOS 运放结构如表2 电路结构零极点仿真结果（2）式中（3）用HSPICE 软件在BSIM3V3 模型AA1833C05 工艺下对调零电路容差分析由于工艺的限制，电阻值很难精确到6788.5Ω。

密勒电容Cc 也存在同样的问题，所以本文将较为详细地研究电容和电阻的容差分析，根据
公式（6）得，在Cadence 环境下，仍然采用BSIM3V3 模型AA1833C05 工艺下对结语
通过增加调零电阻可以扩展基本二级CMOS 电路的单位增益带宽，而且。

CMOS两级运放设计解读

I I I SR min{ DS5 , DS7
DS 5}
CC
CL
为了测量转换速率，将运算放大器输出端与反相输入端相连，如下图所示，
7 有一部分电流 DS5 要留
C I I C 过，所以只有
的电流经过。这样一来，对于正的输入阶跃，
C
DS 7
DS 5
L
M M I I C 4 的漏端电压会下降，也会减少流经
6 的电流。电流 DS 7
DS5 对 L 充
电，导致一个正的电压梯度，斜率为
SRext
I I DS7
DS 5
CL
所以总的 SR 是这两个中的最小值 SR min{ SRint , SRext} , 得到
2.1 电路图
2 电路分析
2.2 电路原理分析
两级运算放大器的电路结构如图 1.1 所示，偏置电路由理想电流源和 M8 组成。 M8 将电流源提供的电流转换为电压， M8 和 M5 组成电流镜， M5 将电压信号转换为电流信号。输入级放大电路由 M1～ M5 组成。 M1 和 M2 组成 PMOS 差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰； M3 、M4 电流镜为有源负载，将差模电流恢复为差模电压。； M5 为第一级提供恒定偏置电流，流过 M1 ，2 的电流与流过 M3,4 的电流 I d1,2 I d 3,4 I d5 / 2 。输出级放大电路由 M6 、M7 组成。 M6 将差分电压信号转换为电流，而 M7 再将此电流信号转换为电压输出。 M6 为共源放大器， M7 为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由 Cc 构成，构成密勒补偿。
ds5
。如果
C
7 提供足够的电流给

CMOS两级运放设计

CMOS两级运放设计CMOS两级运放的设计1设计指标在电源电压0-5V,采用0.5um上华CMOS工艺。

完成以下指标：共模输入电压固定在（）开环直流增益单位增益带宽相位裕度转换速率负载电容静态功耗电流共模抑制比PSRR2电路分析2.1电路图2.2电路原理分析两级运算放大器的电路结构如图1.1所示，偏置电路由理想电流源和M8组成。

M8将电流源提供的电流转换为电压，M8和M5组成电流镜，M5将电压信号转换为电流信号。

输入级放大电路由M1～M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3、M4电流镜为有源负载，将差模电流恢复为差模电压。

；M5为第一级提供恒定偏置电流，流过M1，2的电流与流过M3,4的电流。

输出级放大电路由M6、M7组成。

M6将差分电压信号转换为电流，而M7再将此电流信号转换为电压输出。

M6为共源放大器，M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

相位补偿电路由Cc构成，构成密勒补偿。

3性能指标分析3.1直流分析由于第一级差分输入对管M1和M2相同，有第一级差分放大器的电压增益为：第二极共源放大器的电压增益为所以二级放大器的总的电压增益为 3.2频率特性分析设为第一级输出节点到地的总电容，有设表示第二级输出节点与地之间的总电容，有一般，由于远大于晶体管电容，所以远大于,可以解出电路的传输函数为其中：可以得到右半平面零点为从而电路的主极点而次极点由于和远大于，而中最主要的部分为,中则以为主，经过适当近似，可以得到单位增益带宽为 3.3共模抑制比分析如果运放有差分输入和单端输出，小信号输出电压可以描述为差分和共模输入电压的方程其中是差模增益，有，是共模增益。

共模抑制比的定义为从应用角度考虑可以理解为“每单位共模输入电压的变化引起的输入失调电压的变化”。

对于两级运放电路的共模抑制比，有其中，是第一级的共模抑制比，因为第二级是单端输入、单端输出，所以不贡献共模抑制比。

《2024年CMOS高性能运算放大器研究与设计》范文

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言运算放大器（Op Amp）作为电子电路中的重要元件，被广泛应用于信号处理、模拟电路以及数据采集系统中。

CMOS技术因其高集成度、低功耗、良好的噪声性能等特点，在运算放大器的设计和制造中占有重要地位。

本文将详细探讨CMOS高性能运算放大器的设计原理、方法及其实验结果。

二、CMOS运算放大器的基本原理CMOS运算放大器主要由差分输入对、电流镜、输出级等部分组成。

其基本原理是通过差分输入对实现信号的放大和传输，利用电流镜实现电流的匹配和稳定，最终通过输出级将信号输出。

CMOS运算放大器具有高开环增益、低噪声、低失真等优点，因此在各种电子系统中得到广泛应用。

三、设计方法1. 差分输入对设计：差分输入对是CMOS运算放大器的核心部分，其性能直接影响到整个放大器的性能。

设计时需考虑输入阻抗、增益、带宽等参数，以及输入对的匹配和噪声性能。

2. 电流镜设计：电流镜用于实现电流的匹配和稳定，其设计需考虑电流增益、匹配精度和稳定性等因素。

采用适当的设计方法和工艺技术，可提高电流镜的性能。

3. 输出级设计：输出级负责将信号输出到外部电路。

设计时需考虑输出阻抗、驱动能力、带宽等因素，同时要保证输出级的线性度和稳定性。

4. 版图设计：版图设计是CMOS运算放大器设计的重要环节。

在版图设计中，需考虑器件的布局、连线、噪声等因素，以优化芯片性能。

四、实验结果与分析本文通过仿真和实际制作，对CMOS高性能运算放大器进行了测试和分析。

实验结果表明，所设计的运算放大器具有高开环增益、低噪声、低失真等优点，满足实际应用的需求。

同时，通过对版图设计的优化，有效降低了芯片的噪声和失真，提高了芯片的性能。

五、结论本文研究了CMOS高性能运算放大器的设计原理和方法，并通过仿真和实际制作进行了测试和分析。

实验结果表明，所设计的运算放大器具有优异的性能，可满足实际应用的需求。

同时，本文的研究也为CMOS运算放大器的设计和制造提供了有益的参考和指导。

模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告（二级放大器的设计）

模拟CMOS集成电路设计课程设计报告--------二级运算放大器的设计信息科学技术学院电子与科学技术系一、概述：运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。

运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。

它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。

它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。

二、设计任务：设计一个二级运算放大器，使其满足下列设计指标：工艺Smic40nm电源电压 1.1v负载100fF电容增益20dB 至少40dB3dB带宽20MHz输入小信号幅度5uV 共模电平自己选取输出共模电平自己选取电路结构两级放大器相位裕度60~70度功耗无要求三、电路分析：1.电路结构：最基本的二级运算放大器如下图所示，主要包括四部分：第一级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。

2.电路描述：输入级放大电路由PM2、PM0、PM1和NM0、NM1组成。

PM0和PM1构成差分输入对，使用差分对可以有效地抑制共模信号干扰；NM0和NM1构成电流镜作为有源负载；PM2作为恒流源为放大器第一级提供恒定的偏置电流。

第二级放大电路由NM2和PM3构成。

NM2为共源放大器；PM3为恒流源作负载。

相位补偿电路由电阻R0和电容C0构成，跨接在第二级输入输出之间，构成RC米勒补偿。

此外从电流电压转换角度来看，PM0和PM1为第一级差分跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。

NM0和NM1为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压。

NM2为第二级跨导级，将差分电压信号转换为电流，而PM3再次将电流信号转换成电压信号输出。

偏置电压由V0和V2给出。

3.静态特性对第一级放大电路：构成差分对的PM0和PM1完全对称，故有G m1=g mp0=g mp1 (1)第一级输出电阻R out1=r op1||r on1 (2)则第一级电压增益A1=G m1Rout1=g mp0,1(r op1||r on1) (3) 对第二级放大电路：电压增益A2=G m2R out2= -g mn2(r on2||r op3) (4) 故总的直流开环电压增益A0=A1A2= -g mp0,1g mn2(r op1||r on1)(r on2||r op3) (5)由于所有的管子都工作在饱和区，所以对于gm 我们可以用公式 g m =D I L W )/(Cox 2μ (6) 进行计算；而电阻r o 可由下式计算 r o =DI 1λ (7)其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L 。

两级CMOS运算放大器的前仿,版图及后仿

两级CMOS运算放大器的设计
两级CMOS运算放大器的设计
• • • • • 两级CMOS运算放大器的前仿两级CMOS运算放大器的版图两级CMOS运算放大器的后仿存在的问题心得体会
两级CMOS运算放大器的前仿
表1 设计要求
V DD V SS
2.5V
CL
V o u t IC M R
SR
Pd is s
图12 前仿网表
两级CMOS运算放大器的后仿
图13 后仿网表
两级CMOS运算放大器的后仿
• 用HSPICE进行前、后仿，仿真之前对网表进行更改。 • 删除注释部分，仅保留器件描述。 • 更改VDD! 、VSS!为VDD、VSS 。 • 添加库。 • 添加偏置管。 • 添加激励信号（电源VDD、VSS，直流信号，瞬态信号，交流信号等等）。
Av
GB
M
CMRR
PSRR
2.5V
10 pF
2 V 1 ~ 2V 10V / s 2 m W
74dB
5M Hz
60
。
60dB
60dB
两级CMOS运算放大器的前仿
VDD M3 x iref vin1
=
M4 y
M6
Cc vin2 CL M7
vout
M1 Vn Id5
M2
M8
3

和 P S R R 后仿图形（dc=0V）

1
两级CMOS运算放大器的后仿
表4 设计要求、Cadence前仿结果、HSPICE仿真结果
参数
IC M R
设计要求 Cadence前仿结果
1V ~ 2V
HSPICE前仿结果

CMOS两级运算放大器设计

CMOS两级运算放大器设计CMOS（互补金属氧化物半导体）两级运算放大器是一种常用的放大器设计，可以用于信号放大、滤波、放大器链路等应用。

本文将对CMOS两级运算放大器的设计进行详细叙述。

首先，设计CMOS差动对。

差动对由两个MOSFETs组成，其中一个为p-MOSFET，另一个为n-MOSFET。

这两个MOSFETs的栅极交叉，源极相连，并接入一个电流源。

这样可以使输入信号以差分模式进入放大器。

然后，设计CMOS差动对的偏置电路。

偏置电路主要是为了使CMOS差动对能够正常工作。

其中，主要包括两个电流源和一个电流镜。

电流源为差动对提供恒定电流，电流镜用于分配输入级和输出级的电流。

通过适当选择偏置电流的大小，可以控制放大器的增益和输出幅度。

接下来，设计中间电压增益级。

增益级主要由两个共尺极级组成，通过增加电阻、电容等元件来实现电压放大。

增益级的输出连接到输出级的输入，将中间电压信号传递到输出级进行电流差分放大。

最后，设计输出级。

输出级主要由两个MOSFETs组成，其中一个为p-MOSFET，另一个为n-MOSFET。

这两个MOSFETs的栅极相连，并连接到输入级的输出。

通过适当控制输出级电压的变化，可以实现电流信号的放大。

在CMOS两级运算放大器的设计过程中，需要考虑的因素包括放大器的增益、带宽、输入输出阻抗、偏置电流等。

根据具体的应用需求，可以平衡这些因素来进行合适的设计。

在设计完成后，需要进行电路仿真和调试。

可以使用软件工具如Spice来进行电路模拟，并根据模拟结果进行调整和优化。

在实际测试中，可以通过改变输入信号的频率和幅度，观察输出信号的响应，并与设计要求进行对比。

总结起来，CMOS两级运算放大器设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，并进行合适的优化。

通过合理的设计和调试，可以获得满足设计要求的放大器电路。

CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计说明

课程设计报告设计课题: CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计姓名: XXX专业: 集成电路设计与集成系统学号: 1115103004 日期 2015年1月17日指导教师: XXX 国立华侨大学信息科学与工程学院一：CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计1:电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路。

2：电路描述：输入级放大电路由M1~M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载；M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流。

输出级放大电路由M6和M7组成，M6为共源放大器，M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

偏置电路由M8~M13和Rb组成，这是一个共源共栅电流源，M8和M9宽长比相同。

M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。

对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。

在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。

相位补偿电路由M14和Cc组成，M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。

3:两级运放主体电路设计由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有R1表示第一级输出电阻，其值为则第一级的电压增益对第二级，有第二级的电压增益故总的直流开环电压增益为所以4：偏置电路设计偏置电路由 M8~M13 构成，其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13，电阻RB 串联在M12 的源极，它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。

为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。

最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13，同时也为M5 和M7提供偏置。