低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真
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范围高性能运算放大器的设计-微电子学与计算机2007,24(1)
在分析运算放大器一般输入级电路结构的基础上,文章设计出一种新颖的电路结构以实现运算放大器的超宽共模输入范围,摆脱了电源电压对信号共模电平范围的限制,解决了一般运放输入级中容易出现的输入管饱和问题.电路采用1.6 μm的P衬N阱BiCMOS工艺制程,HSPICE仿真结果表明:电源电压为2.7V时,运算放大器的共模电平VCM输入范围为1V~7V,带宽为3 MHz(相位裕度72.5),开环增益为62.5 dB.
5.学位论文许志颖轨到轨低功耗差分运算放大器设计2008
本文讨论了模拟电路设计者所面临的一些关于低功耗方面的问题,并对实现低功耗的设计方法进行了分析。本论文基于0.35umCMOS工艺,采用单电源电压(Vdd=3.3v),设计了一个恒定跨导Rail-to-Rail输入、AB类输出的工作在亚阈值区的低功耗运算放大器。运算放大器采用一个电流开关和一个电流镜并且结合工作在亚阈值区的互补差分对来保证输入级的恒定跨导。输出级采用低电压下的AB类控制ห้องสมุดไป่ตู้出级,从而使得整个运算放大器的功耗降低。偏置电路的基准电流是由一个与电源无关的“自举”偏置电路提供的。本文所设计的运算放大器基本满足Rail-to-Rail输入,并且功耗较低,达到预期目标。
论文首先概述了基准电压源设计的基础,包括基准电压源的指标、分类、基本原理、基本结构和非线性温度补偿等。设计了应用在Pipelined ADC中的基准电压源的系统框架,包括两大部分,带隙基准电路及对该带隙输出电压的处理电路。在带隙基准电路部分,进行了带隙基准电压源的系统架构设
计及一阶温度补偿的低温漂设计,依据温度补偿原理等确定各个参数,包括电压、电流、电阻等参数;分析运算放大器对带隙的影响,设计了一个高增益的两级运算放大器;设计了一个启动电路,并进行了版图设计。最后对所设计的电路用Hspice进行仿真,运放的增益达到80dB,带隙的温度系数在-55℃到125℃内前仿可达到4.87ppm/℃,后仿可达4.94 ppm/℃。输出电压随电源电压的变化(1/6V-2V)小于lmv/v,前仿为-66dB,后仿为-65.5dB。在处理带隙输出部分,主要是分析带隙直接输出遇到的问题,并建立了参考输出在Pipelined ADC中的等价模型,利用该模型分析了开关电容负载对参考电压输出的影响,并设计了一个缓冲器。
9.学位论文丁家平高速高精度ADC中基准电压源的研究与设计2006
基准电压源电路作为模拟电路的基本单元,是模拟集成电路中一个非常重要的模块,被广泛地应用在DC-DC转换、RF中:特别在ADC和DAC中,基准电压源不仅产生参考电位,同时也产生系统的偏置。本论文设计一个应用在10bit,180MS/s的Pipelined ADC中的基准电压源,采用SMIC 0.18um、1.8V工艺。要求基准电压源随温度(为了适合不同的应用需要,温度范围为-55℃-L25℃)和随电源电压(1.6v-2.Ov)的变化小于0.5LSB(=0.49mV),即要求温度系数小于5ppm/℃,电源电压抑制比小于1.25mV/V(-58dB)。
中南大学
硕士学位论文
低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真
姓名:潘学文
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:周继承
20090525
低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真
6.期刊论文江金光.王耀南.Jiang Jingguang.Wang Yaonan全差分低电压、高驱动能力运算放大器的实现-电子
测量与仪器学报2006,20(3)
该文提出了一种全差分低电压、高驱动能力运算放大器电路,通过分析具有不同有源负载结构的差分放大器,得到具有反折电流镜有源负载的差分输入级电路具有较宽的共模输入范围.高效率的甲乙类输出级能提供轨对轨输出摆幅和高输出电流,由于电路具有特定拓扑结构的输出级,因而运算放大器能够工作在低电源电压状态下.采用台积电(TSMC)2层多晶硅、4层金属(2P4M)3.3V,0.35μmCMOS工艺流片得到所设计的全差分低电压、高驱动能力运算放大器在3.3V电源电压工作条件下的功耗仅为625μW,电流输出幅度达到1.2mA.
经流片并测试,测试结果并不理想,论文从版图和原理图两方面分析其原因,同时对设计的带隙基准电压进行了几点改进:非线性温度补偿、改进偏置电路以提高电源电压抑制比、改进结构使带隙可以工作在更低的电源电压。
10.期刊论文陈卫洁.邹雪城.程帅.邓敏.CHEN Wei-jie.ZOU Xue-cheng.CHENG Shuai.DENG Min一种超宽共模输入
8.会议论文杜广涛.陈向东.王红艳一种CMO低压电流反馈运算放大器的分析和设计2007
设计了一种CMOS电流反馈运算放大器,通过在输出端采用电阻反馈,增强带负载能力,利用MOS管实现串联电阻以消除补偿电容带来的低频零点,通过高输出阻抗镜像电流镜增大了电路的增益,并用共源共栅电流源为电路提供偏置电流以减小电源电压的变化对偏置电流影响。使用BSM3 0.5um CMOS工艺参数,PSPICE模拟结果获得了与增益关系不大的带宽,电路参数为:91.4dB增益,676MHz的单位增益带宽,60度的相位裕度,141dB共模抑制比以及在1V电源电压仅产生0.8mW的功耗.
7.学位论文段晓峰MP4音视频芯片中低压低功耗电流反馈运算放大器的设计2006
嵌入式系统低功耗设计的目标是在满足用户对性能需求的前提下,尽可能降低系统的能耗,延长设备的待机时间。随着市场对可移动式嵌入式设备在体积和性能方面要求的不断提升,嵌入式设备小体积、高性能与有限的电池能量之间的矛盾日益突出,嵌入式系统低功耗设计是解决这一矛盾的有效手段。本论文先对MP4从全局按照低功耗的要求进行设计,然后再设计了应用于MP4音视频芯片的低压低功耗电流反馈运算放大器。
2.期刊论文韩若楠.周杨.洪志良.HAN Ruo-nan.ZHOU Yang.HONG Zhi-liang一种0.8 V低电源电压带隙基准电路的
设计-微电子学2007,37(3)
提出了一种工作在低电源电压下的带隙基准电路.通过温度补偿电流的采集电路,突破了电阻分流式低压带隙基准[1]最低工作电压0.95 V的限制.基于SMIC 0.18μm工艺的Hspice仿真测试显示,电路的可靠工作电压最低可为0.8 V,且功耗仅为40μW,电源抑制比为69.5 dB@1 kHz;同时,在-20℃到
对MP4进行全局低功耗设计,本文进行了详细的论述。MP4的硬件低功耗设计为整个系统的低功耗运行提供硬件支持。电路级的硬件低功耗设计主要围绕处理器的低功耗特性和外围芯片的特点,设计处理器的供电电路和外围芯片的电源控制电路,外围芯片的电源控制电路使处理器能够控制外围芯片电源的开启和关闭,从而能够减小外围芯片的功耗。设计的电路经过调试均能正常运行,满足MP4低功耗的要求,产品已经投入市场。
4.期刊论文段晓峰.陈向东.黎文模.DUAN Xiao-feng.CHEN Xiang-dong.LI Wen-mo低压低功耗CMOS电流反馈运算
放大器的设计-重庆邮电学院学报(自然科学版)2006,18(2)
电源电压的下降对模拟电路的设计是一个难题.如今模拟电路的典型电源电压大约是2.5~3 V,但是发展的趋势表明电源电压将是1.5 V,甚至更低.在这种情况下,国内外研究人员致力于设计适用于标准CMOS工艺的低压电路结构.主要在文献[1]基础上设计了一种新型的CMOS电流反馈运算放大嚣(CFOA),使用了0.5μmCMOS工艺参数(阈值电压为0.7 V),模拟结果获得了与增益关系不大的带宽.在1.5 V电源电压下产生了约6.2 mW的功耗.
100℃的温度范围内,输出电压的相关系数只有0.013 mV/K.
3.学位论文郑学军低电压、高精度运算放大器的设计研究2002
运算放大器广泛用于各种模拟电路、数模混合电路中,而随着电路电源电压的不断降低,低电压高精度运放设计正成为人们研究的热点。电源电压的降低也使得信号的动态范围极大减小,这就要求运算放大器能做到输入轨对轨和输出轨对轨。这种新型的轨对轨低压运放可以用于DVD播放器、声卡、手机、GPS系统等电路。国外在这方面已经有成熟产品,各大模拟电路芯片公司都推出了自己的相应产品,如意法半导体的TS185X系列、AD公司的
作者:潘学文
学位授予单位:中南大学
1.期刊论文何茗.陈仕建一种用于低电源电压的全差分运算放大器-电子与封装2004,4(4)
介绍一种适于数字CMOS工艺实现的全差分运算放大器的设计.该放大器用于电源电压为3V,分辩率为10位,采样频率为40MHz的流水线结构AD的采样保持和级间增益电路中.该放大器的结构为折叠-级联结构,在0.35μmCMOS工艺中带宽为162MHz,开环增益为73dB,功耗为1.92mW.
AD860X系列、线性技术公司LT180X系列等等。而国内相关方面的研究则很少。为了改变这种落后的局面,对低电压运算放大器的研究就十分必要。本文主要完成了以下几项工作:1.对国内外的相关研究动态做了广泛的调研,仔细比较了各种实现电路的优缺点,如输入级的三倍电流镜法、冗余差分对法、电平移位法等,输出级的大摆幅输出级、超低电压输出级等。2.在文献综合的基础上,设计了一种新的电路结构。
本文链接:/Thesis_Y1538211.aspx
授权使用:山东轻工业学院(sdqgyxy),授权号:fd0aca21-f9ef-4ce0-9986-9e4f00d8bc89
下载时间:2010年12月17日
MP4音视频芯片中由于要处理的音视频信号频带很宽,而芯片中电压模式的放大器的频带受增益的限制,所以研究宽频带的电流反馈运算放大器具有实际意义。电流反馈运算放大器在高速高频电子领域得到广泛的发展,但目前市场上流行的基于互补双极性结构的电流反馈运算放大器的电源电压和功耗都较高。降低电源电压对模拟电路的设计是一个挑战。如今模拟电路的典型电源电压大约是2.5-3伏,但是发展的趋势表明电源电压将是1.5伏,甚至更低。在这种情况下,国内外研究人员的很多精力花在设计适用于标准CMOS工艺的低压电路结构。本篇论文主要设计了一种新型的CMOS电流反馈运算放大器,与典型的CMOS电流反馈运算放大器比较,本文在中间级用反向放大器来提高电路的开环增益,相位裕度用电容进行补偿,保障电路的稳定性。典型的CMOS电流反馈运算放大器的输出级是甲乙类互补射极输出单元,但由于输出阻抗太大而影响电路的动态性能,本文使用电阻反馈来减小输出阻抗以提高电路的动态指标。使用0.5umCMOS工艺参数,模拟结果获得了与增益度关系不大的带宽、极大的转换速率。电路参数为:81db的开环增益、87度的相位裕度、123db共模抑制比以及在1.5V电源电压下产生了约6.2mW的功耗。
在分析运算放大器一般输入级电路结构的基础上,文章设计出一种新颖的电路结构以实现运算放大器的超宽共模输入范围,摆脱了电源电压对信号共模电平范围的限制,解决了一般运放输入级中容易出现的输入管饱和问题.电路采用1.6 μm的P衬N阱BiCMOS工艺制程,HSPICE仿真结果表明:电源电压为2.7V时,运算放大器的共模电平VCM输入范围为1V~7V,带宽为3 MHz(相位裕度72.5),开环增益为62.5 dB.
5.学位论文许志颖轨到轨低功耗差分运算放大器设计2008
本文讨论了模拟电路设计者所面临的一些关于低功耗方面的问题,并对实现低功耗的设计方法进行了分析。本论文基于0.35umCMOS工艺,采用单电源电压(Vdd=3.3v),设计了一个恒定跨导Rail-to-Rail输入、AB类输出的工作在亚阈值区的低功耗运算放大器。运算放大器采用一个电流开关和一个电流镜并且结合工作在亚阈值区的互补差分对来保证输入级的恒定跨导。输出级采用低电压下的AB类控制ห้องสมุดไป่ตู้出级,从而使得整个运算放大器的功耗降低。偏置电路的基准电流是由一个与电源无关的“自举”偏置电路提供的。本文所设计的运算放大器基本满足Rail-to-Rail输入,并且功耗较低,达到预期目标。
论文首先概述了基准电压源设计的基础,包括基准电压源的指标、分类、基本原理、基本结构和非线性温度补偿等。设计了应用在Pipelined ADC中的基准电压源的系统框架,包括两大部分,带隙基准电路及对该带隙输出电压的处理电路。在带隙基准电路部分,进行了带隙基准电压源的系统架构设
计及一阶温度补偿的低温漂设计,依据温度补偿原理等确定各个参数,包括电压、电流、电阻等参数;分析运算放大器对带隙的影响,设计了一个高增益的两级运算放大器;设计了一个启动电路,并进行了版图设计。最后对所设计的电路用Hspice进行仿真,运放的增益达到80dB,带隙的温度系数在-55℃到125℃内前仿可达到4.87ppm/℃,后仿可达4.94 ppm/℃。输出电压随电源电压的变化(1/6V-2V)小于lmv/v,前仿为-66dB,后仿为-65.5dB。在处理带隙输出部分,主要是分析带隙直接输出遇到的问题,并建立了参考输出在Pipelined ADC中的等价模型,利用该模型分析了开关电容负载对参考电压输出的影响,并设计了一个缓冲器。
9.学位论文丁家平高速高精度ADC中基准电压源的研究与设计2006
基准电压源电路作为模拟电路的基本单元,是模拟集成电路中一个非常重要的模块,被广泛地应用在DC-DC转换、RF中:特别在ADC和DAC中,基准电压源不仅产生参考电位,同时也产生系统的偏置。本论文设计一个应用在10bit,180MS/s的Pipelined ADC中的基准电压源,采用SMIC 0.18um、1.8V工艺。要求基准电压源随温度(为了适合不同的应用需要,温度范围为-55℃-L25℃)和随电源电压(1.6v-2.Ov)的变化小于0.5LSB(=0.49mV),即要求温度系数小于5ppm/℃,电源电压抑制比小于1.25mV/V(-58dB)。
中南大学
硕士学位论文
低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真
姓名:潘学文
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:周继承
20090525
低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真
6.期刊论文江金光.王耀南.Jiang Jingguang.Wang Yaonan全差分低电压、高驱动能力运算放大器的实现-电子
测量与仪器学报2006,20(3)
该文提出了一种全差分低电压、高驱动能力运算放大器电路,通过分析具有不同有源负载结构的差分放大器,得到具有反折电流镜有源负载的差分输入级电路具有较宽的共模输入范围.高效率的甲乙类输出级能提供轨对轨输出摆幅和高输出电流,由于电路具有特定拓扑结构的输出级,因而运算放大器能够工作在低电源电压状态下.采用台积电(TSMC)2层多晶硅、4层金属(2P4M)3.3V,0.35μmCMOS工艺流片得到所设计的全差分低电压、高驱动能力运算放大器在3.3V电源电压工作条件下的功耗仅为625μW,电流输出幅度达到1.2mA.
经流片并测试,测试结果并不理想,论文从版图和原理图两方面分析其原因,同时对设计的带隙基准电压进行了几点改进:非线性温度补偿、改进偏置电路以提高电源电压抑制比、改进结构使带隙可以工作在更低的电源电压。
10.期刊论文陈卫洁.邹雪城.程帅.邓敏.CHEN Wei-jie.ZOU Xue-cheng.CHENG Shuai.DENG Min一种超宽共模输入
8.会议论文杜广涛.陈向东.王红艳一种CMO低压电流反馈运算放大器的分析和设计2007
设计了一种CMOS电流反馈运算放大器,通过在输出端采用电阻反馈,增强带负载能力,利用MOS管实现串联电阻以消除补偿电容带来的低频零点,通过高输出阻抗镜像电流镜增大了电路的增益,并用共源共栅电流源为电路提供偏置电流以减小电源电压的变化对偏置电流影响。使用BSM3 0.5um CMOS工艺参数,PSPICE模拟结果获得了与增益关系不大的带宽,电路参数为:91.4dB增益,676MHz的单位增益带宽,60度的相位裕度,141dB共模抑制比以及在1V电源电压仅产生0.8mW的功耗.
7.学位论文段晓峰MP4音视频芯片中低压低功耗电流反馈运算放大器的设计2006
嵌入式系统低功耗设计的目标是在满足用户对性能需求的前提下,尽可能降低系统的能耗,延长设备的待机时间。随着市场对可移动式嵌入式设备在体积和性能方面要求的不断提升,嵌入式设备小体积、高性能与有限的电池能量之间的矛盾日益突出,嵌入式系统低功耗设计是解决这一矛盾的有效手段。本论文先对MP4从全局按照低功耗的要求进行设计,然后再设计了应用于MP4音视频芯片的低压低功耗电流反馈运算放大器。
2.期刊论文韩若楠.周杨.洪志良.HAN Ruo-nan.ZHOU Yang.HONG Zhi-liang一种0.8 V低电源电压带隙基准电路的
设计-微电子学2007,37(3)
提出了一种工作在低电源电压下的带隙基准电路.通过温度补偿电流的采集电路,突破了电阻分流式低压带隙基准[1]最低工作电压0.95 V的限制.基于SMIC 0.18μm工艺的Hspice仿真测试显示,电路的可靠工作电压最低可为0.8 V,且功耗仅为40μW,电源抑制比为69.5 dB@1 kHz;同时,在-20℃到
对MP4进行全局低功耗设计,本文进行了详细的论述。MP4的硬件低功耗设计为整个系统的低功耗运行提供硬件支持。电路级的硬件低功耗设计主要围绕处理器的低功耗特性和外围芯片的特点,设计处理器的供电电路和外围芯片的电源控制电路,外围芯片的电源控制电路使处理器能够控制外围芯片电源的开启和关闭,从而能够减小外围芯片的功耗。设计的电路经过调试均能正常运行,满足MP4低功耗的要求,产品已经投入市场。
4.期刊论文段晓峰.陈向东.黎文模.DUAN Xiao-feng.CHEN Xiang-dong.LI Wen-mo低压低功耗CMOS电流反馈运算
放大器的设计-重庆邮电学院学报(自然科学版)2006,18(2)
电源电压的下降对模拟电路的设计是一个难题.如今模拟电路的典型电源电压大约是2.5~3 V,但是发展的趋势表明电源电压将是1.5 V,甚至更低.在这种情况下,国内外研究人员致力于设计适用于标准CMOS工艺的低压电路结构.主要在文献[1]基础上设计了一种新型的CMOS电流反馈运算放大嚣(CFOA),使用了0.5μmCMOS工艺参数(阈值电压为0.7 V),模拟结果获得了与增益关系不大的带宽.在1.5 V电源电压下产生了约6.2 mW的功耗.
100℃的温度范围内,输出电压的相关系数只有0.013 mV/K.
3.学位论文郑学军低电压、高精度运算放大器的设计研究2002
运算放大器广泛用于各种模拟电路、数模混合电路中,而随着电路电源电压的不断降低,低电压高精度运放设计正成为人们研究的热点。电源电压的降低也使得信号的动态范围极大减小,这就要求运算放大器能做到输入轨对轨和输出轨对轨。这种新型的轨对轨低压运放可以用于DVD播放器、声卡、手机、GPS系统等电路。国外在这方面已经有成熟产品,各大模拟电路芯片公司都推出了自己的相应产品,如意法半导体的TS185X系列、AD公司的
作者:潘学文
学位授予单位:中南大学
1.期刊论文何茗.陈仕建一种用于低电源电压的全差分运算放大器-电子与封装2004,4(4)
介绍一种适于数字CMOS工艺实现的全差分运算放大器的设计.该放大器用于电源电压为3V,分辩率为10位,采样频率为40MHz的流水线结构AD的采样保持和级间增益电路中.该放大器的结构为折叠-级联结构,在0.35μmCMOS工艺中带宽为162MHz,开环增益为73dB,功耗为1.92mW.
AD860X系列、线性技术公司LT180X系列等等。而国内相关方面的研究则很少。为了改变这种落后的局面,对低电压运算放大器的研究就十分必要。本文主要完成了以下几项工作:1.对国内外的相关研究动态做了广泛的调研,仔细比较了各种实现电路的优缺点,如输入级的三倍电流镜法、冗余差分对法、电平移位法等,输出级的大摆幅输出级、超低电压输出级等。2.在文献综合的基础上,设计了一种新的电路结构。
本文链接:/Thesis_Y1538211.aspx
授权使用:山东轻工业学院(sdqgyxy),授权号:fd0aca21-f9ef-4ce0-9986-9e4f00d8bc89
下载时间:2010年12月17日
MP4音视频芯片中由于要处理的音视频信号频带很宽,而芯片中电压模式的放大器的频带受增益的限制,所以研究宽频带的电流反馈运算放大器具有实际意义。电流反馈运算放大器在高速高频电子领域得到广泛的发展,但目前市场上流行的基于互补双极性结构的电流反馈运算放大器的电源电压和功耗都较高。降低电源电压对模拟电路的设计是一个挑战。如今模拟电路的典型电源电压大约是2.5-3伏,但是发展的趋势表明电源电压将是1.5伏,甚至更低。在这种情况下,国内外研究人员的很多精力花在设计适用于标准CMOS工艺的低压电路结构。本篇论文主要设计了一种新型的CMOS电流反馈运算放大器,与典型的CMOS电流反馈运算放大器比较,本文在中间级用反向放大器来提高电路的开环增益,相位裕度用电容进行补偿,保障电路的稳定性。典型的CMOS电流反馈运算放大器的输出级是甲乙类互补射极输出单元,但由于输出阻抗太大而影响电路的动态性能,本文使用电阻反馈来减小输出阻抗以提高电路的动态指标。使用0.5umCMOS工艺参数,模拟结果获得了与增益度关系不大的带宽、极大的转换速率。电路参数为:81db的开环增益、87度的相位裕度、123db共模抑制比以及在1.5V电源电压下产生了约6.2mW的功耗。