高速运算放大器的设计

作     者：葛康康 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何乐年

授予年度：2008年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：运算放大器 高速 频率补偿 共模反馈 全差动 

摘      要：近年来,随着集成电路(IC)芯片制造工艺的发展和电路结构的更新,对运算放大器提出了更高的要求。信息家电、手机、PDA、网络等新兴应用的兴起,又为运算放大器提供了活跃的舞台。高速运放有频带宽、建立时间快、失真和噪声小、输出电流大、直流特性好,能在低电源电压下工作等良好的性能特点使其广泛应用于模拟视频处理和传送以及通讯系统等领域中。 本文设计的高速运放主要应用于基带低通滤波器和基带自动增益控制芯片中,信噪比要求高,而且基带频率变化范围从4MHz到33MHz,因此对运放的单位增益带宽积和输出摆幅要求要高。该运算放大器基于CSMC公司的0.5μmCMOS数模混合信号工艺进行设计。在电路结构上采用两级全差动结构,第一级提供一个高的增益,第二级提供一个大的输出摆幅。共模反馈采纳两级各用一个共模反馈电路的方案,得到了很好的共模稳定。频率补偿采纳了增加一个前馈放大级电路来产生一个左半平面零点,与第一个次极点相抵消的方案,达到了环路稳定的要求。测试结果表明,在单电源3.3V电压下,运放的直流增益为65.5dB,单位增益带宽积达350MHz以及+2.7V的输出摆幅,输入共模范围为0.4V～2.2V,共模抑制比和电源抑制比分别为62.16dB和67.96dB,满足了设计指标要求。 本文第一章主要介绍了高速运放的应用背景、应用场合以及几种典型的结构;第二章介绍了高速运放的设计过程,包括结构分析(输入级、输出级、共模反馈级、频率补偿级、偏置电路级、电流基准和电压基准)和参数设计(开环增益、摆率、噪声、增益带宽积等),其中主要介绍了共模反馈环路设计和频率补偿电路设计。。第三章对高速运放的主要性能参数进行了仿真;第四章对高速运放芯片的主要性能指标进行了测试。