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一种微功耗轨到轨输出AB类运算放大器设计

固体电子学研究与进展 2009年第1期29卷 77-82页

作者：曲光阳吴晓波张毅浙江大学超大规模集成电路设计研究所杭州310027

在分析研究AB类运算放大器的输入和输出级构成原理基础上,提出一种与信号处理模块的输出端匹配并具有一定负载能力的缓冲器的设计。缓冲器采用了AB类运放结构,其输入级采用折叠式共射共基结构,输出级分别采用PNP管和NMOS管作为上拉管和... 详细信息

在分析研究AB类运算放大器的输入和输出级构成原理基础上,提出一种与信号处理模块的输出端匹配并具有一定负载能力的缓冲器的设计。缓冲器采用了AB类运放结构,其输入级采用折叠式共射共基结构,输出级分别采用PNP管和NMOS管作为上拉管和下拉管,结合电路结构的改进使之具有轨到轨(rail-to-rail)的输出特性和很低的静态电流。设计的电路具有开环增益大、静态功耗小、带宽较高等特点。此运放已在1.5μmBCD工艺下实现。测试结果表明,静态电流仅为8.5μA,闭环带宽达200kHz,开环增益为100dB。

关键词：轨到轨微功耗 AB类放大器运算放大器缓冲器

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轨到轨电压比较器的设计

半导体技术 2015年第1期40卷 12-18页

作者：邱伶俐刘章发北京交通大学电子信息工程学院北京100044

比较器在模数转换及其他模拟功能模块中都是非常重要的器件,其速度和精度直接影响模块的功能。采用SMIC 0.18 CMOS混合信号工艺,设计了一种轨到轨电压比较器,电路结构主要包括前置放大器、锁存器和输出缓冲电路,此外,采用一种β倍增的... 详细信息

比较器在模数转换及其他模拟功能模块中都是非常重要的器件,其速度和精度直接影响模块的功能。采用SMIC 0.18 CMOS混合信号工艺,设计了一种轨到轨电压比较器,电路结构主要包括前置放大器、锁存器和输出缓冲电路,此外,采用一种β倍增的自偏置基准电路提供偏置电流。结果表明,在3.3 V的供电电压下,提供共模范围为300 m V^3.3 V的信号,可分辨输入信号的最小频率为200 MHz,单级运放相位裕度大于60°,输出信号占空比为40%~60%,比较阈值约为10 m V,输入输出延时小于5 ns,功耗小于18 m W,版图面积小于200μm×150μm。该比较器的失真较小,在整个输入信号范围内有较高的共模抑制比,较大限度地提高了电路的性能。

关键词：轨到轨低功耗满摆幅低电压供电共模抑制比

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轨到轨CMOS运算放大器研究与设计

轨到轨CMOS运算放大器研究与设计

作者：齐步坤天津大学

学位级别：硕士

随着便携式电子产品的发展,集成电路电源电压不断降低,这就对模拟电路的设计提出了巨大的挑战。电源电压的降低直接降低了运算放大器的动态范围,影响其应用,因此如何提高运算放大器的共模范围成为研究的热点。本文在深入了解国内外轨到... 详细信息

随着便携式电子产品的发展,集成电路电源电压不断降低,这就对模拟电路的设计提出了巨大的挑战。电源电压的降低直接降低了运算放大器的动态范围,影响其应用,因此如何提高运算放大器的共模范围成为研究的热点。本文在深入了解国内外轨到轨运放研究动态的基础上,研究了各种轨到轨恒跨导的实现方法,如电流控制法、电压控制法、宽长比控制法、非匹配模式、背栅驱动法,以及上述方法的具体电路形式,讨论了各种恒跨导电路的优缺点;研究了运算放大器的输出级电路,重点是能够实现轨到轨输出、低失真的AB类输出结构,包括前馈型和反馈型AB类输出结构的工作原理、实现电路和电路优缺点。本文设计了一种前馈型轨到轨恒跨导恒增益的运算放大器。输入级采用一倍电流镜控制的互补差分对结构,实现轨到轨和恒跨导性能,通过分析运放电压增益随共模电平变化的原因,设计了恒增益控制模块,采用前馈型工作原理,可以根据共模电平的范围来开启或者关闭附加电流源,稳定输出级的输出电阻,实现运放的电压增益保持恒定;运放输出级采用前馈型AB类电路结构,实现运算放大器的轨到轨和低失真输出,提高了运放的负载驱动能力。基于Chartered 0.35? m Embedded EEPROM工艺,采用Cadence Spectre工具进行了仿真,在电源电压3.3V、电阻负载为200K、电容负载为20pF的情况下,运放在整个共模范围内总跨导变化仅2%,电压增益变化仅为1.5%,直流开环增益为120dB,增益带宽积为7.8MHz,相位裕度为60.9°,功耗为4.99mW。本运算放大器可望用于移动通讯、个人数字助理、便携式音响系统、电池监测系统等产品中。

关键词：运算放大器轨到轨恒跨导恒增益

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一种低失调CMOS轨到轨运算放大器研究

微电子学 2023年第3期53卷 396-401页

作者：杨永晖张金龙张广胜黄东朱坤峰中国电子科技集团公司第二十四研究所重庆400060

基于CMOS工艺设计了一款轨到轨运算放大器,整体电路包括偏置电路、输入级、输出级以及ESD保护电路。电路中的输入级使用了一种全新的架构,通过一对耗尽型NMOS管作为输入管,实现轨到轨输入,同时在输入级采用了共源共栅结构,能够提供较高... 详细信息

基于CMOS工艺设计了一款轨到轨运算放大器,整体电路包括偏置电路、输入级、输出级以及ESD保护电路。电路中的输入级使用了一种全新的架构,通过一对耗尽型NMOS管作为输入管,实现轨到轨输入,同时在输入级采用了共源共栅结构,能够提供较高的共模输入范围和增益;在输出级,为了得到满摆幅输出而采用了AB类输出级;同时ESD保护电路采用传统的GGMOS电路,耐压大于2 kV。经过仿真后可知,电路的输入偏置电流为150 fA,在负载为100 kΩ的情况下,输出最高和最低电压可达距电源轨和地轨的20 mV范围内,当电源电压为5 V时能获得80 dB的CMRR和120 dB的增益,相位裕度约为50°,单位增益带宽约为1.5 MHz。

关键词：轨到轨运算放大器 CMOS:单对输入级

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一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器

电子元件与材料 2023年第3期42卷 354-360,366页

作者：陈翰民武华杨煌虹黄沥彬曹先国赣南师范大学物理与电子信息学院江西赣州341000 四川芯盛芯国科技有限公司四川成都610000

针对传统全差分运算放大器电路存在输入输出摆幅小和共模抑制比低的问题,提出了一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器电路。电路的输入级采用基于电流补偿技术的互补差分输入对,实现较大的输入信号摆幅;中间级采用折叠式共源共栅结构... 详细信息

针对传统全差分运算放大器电路存在输入输出摆幅小和共模抑制比低的问题,提出了一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器电路。电路的输入级采用基于电流补偿技术的互补差分输入对,实现较大的输入信号摆幅;中间级采用折叠式共源共栅结构,获得较大的增益和输出摆幅;输出级采用共模反馈环路控制的A类输出结构,同时对共模反馈环路进行密勒补偿,提高电路的共模抑制比和环路稳定性。提出的全差分运算放大器电路基于中芯国际(SMIC)0.13μm CMOS工艺设计,结果表明,该电路在3.3 V供电电压下,负载电容为5 pF时,可实现轨到轨的输入输出信号摆幅;当输入共模电平为1.65 V时,直流增益为108.9 dB,相位裕度为77.5°,单位增益带宽为12.71 MHz;共模反馈环路增益为97.7 dB,相位裕度为71.3°;共模抑制比为237.7 dB,电源抑制比为209.6 dB,等效输入参考噪声为37.9 nV/Hz^(1/2)@100 kHz。

关键词：全差分运算放大器共模抑制比轨到轨电流补偿共模反馈环路

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一种低失调轨到轨集成运算放大器的设计

半导体技术 2023年第2期48卷 151-156,169页

作者：刘国庆孙婧雯马奎杨发顺贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025

设计了一款低失调轨到轨运算放大器。通过利用两个晶体管的基极-发射极(BE)结压降和一个可修调电阻来钳制共射-共基组态中共基对管的集电极电位,同时用电阻代替输入级有源负载,有效抑制了电路失调;偏置电路使用温度系数相反的p型结型场... 详细信息

设计了一款低失调轨到轨运算放大器。通过利用两个晶体管的基极-发射极(BE)结压降和一个可修调电阻来钳制共射-共基组态中共基对管的集电极电位,同时用电阻代替输入级有源负载,有效抑制了电路失调;偏置电路使用温度系数相反的p型结型场效应晶体管(p-JFET)与Cr-Si电阻结合,产生高精度、低温漂的电流;增益级与输入级组合为共射-共基结构,实现高增益;输出级采用AB类结构,保证轨到轨输出的同时提供足够的驱动能力。基于互补双极型工艺流片,测试结果表明:在电源电压±15 V,共模输入电压为0 V时,输出电压摆幅为-14.97~14.86 V,输入失调电流低于0.8 nA,大信号增益达到121 dB,压摆率为4.28 V/μs。该芯片可应用于便携式电信设备、电源控制与保护、采用轨到轨输入的传感器等领域。

关键词：低失调轨到轨高精度低温漂互补双极型工艺

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一种高速轨到轨输出差分放大器设计

电子元件与材料 2022年第10期41卷 1066-1071页

作者：范国亮黄治华何峥嵘徐佳丽中国电子科技集团公司第二十四研究所重庆400060

随着电子系统对功耗和电源电压的要求日益严苛,传统差分输出放大器的输出幅度、速度和驱动能力等受到严重限制。针对该问题,提出了一种高速轨到轨输出差分放大器。通过采用“H”桥结构,在有限的功耗下可以实现大带宽和压摆率;采用静态... 详细信息

随着电子系统对功耗和电源电压的要求日益严苛,传统差分输出放大器的输出幅度、速度和驱动能力等受到严重限制。针对该问题,提出了一种高速轨到轨输出差分放大器。通过采用“H”桥结构,在有限的功耗下可以实现大带宽和压摆率;采用静态电流精确可控的AB类输出级,实现了接近轨到轨的输出幅度和大输出驱动能力;采用三级放大结构实现100 dB以上的高增益;嵌套式密勒(Nested Miller)频率补偿保证了系统的稳定性,共模反馈电路则设置了合适的静态工作点保证电路可以正常工作。测试结果表明,提出的高速轨到轨输出差分放大器实现了0.5 mV量级的输入失调电压,0.2~4.8 V的输出幅度,400 MHz的-3 dB带宽和1300 V/μs的压摆率。

关键词：放大器差分轨到轨输出幅度速度

一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入/输出放大器

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Journal of Semiconductors 2006年第11期27卷 2025-2028页

作者：王为之靳东明清华大学微电子学研究所北京100084

提出了一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入/输出放大器,与传统的Miller补偿相比,该放大器不仅可以消除相平面右边的低频零点,减少频率补偿所需要的电容,还可获得较高的单位增益带宽.所提出的放大器通过CSMC0.6μm CMOS数模混合工艺进行... 详细信息

提出了一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入/输出放大器,与传统的Miller补偿相比,该放大器不仅可以消除相平面右边的低频零点,减少频率补偿所需要的电容,还可获得较高的单位增益带宽.所提出的放大器通过CSMC0.6μm CMOS数模混合工艺进行了仿真设计和流片测试:当供电电压为5V,偏置电流为20μA,负载电容为10pF时,其功耗为1.34mW,单位增益带宽为25MHz;当该放大器作为缓冲器,供电电压为3V,负载电容为150pF,输入2.66VPP10kHz正弦信号时,总谐波失真THD为-51.6dB.

关键词：轨到轨缓冲级放大器 CMOS

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一种双极型轨到轨功率运算放大器

半导体技术 2020年第12期45卷 924-930页

作者：韩前磊臧凯旋孔祥艺李珂中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214000

基于双极型工艺设计了一种双通道轨到轨功率运算放大器,其功能模块包括:基准偏置、输入级、中间级和输出级电路。输入级电路采用两组npn、pnp型差分输入对管组成的轨到轨输入结构,配合电流开关电路实现输入级的跨导恒定;中间级电路选择... 详细信息

基于双极型工艺设计了一种双通道轨到轨功率运算放大器,其功能模块包括:基准偏置、输入级、中间级和输出级电路。输入级电路采用两组npn、pnp型差分输入对管组成的轨到轨输入结构,配合电流开关电路实现输入级的跨导恒定;中间级电路选择电压跟随器结合电流跟随结构,实现将双端输入转为单端输出;输出级电路为具有3阶放大能力的AB类结构,实现轨到轨输出的同时提高电流放大能力;芯片内还集成了电流检测、反向电流保护、静电放电(ESD)保护等相关电路。该运算放大器采用双极型工艺流片。实测结果表明:该功率运算放大器的输入失调电压小于1 mV,输入失调电流小于2 nA,开环电压增益大于120 dB,增益带宽积大于4.5 MHz,短路电流大于100 mA,压摆率大于1.5 V/μs。

关键词：运算放大器双通道轨到轨跨导恒定双极型