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如何设计轨到轨CMOS运算放大器提高放大器的共模范围
Bob
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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。
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