一种折叠共源共栅运算放大器的设计
折叠式共源共栅运算放大器设计说明
折叠式共源共栅运算放大器设计说明一、设计原理二、设计步骤1.确定规格要求：根据实际应用需求确定输入阻抗、输出阻抗、增益、带宽等参数。
2.选择管子：根据需求选择合适的场效应管。
通常选择具有良好参数的MOS管，如低频用的2N7000，高频用的BF861A等。
3.设计共源级：首先设计共源级，这是整个电路的放大核心。
根据增益要求和输入阻抗要求，确定共源电阻的值，再根据场效应管的参数计算源极电流和电压。
同时，要保证共源级的电流和电压工作在合适的范围内，不引起过大的功耗和失真。
4.设计共栅级：共栅级起到输出驱动的作用，可以提供较低的输出阻抗。
根据输出阻抗和带宽要求，选择合适的共栅电阻值和驱动电路的参数。
同时要注意共栅级的工作点和共源级的匹配，以保证电路的整体性能。
5.接入电源电压：根据电路需求，确定合适的电源电压。
注意电源电压的选择要与场效应管的参数相匹配，避免电压过高或过低导致管子失效或工作不稳定。
6.进行仿真和调试：在完成电路设计后，进行电路仿真和调试，检查电路的增益、带宽等参数是否满足设计要求。
可以使用SPICE电路仿真软件进行仿真，根据仿真结果对电路进行调整和优化。
7.布局和绘制电路板：根据电路设计，进行布局和绘制电路板。
布局过程中要注意相邻元件的干扰和电路的稳定性。
绘制电路板时要保持线路的规整和排布的合理性。
8.组装和测试：完成电路板制作后，进行元件的组装和焊接。
然后进行电路的测试和调试，检查电路的工作状态和各项指标是否满足要求。
三、注意事项1.设计时要考虑到电压的限制，避免电路失效或工作不稳定。
2.选择合适的场效应管，根据具体需求选择低频或高频的管子。
3.设计时要注意电路整体性能，使其在增益、带宽等方面满足要求。
4.在进行仿真时，要根据仿真结果对电路进行调整和优化，确保电路性能达到最佳状态。
5.布局和绘制电路板时要注意干扰和稳定性，保持线路的规整和排布的合理性。
6.组装和测试时要仔细检查，确保电路的工作状态和各项指标达到要求。
折叠式共源共栅运算放大器设计
折叠式共源共栅运算放大器目录一．摘要 (2)二．电路设计指标 (3)三．电路结构 (3)四．手工计算 (7)五．仿真验证 (10)六．结论 (12)七．收获与感悟 (12)八．参考文献 (13)摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用，针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。
本文完成了一个由pmos作输入的放大器。
vdd为3.3v，负载电容为1pf，增益Av 大于80dB，带宽GBM大于100MHz的放大器。
输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力，为达到较宽的带宽，本文详细分析推导了电路所存在的极零点，共源共栅镜像电流源产生Ibias。
选择P沟道晶体管的宽度和长度，使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。
关键字：运算放大器、共源共栅级、极点AbstractOperation amplifiers are widely used in many field s nowadays。
All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application．One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis．Power Supply 3.3v，load capacitor 1pf，Gain＞80dB，GBM＞100MHz。
The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point，for the purpose of wider bandwidth，we carefully analysis the pole and zero in the circuit ，use common source common gate as current Ibias。
折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化
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折叠式共源共栅放大器设计
折叠式共源共栅放大器设计
下面是一个折叠式共源共栅放大器的设计示例：
1.选择合适的工作频率：首先确定设计的工作频率范围，根据应用需
求选择合适的频率。
2.确定器件参数：根据工作频率选择适合的MOSFET器件，并确定器
件的尺寸和工作点。
3.进行小信号分析：通过小信号等效电路分析，得到输入输出阻抗、
增益和带宽等参数。
4.设计输入匹配网络：设计输入匹配网络，使得输入阻抗与传输线匹配，以最大化输入信号的传输。
5.设计输出匹配网络：设计输出匹配网络，使得输出阻抗与负载匹配，以最大化输出信号的传输。
6.进行直流仿真：通过仿真软件，对折叠式共源共栅放大器的直流偏
置和工作点进行仿真和优化。
7.进行射频仿真：通过射频仿真软件，对折叠式共源共栅放大器的增益、带宽等性能进行仿真和优化。
8.PCB布局和封装：设计合适的PCB布局，使得折叠式共源共栅放大
器具有良好的抗干扰能力和稳定性。
选择合适的封装，以满足散热和尺寸
要求。
9.进行实验验证：通过PCB制作和实验验证，对设计的折叠式共源共
栅放大器进行性能测试和调整。
10.进行优化调整：根据实验结果，对折叠式共源共栅放大器进行优化和调整，以达到设计要求。
总结：折叠式共源共栅放大器设计需要从选择工作频率、器件参数确定到小信号分析、匹配网络设计、仿真优化、PCB布局和实验验证等多个步骤。
通过科学合理的设计和优化调整，可以实现折叠式共源共栅放大器的高效、低功耗和稳定工作。
一种低压低功耗CMOS折叠-共源共栅运算放大器的设计
一种低压低功耗CMOS折叠-共源共栅运算放大器的设计程春来，柴常春，唐重林【摘要】设计了一种低压低功耗CMOS折叠-共源共栅运算放大器。
该运放的输入级采用折叠-共源共栅结构，可以优化输入共模范围，提高增益；由于采用AB类推挽输出级，实现了全摆幅输出，并且大大降低了功耗。
采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺，基于BSIM3V3 Spice模型，用HSpice对整个电路进行仿真，结果表明：与传统结构相比，此结构在保证增益、带宽等放大器重要指标的基础上，功耗有了显著的降低，非常适合于低压低功耗应用。
目前，该放大器已应用于14位∑-Δ模/数转换电路的设计中。
【期刊名称】现代电子技术【年(卷),期】2007(030)024【总页数】4【关键词】运算放大器;折叠-共源共栅;AB类输出;低压低功耗1 引言在生物科学、空间技术、电池供电设备以及各种高阻抗传感器的应用中，经常需要集成电路在低电压和弱电流的条件下工作[1]。
采用低电压供电的模拟电路不但能减少电路的功耗，而且能增强电路的稳定性[2]。
因此，低功耗乃至在微功耗芯片的研制和生产日益得到研究机构和生产部门的关注。
运算放大器是模拟电路中最重要和最通用的单元电路之一，同时也是许多模拟系统和数模混合信号系统中的一个完整模块[3]。
随着CMOS工艺的不断进步，电源电压和特征尺寸持续减小，运放的设计己经成为模拟IC设计中的制约因素之一，设计方法也面临着挑战。
为适应低压低功耗的设计要求，本文基于超深亚微米工艺，设计一个低压低功耗的CMOS折叠-共源共栅运算放大器单芯片，在讨论运放的工作原理及特点的基础上，采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺，基于BSIM3V3 Spice模型，用HSpice对整个电路进行仿真。
结果表明：与传统结构相比，此结构在保证增益、带宽等放大器重要指标的基础上，功耗有了显著的降低，非常适合于低压低功耗应用。
目前，该放大器已在14位∑-Δ模/数转换电路的设计中得到应用。
折叠共源共栅单级运算放大器设计
折叠共源共栅单级运算放大器设计折叠共源共栅单级运算放大器（FCSG）是一种常用的放大器电路，在电子电路设计和微电子技术中具有广泛的应用。
它是由共源放大器和共栅放大器组成的，可以实现高放大增益、宽带、低噪声和低功耗等特性。
FCSG电路的基本原理是，共源放大器用来实现信号的放大和匹配，而共栅放大器则承担了放大器的输出任务。
在FCSG电路中，信号来源将直接连接到共源极，而输出信号则从共栅极获取。
折叠共源共栅单级运算放大器的设计是一个复杂的过程，需要注意以下几个关键因素：1.电路的电流：FCSG电路的电流是非常重要的参数，因为它决定了电路的增益和功耗。
因此，在设计FCSG电路时，必须考虑到电流大小及其对电路性能的影响。
2.电路的电容：FCSG电路的电容也是关键的因素，它决定了电路的带宽和响应速度。
在FCSG电路设计时，需要合理地规划电容大小和放置位置，以确保电路性能的最佳效果。
3.电路的阻抗匹配：FCSG电路需要从信号源中获取信号，因此必须考虑电路的阻抗匹配问题。
如果电路的输入阻抗和信号源的输出阻抗不匹配，将会影响电路性能。
因此，在FCSG电路设计中，需要使用适当的匹配电路来解决这个问题。
4.电路的噪声：FCSG电路中的噪声也是设计考虑的重要因素之一。
由于FCSG电路通常用于低噪声电路设计，因此需要对电路的噪声进行特殊处理，例如选择低噪声元器件和合理的电路布局等。
总的来说，折叠共源共栅单级运算放大器的设计需要综合考虑电路的电流、电容、阻抗和噪声等因素，以最大程度地实现电路性能的优化。
在实际应用中，还需要结合具体的应用场景和要求，进行合理的电路设计和优化。
采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计
采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计折叠式共源共栅结构是一种常用于高速CMOS全差分运算放大器设计的电路结构。
它结合了共源和共栅结构的优点，在设计高速差分运算放大器时具有重要的应用价值。
在设计高速CMOS全差分运算放大器时，首先需要确定电路的工作频率和增益要求。
然后，根据设计要求选择合适的MOS管尺寸以及电路拓扑结构。
在采用折叠式共源共栅结构之前，我们先来了解一下共源和共栅结构的特点。
共源结构是一种常见的差分放大器结构，它提供了较大的增益和较高的输入阻抗，但由于电流镜电路(如PMOS电流镜)的引入，使得其增益和频率特性受到限制。
共栅结构是一种常见的高速差分放大器结构，它具有良好的增益和频率特性，但输入阻抗较低。
因此，为了综合考虑增益、频率特性和输入阻抗，我们可以采用折叠式共源共栅结构。
折叠式共源共栅结构的基本原理是将两个共源结构和两个共栅结构连接在一起形成一个差分放大器。
其中，一个共源结构用作输入级，另一个共源结构用作输出级。
同时，一个共栅结构用于提供增益，另一个共栅结构用于提供带宽。
具体来说，折叠式共源共栅结构的输入级包含一个共源结构和一个共栅结构。
其中，共源结构的输入端连接输入信号，输出端通过一个电流源连接到共源结构的源极。
共栅结构通过一个电流源连接到共源结构的源极。
这样，共源结构和共栅结构共同构成输入级。
折叠式共源共栅结构的输出级也包含一个共源结构和一个共栅结构。
其中，共源结构的源极通过一个电流源连接到地，栅极接受输入信号。
共栅结构的源极通过一个电流源连接到共源结构的源极。
这样，共源结构和共栅结构共同构成输出级。
在折叠式共源共栅结构中，输入级的共源结构和共栅结构提供了较大的增益和较高的输入阻抗，输出级的共源结构和共栅结构提供了较大的带宽和较低的输出阻抗。
通过适当选择MOS管的尺寸和电流源的电流，可以实现高速差分运算放大器的设计要求。
综上所述，采用折叠式共源共栅结构可以实现高速CMOS全差分运算放大器的设计。
折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计
密级：学校代码：10075分类号：学号：20101389工程硕士学位论文折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计与优化学位申请人：胡 洋指 导 教 师：郭宝增 教授学 位 类 别：工程硕士学 科 专 业：集成电路工程授 予 单 位：河北大学答 辩 日 期：二○一二年六月Classified Index： CODE：10075U.D.C：NO：20101389A Dissertation for the Degree of EngineeringDesign and Optimization of Folded Cascode CMOS Operational AmplifierCandidate:Hu YangSupervisor:Prof. Guo BaozengAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpecialty :Integrated Circuit EngineeringUniversity:Hebei UniversityDate of Accomplishment:June，2012摘 要随着集成电路技术的不断发展，高性能运算放大器得到广泛应用，成为模拟集成电路和混合信号集成电路设计的核心单元电路。
集成运算放大器，简称运放，它在模拟运算、信号处理、D/A和A/D转换器以及有源滤波等很多方面得到广泛应用，被人们称为“万能的集成电路”。
本文将设计一种折叠式共源—共栅结构的CMOS运算放大器。
折叠式共源共栅电路不仅能提高增益，增加电源电压噪声抑制能力，而且在输出端允许自补偿。
相比套筒式结构，折叠式共源—共栅电路可以增大电路的输出摆幅，并且使得电路更适合做单位增益缓冲器。
本次设计中，我们通过对比套筒式、折叠式等几种运放结构与性质，首先确立了电路的基本结构，即折叠式共源共栅的放大器结构，通过两级运算放大器的级联实现了运算放大器的基本功能以及参数目标。
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一种折叠共源共栅运算放大器的设计
关键词：运算放大器，ADC, DAC,模拟集成电路，混合信号集成电路，跨导运算放大器，共源共栅
1 引言
随着集成电路技术的不断发展，高性能运算放大器广泛应用于高速模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、开关电容滤波器、带隙电压基准源和精密比较器等各种电路系统中，成为模拟集成电路和混合信号集成电路设计的核心单元电路，其性能直接影响电路及系统的整体性能，高性能运算放大器的设计一直是模拟集成电路设计研究的热点之一，以折衷满足各种应用领域的需要。
许多现代集成CMOS运算放大器被设计成只驱动电容负载。
有了这样只有电容的负载，对于运放放大器，就没有必要使用电压缓存器来获得低输出阻抗，因此，有可能设计出比那些需要驱动电阻负载的运算放大器具有更高速度和更大的信号幅度的运算放大器。
通过在一个只驱动电容负载的运算放大器输出端只有一个高阻抗节点，可以获得这些提高，这些运算放大器在其他节点看到的导纳与MOS管的跨导在一个量级上，因此他们具有低阻抗。
有了所有相对低阻抗的内部节点，运算放大器的速度得到最大化，这里还应该提到的是：这些低节点阻抗使得所有节点而不是输出节点的电压信号降低，然而，各种晶体管的电流信号可能非常大，对这些运算放大器，应看到补偿通常是由负载电容达到的，这样，当负载电容变大，运算放大器通常变得更稳定也更慢，这些现代晶体管最重要的参数之一是他们的跨导值（即输出电流和输入电流的比）。
因此，一些设计者称这些现代运算放大器为跨导运算放大器或者运算跨导放大器（OTA）。
在各种OTA结构中，折叠共源共栅运放结构的运算放大器可以使设计者优化二阶性能指标，这一点在传统的两极运算放大器中是不可能的，特别是共源共栅技术对提高增益、增加PSRR值和在输出端允许自补偿是有用的。
这种灵活性允许在CMOS工艺中发展高性能无缓冲运算放大器，目前，这样的放大器已被广泛应用无线电通信的集成电路中。
本文介绍的运放是一种采用TSMC 0.18 μm Mixed Signal SALICIDE（1P6M，1.8V/3.3V）CMOS工艺的折叠共源共栅运放，并对其进行了DC，AC及瞬态分析，最后与设计指标进行比较。
2 电路结构分析
如图1所示，该图是一个差动输入单端输出设计，他的基本思想是将共源共栅MOS管应用于输出差动对中，但使用的MOS管与输入级中使用的那些MOS管类型相反，例如，图中由M1和M2组成的差动对MOS管为N沟道。
而由M1c和M2c组成的共源共栅MOS管是P沟道MOS管，这种相反类型MOS管得安排允许这个单增益级放大器的输出在相同偏置电压水平上作为输入信号。
应该提到的是：即使一个折叠式共源共栅放大器基本上是一个单增益级，他的增益也可能非常合理，约为700-3000。
出现这样一个高增益是因为增益是由输入跨导和输出阻抗的情况决定的，输出阻抗由于使用了共源共栅技术而非常高。
图中显示的差动到单端的转变是由M5，M5c，M6，M6c。
组成的宽幅镜像电流源实现的，在差动输出设计中，这些可能被2个宽幅共源共栅电流吸收器所代替，并且可以添加共模反馈电路。
补偿通过负载电容CL实现，并实现了主要极点补偿。
在负载电容非常小的应用中，有必要添加附加的补偿电容与负载并联来保证稳定性。
如果想要超前补偿，可以添加一个电阻与CL串联，当在一些应用中不可能实现超前补偿时，例如当补偿电容主要由负载电容提供时，这种方法在很多情况下都适用，而许多设计者似乎没有意识到这一点（也就是说，在很多情况下，都可以在负载电容上串联一个电阻）。
输入差动对MOS管的偏置电流等于Ib1/2。
P沟道共源共栅MOS管在任意一个（M1c或者M2c）的偏置电流，等于M3或者M4的漏极电流减去 Ib1/2，因为（W/L）3=（W/L）4=（W/L）8b，所以这个漏极电流由Ib和（W/L）81/（W/L）11比率确定，由于共源共栅晶体管之一的偏置电流由电流相减得到，所以他要准确建立，需要Ib2和Ib3从一个单偏置网络得到。
此外，得到这些电流的任何镜像电流源应由单位大小的MOS管并联形成的MOS管组成，这种方法可以消除宽度不同的MOS管引起的二阶效应造成的误差。
3 测试分析
Vdd=3V，Ib=62.5μA，CL=5pF
图1中各MOS管的参数如表1所示。
对图1所示的运算放大器进行仿真，开环结构的电压传输曲线、频率响应、小信号增益、输出和输出电阻都可以仿真。
从图2中看出：开环输出电压摆幅从0.3-2.7V，最后得到仿真结果与设计指标的比较，见表2。
4 结语
本文解释的运放是一种折叠共源共栅运放，具有高直流开环增益、低输入失调电压、高速等特点，TSMC0.18混合信号双阱CMOS工艺的BSIM3（V3.2）模型参数，利用HSpice W-2005.03等仿真工具对其进行了DC，AC及瞬态分析。
仿真结果表明，本文实现的运放具有73dB的直流开环增益，在5pF的负载电容条件下，运放的单位增益频率为3MHz，相位裕度为88°，输出电阻为47.8MΩ。
可以看出，设计几乎是令人满意的，微小的调节可以通过改变W/L比或直流使放大器工作在指定的范围。
来源：现代电子技术。