低电压_高速_高稳定性集成运算放大器芯片设计
集成运算放大器的设计方法
集成运算放大器的设计方法运算放大器电路大全我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。
op07放大器电路图设计要点
op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：超低偏移：150μV最大。
低输入偏置电流：1.8nA 。
低失调电压漂移：0.5μV/℃。
超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V图1 OP07外型图片图2 OP07 管脚图OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+图3 OP07内部电路图ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值Symbol 符号Parameter参数Value数值Unit单位VCCSupply Voltage 电源电压±22 V VidDifferential Input Voltage差分输入电压±30 V Vi Input Voltage 输入电压±22 VTop er Operating Temperature 工作温度-40 to+105℃Tst g Storage T emperature 贮藏温度-65 to+150℃电气特性虚拟通道连接= ± 15V ，Tamb = 25 ℃（除非另有说明）Sy mbol 符号Parameter 参数及测试条件最小典型最大Unit单位Vio Input Offset Voltage 输入失调电压0℃≤ Tamb ≤ +70℃-61525μVLong Term Input Offset VoltageStability-(note 1) 长期输入偏置电压的稳定性-0.42μV/MoDVi o Input Offset Voltage Drift 输入失调电压漂移-0.51.8μV/℃Iio Input Offset Current输入失调电流0℃≤Tamb≤ +70℃-0.868nADIi o Input Offset Current Drift 输入失调电流漂移-155pA/℃Iib Input Bias Current输入偏置电流0℃≤Tamb ≤ +70℃-1.879nADIi b Input Bias Current Drift 输入偏置电流漂移-155pA/℃RoOpen Loop Output Resistance 开环输出电阻-6- ΩRidDifferential Input Resistance 差分输入电阻-33- MΩRicCommon Mode Input Resistance 共模输入电阻-12- GΩVic m Input Common Mode Voltage Range输入共模电压范围0℃≤ Tamb ≤ +70℃±13±13±13.5- VCM R Common Mode Rejection Ratio (Vi=Vicm min)共模抑制比0℃≤ Tamb ≤+70℃1009712- dBSV R Supply Voltage Rejection Ratio 电源电压抑制比(VCC = ±3to ±18V) 0℃≤Tamb ≤ +70℃908614- dBAv d LargeSignalVoltageGain 大信号电压增益VCC = ±15, RL=2KΩ,VO = ±10V,1204-V/mV 0℃≤ Tamb ≤ +105℃100 -VCC = ±3V, RL =500W,VO = ±0.5V1004-Vo pp OutputVoltageSwing 输出电压摆幅RL = 10KΩ±12±13- VRL= 2kΩ±11.5±12.8RL= 1KΩ±120℃≤Tamb ≤+70℃RL =2KΩ±11 -SR Slew Rate 转换率(RL =2KΩ,CL =100pF)-0.17-V/μSGB P Gain Bandwidth Product 带宽增益(RL=2KΩ,CL = 100pF, f = 100kHz)-0.5-MHzIcc Supply Current -(no load) 电源电流（无负载）0℃≤Tamb ≤+70℃VCC = ±3V-2.70.67561.3mAen EquivalentInput NoiseVoltage等效输入噪声电压f = 10Hz -112nV√Hzf = 100Hz -10.513.5f = 1kHz -111.5in EquivalentInput NoiseCurrent 等效输入噪声电流f = 10Hz -0.3.9PA√Hzf = 100Hz -0.2.3f = 1kHz - 0.1.2图4 输入失调电压调零电路应用电路图：图5 典型的偏置电压试验电路图6 老化电路图7 典型的低频噪声放大电路图8 高速综合放大器图9 选择偏移零电路图10 调整精度放大器图11 高稳定性的热电偶放大器图12 精密绝对值电路。
低电压运算放大器
1.物联网设备需要大量的传感器和数据采集设备，低电压运算放大器能够提供精确 的信号处理，保证数据的准确性。 2.低电压运算放大器的低功耗和小型化特性使得它易于集成到物联网设备中，满足 设备的长寿命和小型化需求。 3.在智能家居、智能农业等应用中，低电压运算放大器能够提高设备的性能和可靠 性，推动物联网技术的发展。
▪ 输入级的设计
1.输入级通常采用差分放大器结构，以提高共模抑制比和输入 阻抗。 2.在低电压环境下，需要优化输入级的晶体管尺寸和偏置电流 ，以确保电压放大和线性度。 3.输入级的噪声性能是衡量运算放大器性能的重要指标，需要 采用低噪声设计和噪声优化技术。Βιβλιοθήκη 低电压运算放大器的工作原理
▪ 中间级的设计
1.根据电路结构不同，低电压运算放大器可分为单电源供电和 双电源供电两种类型。 2.按照输入信号的不同，低电压运算放大器可分为电压跟随器 、反相放大器和同相放大器等。 3.根据带宽不同，低电压运算放大器可分为宽带和窄带两种类 型。
低电压运算放大器的简介
低电压运算放大器的性能指标
1.低电压运算放大器的主要性能指标包括开环增益、带宽、输 入阻抗、输出阻抗等。 2.开环增益是衡量低电压运算放大器放大能力的重要指标。 3.带宽是指低电压运算放大器能够放大的信号频率范围。
1.中间级通常采用电流镜或有源负载结构，以实现电压增益和 带宽扩展。 2.在低电压环境下，中间级的电流控制和电压偏置需要特别优 化，以确保稳定性和动态范围。 3.中间级的功耗和热量产生需要得到有效控制，以满足低功耗 和便携式应用的需求。
▪ 输出级的设计
1.输出级通常采用推挽或开漏结构，以提供足够的驱动能力和 输出摆幅。 2.在低电压环境下，输出级的饱和电压和失真需要特别优化， 以提高线性度和音质表现。 3.输出级的负载匹配和输出阻抗需要与实际应用相匹配，以确 保最佳的信号传输和功率效率。
op07放大器电路图设计
op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：超低偏移：150μV最大。
低输入偏置电流：1.8nA 。
低失调电压漂移：0.5μV/℃。
超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V图1 OP07外型图片图2 OP07 管脚图OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+图3 OP07内部电路图ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值Symbol 符号Parameter参数Value数值Unit单位VCCSupply Voltage 电源电压±22 V VidDifferential Input Voltage差分输入电压±30 V Vi Input Voltage 输入电压±22 VTop er Operating Temperature 工作温度-40 to+105℃Tst g Storage T emperature 贮藏温度-65 to+150℃电气特性虚拟通道连接= ± 15V ，Tamb = 25 ℃（除非另有说明）Sy mbol 符号Parameter 参数及测试条件最小典型最大Unit单位Vio Input Offset Voltage 输入失调电压0℃≤ Tamb ≤ +70℃-61525μVLong Term Input Offset VoltageStability-(note 1) 长期输入偏置电压的稳定性-0.42μV/MoDVi o Input Offset Voltage Drift 输入失调电压漂移-0.51.8μV/℃Iio Input Offset Current输入失调电流0℃≤Tamb≤ +70℃-0.868nADIi o Input Offset Current Drift 输入失调电流漂移-155pA/℃Iib Input Bias Current输入偏置电流0℃≤Tamb ≤ +70℃-1.879nADIi b Input Bias Current Drift 输入偏置电流漂移-155pA/℃RoOpen Loop Output Resistance 开环输出电阻-6- ΩRidDifferential Input Resistance 差分输入电阻-33- MΩRicCommon Mode Input Resistance 共模输入电阻-12- GΩVic m Input Common Mode Voltage Range输入共模电压范围0℃≤ Tamb ≤ +70℃±13±13±13.5- VCM R Common Mode Rejection Ratio (Vi=Vicm min)共模抑制比0℃≤ Tamb ≤+70℃1009712- dBSV R Supply Voltage Rejection Ratio 电源电压抑制比(VCC = ±3to ±18V) 0℃≤Tamb ≤ +70℃908614- dBAv d LargeSignalVoltageGain 大信号电压增益VCC = ±15, RL=2KΩ,VO = ±10V,1204-V/mV 0℃≤ Tamb ≤ +105℃100 -VCC = ±3V, RL =500W,VO = ±0.5V1004-Vo pp OutputVoltageSwing 输出电压摆幅RL = 10KΩ±12±13- VRL= 2kΩ±11.5±12.8RL= 1KΩ±120℃≤Tamb ≤+70℃RL =2KΩ±11 -SR Slew Rate 转换率(RL =2KΩ,CL =100pF)-0.17-V/μSGB P Gain Bandwidth Product 带宽增益(RL=2KΩ,CL = 100pF, f = 100kHz)-0.5-MHzIcc Supply Current -(no load) 电源电流（无负载）0℃≤Tamb ≤+70℃VCC = ±3V-2.70.67561.3mAen EquivalentInput NoiseVoltage等效输入噪声电压f = 10Hz -112nV√Hzf = 100Hz -10.513.5f = 1kHz -111.5in EquivalentInput NoiseCurrent 等效输入噪声电流f = 10Hz -0.3.9PA√Hzf = 100Hz -0.2.3f = 1kHz - 0.1.2图4 输入失调电压调零电路应用电路图：图5 典型的偏置电压试验电路图6 老化电路图7 典型的低频噪声放大电路图8 高速综合放大器图9 选择偏移零电路图10 调整精度放大器图11 高稳定性的热电偶放大器图12 精密绝对值电路。
集成运放的类型及应用
集成运放的类型及应用集成运放（即集成式运算放大器）是一种高增益、高输入阻抗以及低输出阻抗的电子放大器，广泛应用于电路设计和信号处理等领域。
下面将详细介绍集成运放的类型及应用。
1. 类型：目前，常见的集成运放有多种类型，包括普通运放、仪表运放、高速运放、低功耗运放等。
普通运放：普通运放是最常见的一种集成运放，具有宽带宽、高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
它的主要应用领域包括信号放大、滤波、理想运算放大器电路设计等。
仪表运放：仪表运放是一种精密运放，具有高共模抑制比、低偏置电流和低噪声的特点。
它的主要应用领域包括电压、电流、温度等测量，以及精密仪器和设备的信号放大等。
高速运放：高速运放是一种具有高增益带宽积（GBW）和快速响应特性的运放，适用于高频信号处理和快速信号放大等应用。
它的主要应用领域包括通信系统、高速数据传输、高速采样和测量等。
低功耗运放：低功耗运放是针对低电源电压和低功耗要求而设计的集成运放。
它可以在低电源电压下正常工作，并具有低静态功耗和低失调电压的特点。
它的主要应用领域包括移动设备、便携式仪器和电池供电系统等。
2. 应用：集成运放作为一种重要的电子器件，在电路设计和信号处理等领域应用广泛。
下面列举一些常见的应用示例：信号放大：集成运放最常见的应用就是信号放大。
通过调整运放的增益，可以将微弱的传感器信号放大到适合后续处理的范围，如压力传感器、温度传感器等。
滤波器：集成运放可以被用来设计各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
滤波器的设计可以通过选择运放的反馈电阻和电容来实现。
运算放大器电路设计：运算放大器电路是运放最重要的应用之一。
基于运算放大器的电路可以实现加法、减法、乘法、除法、积分、微分等运算，并被广泛应用于模拟电路设计、自动控制系统等领域。
电压和电流测量：仪表运放常用于电压和电流测量。
通过仪表运放的高共模抑制比和低偏置电流特性，可以实现高精度和高稳定性的电压和电流测量。
低电压高速CMOS全差分运算放大器设计双
运算放大器的设计首先要根据其用途选择一种合适 的电路结构，从运放的建立时问、开环增益、单位增益带 宽、相位裕度、输入共模范围、输出摆幅、功耗等方面性能 的限制进行结构设计。常见的全差分运算放大器有下面 几种类型：两级（ｔｗｏ—ｓｔａｇｅ）式、套筒共源共栅（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ） 式、折叠共源共栅（ｆｏｌｄ—ｃａｓｃａｄｅ）式。
４‘结语
本文使用ＴＳＭＣ公司的ＣＭ０２５工艺
设计并实现了一个低压高速全差分运算放
大器。采用折叠共源共栅结构，在达到较高
的带宽同时，增大了输出摆幅。连续时间共
模反馈电路以及低压宽摆幅偏置电路，实现
（１）信置电路ＯＯ半电路小信号等效模型
图３偏置电路及半电路小信号等效模型
了电路的高稳定性。该运放在２．５ Ｖ电源 电压下，’单位增益带宽可以达到５０１ ＭＨｚ， 直流增益７１．６ ｄＢ，相位裕度５１。，功耗
Ｐ。《Ｐ，，更接近于原点，因此Ｐ２为折叠共源共栅运放的 主极点，Ｐ。为次极点。
要提高开环增益Ａ。，可以采取增加Ｍ８，Ｍ９的跨导和
１ ５】
沟逝长度，但将引起其源极寄生电容的增加和漏源饱和电 正减小，从而降低运放的次极点频率。同样增加Ｍ１０， Ｍ１１的沟道长度，会使Ａ。增加而次极点频率减小。考虑 到Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７不在信号通路上，因此可以增加其沟 道长度球增加输出阻抗，而不降低工作速度。
△ｇＭ９（ｒ２／／ｒｌｏ）ｒ９ Ｒ。。“Ｍ７一ｒ４＋ｒ７［１＋（ｇＭ７＋ｇＭ７ｂ）＾］
△ｇＭ７ ｒ７ ｒ４ ｒ为ＭＯＳ管的小信号输出电阻。负载电容Ｃ。远大于ＭＯＳ 管各端的寄生电容，ＣＬ△ｃＤ瞰＋ＣＤ曲＋ＣＤ酊。。
节点１对应的极点Ｐ。：
Ｐ－＝一石万勿习丽ｉ１冠ｉ而△一等
节点２对应的极点Ｐ。：
OP07运放实用资料
op07中文资料时间：2009-05-16 07:42:22 来源：资料室作者：op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A 为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：超低偏移：150μV最大。
低输入偏置电流：1.8nA 。
低失调电压漂移：0.5μV/℃。
超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V工作电源电压范围是±3V~±18V；OP07完全可以用单电源供电，你说的＋5V,-5V绝对没有问题，用单＋5V也可以供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在1/2 VCC. 建议电源最好>8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心，就充顶饱和了。
我一直用+12V，-12V双电源供电。
图1 OP07外型图片图2 OP07 管脚图OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+图3 OP07内部电路图ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值SymParameter参数Value数值Unit 单位bol符号VCC Supply Voltage 电源电压±22V Vid Differential Input Voltage差分输入电压±30V Vi Input Voltage 输入电压±22VTope r Operating Temperature 工作温度-40 to+105℃Tstg Storage Temperature 贮藏温度-65 to+150℃电气特性虚拟通道连接= ± 15V ，T amb = 25 ℃（除非另有说明）Symbol 符号Parameter 参数及测试条件最小典型最大Unit单位Vio Input Offset Voltage 输入失调电压0℃≤T amb ≤+70℃-601525μVLong Term Input Offset Voltage Stability-(note 1)长期输入偏置电压的稳定性-0.42μV/MoDVio Input Offset Voltage Drift 输入失调电压漂移-0.51.8μV/℃Iio Input Offset Current输入失调电流0℃≤T amb≤ +70℃-0.868nADIio Input Offset Current Drift 输入失调电流漂移-155pA/℃Iib Input Bias Current输入偏置电流0℃≤T amb ≤ +70℃-1.879nADIib Input Bias Current Drift 输入偏置电流漂移-155pA/℃Ro Open Loop Output Resistance 开环输出电阻-60-ΩRid Differential Input Resistance 差分输入电阻-33-MΩRic Common Mode Input Resistance 共模输入电阻-12-GΩVicm Input Common Mode Voltage Range输入共模电压范围0℃≤ T amb ≤ +70℃±13±13±13.5-VCMR Common Mode Rejection Ratio (Vi =Vicm min)共模抑制比0℃≤ T amb ≤ +70℃10097120-dBSVR Supply Voltage Rejection Ratio 电源电压抑制比(VCC= ±3to ±18V) 0℃≤ T amb ≤ +70℃9086104-dBAvd Large SignalVoltage Gain 大信号电压增益VCC = ±15, RL =2KΩ,VO =±10V,12040-V/mV0℃≤ T amb ≤ +105℃100-VCC = ±3V, RL = 500W,VO =±0.5V10040-Vop p Output VoltageSwing 输出电压摆幅RL = 10KΩ±12±13-VRL= 2kΩ±11.5±12.8RL= 1KΩ±120℃≤ T amb ≤ +70℃RL =2KΩ±11-SR Slew Rate 转换率(RL =2KΩ,CL = 100pF)-0.17-V/μSGBP Gain Bandwidth Product 带宽增益(RL =2KΩ,CL =100pF, f = 100kHz)-0.5-MHzIcc Supply Current -(no load) 电源电流（无负载）0℃≤ T amb ≤ +70℃VCC = ±3V-2.70.67561.3mAen Equivalent InputNoise Voltage等效输入噪声电压f = 10Hz -112nV√Hzf = 100Hz-10.513.5f = 1kHz-1011.5in Equivalent InputNoise Current等效输入噪声电流f = 10Hz-0.30.9PA√Hzf = 100Hz-0.20.3f = 1kHz-0.10.2图4 输入失调电压调零电路应用电路图：图5 典型的偏置电压试验电路图6 老化电路图7 典型的低频噪声放大电路图8 高速综合放大器图9 选择偏移零电路图10 调整精度放大器图11 高稳定性的热电偶放大器图12 精密绝对值电路以上翻译自SGS-THOMSON的OP07。
简单的集成电路运算放大器
第21讲6.3 简单的集成电路运算放大器主要内容:本节主要介绍了集成电路运算放大器。
基本要求：了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。
教学要点：1．集成电路运算放大器的组成集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。
（1）输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。
（2）.电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成（3）.输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。
（4）偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等2．简单的运算放大器简单运算放大器的原理电路如图所示。
（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。
（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。
（3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压v id=v i1-v i2为零时，输出电压v O=0的目的。
（4）R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。
（5）电路符号：由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端1和同相输入端2）,与一个输出端3。
在运算放大器的代表符号中，反相输入端用"-"号表示，同相输入端用"+"表示。
器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。
（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压v i1从反相输入端输入时（v i2=0），如v i1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：v C2（+）→v O2（–）→v B6（–）→v O（–）则输出信号电压v o 与v i1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入v i2(v i1=0)时，可以检验，输出电压v o与v i2同相。
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)
( 10)
相对于普通电流分配单元 ( r out = r ds ) [ 8] , 本电 路的输出阻抗为两个晶体管导通阻抗值之和再加上 g m14 r ds14 r ds15 ( 1+ 的电流源。 当电路中所有晶体管都处于饱和区, 且 UGS14 = UGS8 , U DS15 = UDS9 , 调节 U b 可使下式成立, 即 Ub = UGS8 + ( U GS9 - U T H 9 ) = UGS14 + ( U GS15 UT H 15 ) ( 11)
Design of a Low Voltage, High Speed and High Stability Integrated OP AMP Chip
Zhao Qium ing, Zhao M ing jian, Wang Weidong
( I nf ormation & Communication College, Guilin Univer sity of Electronic Technology , Guilin 541004, China)
Abstract: Based on a 0 18 m CM OS st andar d process, a hig h speed, w ideband and high st abili t y integr at ed op amp chip w it h 1 8 V vo ltag e and 910 M H z bandw idth w as designed. T he const i t ut io n pr inciple of t he op amp, t he applicat io n met hods o f M iller compensat ion capacito r and ze roing r esist or compensat ion t echnique, and the design m et hods o f int eg rat ed t ri branch cur rent ref erence and t he low v olt ag e fo ld cascode bias cur rent dist ribut io n circuit w ere described. T he post sim ulat ion verif icat io n test of t he chip layout by Cadence Spect re emulato r indicat es t hat the design can eff ect iv ely impr ove t he st abilit y and speed o f t he system, w hich has ex cellent pow er supply reject ion rat io as w ell as larg er out put sw ing. F inally , t he desig n r esult s of t he chip w ere given. T he sim ulat ion and t est result s show t hat t he chip can be applied t o t he elect ronic sys t ems, including amplif icat ion of the w eak sig nal at middle f requency, analog calculat ion, act ive filt er and A GC, et c. Key words: high st abilit y; M iller compensat ion; zero ing resist or; t ri branch current reference; CM OS DOI: 10. 3969/ j. issn. 1671 - 4776. 2010. 07. 011 EEACC: 2570 D
r f
若使电路的零点值等于电路的第一个非主极点 值 , 便可实现零极点对消, 实现相位补偿 , 提高电 路稳定性。根据式 ( 4 ) 可以求出该电路的零点与 第一非主极点为
J uly 2010
452 M icr onanoelectronic T echno logy V o l. 47 N o. 7
将该两级运放第一 ( 二 ) 级电路等效为受控电 流源 g m uin 和 g m uI , C I ( C ! ) 和 R I ( R ! ) 分别 是从第一 ( 二 ) 级输出端的对地的等 效电容和电 阻 , C f 为弥勒补偿电容 , R f 为调零电阻。 其系统函数由式 ( 4) 表达 H (S)=
[8]
, 即
uout ( S) = uin ( S) ( 4)
图1 Fig 1
芯片核心电路图
g mI g m II R I R ! { 1- S [ ( C f / g m II ) - R f C f ] } 2 3 1+ bS + cS + d S 式中: S 为拉普拉斯域变量; b = ( C II + C f ) R II + ( C I + C f ) R I + g m II R I R II C f + R f Cf c= [ R I R II ( C I C II + C f CI + C f C II ) + R f C f ( R I C I + R I I C II ) ] d = R I R II R f C I C II C f
一, 广泛应用于各类电子产品中。在通信和多媒体产 品中, 宽带、高速、高稳定性是模拟集成运放研究发 展的重要方向, 采用低工作电压也是当前集成运放的 一个普遍趋势之一。需要关注的问题是较低的工作电 压虽然有利于降低功耗
[ 1- 4]
, 但是又给集成运放的速
度、相位裕度、摆幅等重要性能指标带来了影响。 本设计在电路技术方面采用两级运算放大器的 电路结构 , 融合了弥勒补偿电容结合调零电阻补偿 技术 , 设计了集成三支路基准电流源结合低压共源 共栅偏置电流分配电路, 有效提高了系统的稳定性 与速度, 使系统 在具有优良电 源抑制比、满 足带 宽、速度、稳定性等指标要求下, 还具有较大的输 出摆幅, 能更好地适应在低电源电压条件下工作 , 相比于经典的套筒式与折叠式共源共栅结构
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引 言
模拟集成运算放大器是集成电路的主要类型之
提高 电路的相位 余度及摆 率等性能 指标的目 的
[ 3 , 8, 12]
。
设计关键晶体管 M 10 ~ M 13 和 M 16 的宽长比以 及弥勒补偿电容值与尾电流源的输出偏 置电流 I 1 和 I 2 , 利用式 ( 1) [ 8] , ( 2) 和 ( 3 ) 可以分别设计 出放大器的 增益 ( A ) 、单位增益带宽 ( GB ) 、输 出摆率 ( SR ) , 即 A= - 2 g m12 I 1 ( 13 + 11 ) GB = SR = I 2( g m12 Cf I1 Cf - g m 16 16 + I2 ) ( 1) ( 2) ( 3)
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芯片关键电路设计
系统芯片核心电路图如图 1 所示。电路可以分
图 2 两级放大小信号弥勒等效模型 Fig 2 M iller equivalent model of t he tw o st age amplif ied small signal
为高速集成运算放大器、电流基准源、缓冲输出电 路三部分。
收稿日期 : 2010 - 01 - 28 基金项目 : 广西科学研究与技术开发计划资助项目 ( 桂科基 0731021) E mail: mj china 1224@ 163. com
2010年 7 月
微纳电子技术第47卷第7期
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赵秋明等 : 低电压 、 高速 、 高稳定性集成运算放大器芯片设计
Core Leabharlann ircuit of t he proposed chip
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两级集成运算放大器电路 两级集成运算放大电路如图 1 中晶体管 M 10 ~
( 5) ( 6) ( 7)
M 18 、电阻 R r 、电容 C r 构成。 M 10 ~ M 15 构成该运 放的差动输入级电路 , 信号由 M 12 和 M 13 的栅极差 分输入; M 10 和 M 11 为电流镜负载; M 14 和 M 15 构成 高输入阻抗的尾 电流源。 M 16 ~ M 18 构成的 电流源 负载反相放大器作为运放的输出级。该电路通过引 入弥勒补偿电容 C 和调零电阻 R 串联网络达到了
微电子器件与技术 M icroelect ronic Device & T echnolo gy
低电压、高速、高稳定性集成运算放大器芯片设计
赵秋明, 赵明剑, 王卫东
( 桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林 541004) 摘要: 基于 0 18 m CM OS 标准工艺, 设计了一种工作电压为 1 8 V 、 带宽达到 910 MH z 的高 速、 宽带、 高稳定性的集成运算放大器芯片 。阐述了该放大器电路构成原理、 弥勒补偿电容和调 零电阻补偿的应用方法、 集成三支路基准电流源与低压共源共栅偏置电流分配电路的设计方法。 利用 Cadence Spectr e 仿真器对芯片版图进行了后端仿真验证测试。 通过对测试结果的分析, 表 明了本设计能够有效提高系统的稳定性和速度, 并具有优良电源抑制比和较大的输出摆幅。 最后 给出了芯片设计达到的结果。 仿真测试结果表明 , 本设计芯片可应用于中频段需要对微弱信号处 理的放大、 模拟运算 、有源滤波、 AGC 等电子系统。 关键词: 高稳定性; 弥勒补偿; 调零电阻; 三支路基准电流源 ; CMOS 中图分类号 : T N 432 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4776 ( 2010) 07 -0451 - 05