最完整的全差分运算放大器设计
运算放大电路,如何设计,差分放大电路
运算放大电路,如何设计,差分放大电路
运算放大电路设计：
1. 确定运放的类型和供电电压：根据实际需要选择不同的运放类型，确定供电电压的范围。
2. 确定电路的放大倍数：根据输入信号和输出信号的幅值比较确定放大倍数。
3. 选择外围元件：根据运放的要求，选择尽可能符合条件的电容、电阻等元件。
4. 根据电路要求设计布局：合理布置电路元件，避免串扰和杂音。
差分放大电路设计：
1. 确定输入信号类型和幅值范围：根据实际需要确定差分放大电路输入信号的种类和幅值范围。
2. 确定放大倍数：根据输入信号和输出信号的幅值比较，确定差分放大电路的放大倍数。
3. 选择运放和外围元件：根据放大倍数和功耗等要求，选择适合的运放和外围元件。
4. 设计布局：根据电路稳定性和电磁兼容性要求，设计合理的元件布局和接线方式。
一种高增益CMOS全差分运算放大器的设计
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新电子设计《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注一种高增益CMOS 全差分运算放大器的设计Design of a High-gain CMOS Fully Differential Operational Amplifier(江南大学)李杨先顾晓峰浦寿杰LI Yang-xian GU Xiao-feng PU Shou-jie摘要:设计了一种用在高精度音频Σ-ΔA/D 转换器中的高增益CMOS 全差分运算放大器。
该运算放大器采用了套筒式共源共栅结构和开关电容共模反馈电路。
通过分析和优化电路性能参数,实现了高增益和低功耗。
采用SMIC 0.35μm CMOS 工艺,经Spectre 仿真验证,电路在3.3V 电源电压和2.6pF 负载电容条件下,单位增益带宽为110MHz,开环直流电压增益达76dB,功耗为1.4mW 。
关键词:运算放大器;套筒式共源共栅;高增益;A/D 转换器中图分类号:TN402文献标识码:AAbstract:A high -gain CMOS fully differential operational amplifier has been designed for the application to high -resolution audio Σ-ΔA/D converters.The telescopic cascade structure and the switched capacitor common -mode feedback circuit were adopted in this operational amplifier.High gain and low power dissipation were achieved by analyzing and optimizing the circuit parameters.The Spectre simulation using SMIC 0.35μm CMOS process shows that,with 3.3V power voltage and 2.6pF capacitor load,the circuit has a unity-gain bandwidth of 110MHz,an open-loop gain of 76dB and a power dissipation of 1.4mW.Key words:Operational amplifier;Telescopic cascade;High-gain;A/D converter文章编号:1008-0570(2009)10-2-0207-031引言运算放大器作为模拟系统和混合信号系统中的一个重要电路单元,广泛应用于数/模与模/数转换器、有源滤波器、波形发生器和视频放大器等各种电路中。
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
目录1. 设计指标 (1)2. 运算放大器主体结构的选择 (1)3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1)4. 运算放大器设计策略 (2)5. 手工设计过程 (2)5.1 运算放大器参数的确定 (2)5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2)5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3)5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3)5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3)5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3)5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3)5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4)5.1.8 确定偏置电压 (4)5.2 CMFB参数的确定 (4)6. HSPICE仿真 (5)6.1 直流参数仿真 (5)6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5)6.1.2 输出电压范围测试 (6)6.2 交流参数仿真 (6)6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6)6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7)6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8)6.2.4输出阻抗仿真 (9)6.3瞬态参数仿真 (10)6.3.1 转换速率（SR） (10)6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11)7. 设计总结 (11)附录（整体电路的网表文件） (12)采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计1. 设计指标5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V VV V V VGB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mWµ>==−==>=±=−≤的范围2. 运算放大器主体结构的选择图1 折叠式共源共栅两级运算放大器运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。
从电路结构来看, 有套筒式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。
差分放大器版图设计
一.绪论1.1差分放大器的概述差分放大器(Differential amplifier),是能把两个输入电压的差值加以放大的电路,也称差动放大器。
这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器,常用于直流放大。
它可以是平衡(术语“平衡”意味着差分)输入和输出,也可以是单端(非平衡)输入和输出,常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换,是各种集成电路的一种基本单元。
由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。
若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时,输出为零,从而克服零点漂移。
适于作直流放大器。
差分放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器,有时简称为“差放”。
差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL, Emitter Coupled Logic) 的输入级。
差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广,只要将差放的一个输入端接地,即可得到单端输入的放大器。
很多系统在差分放大器的一个输入端输入信号,另一个输入端输入反馈信号,从而实现负反馈。
常用于电机或者伺服电机控制,以及信号放大。
在离散电子学中,实现差分放大器的一个常用手段是差动放大,见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。
差分放大器可以用晶体三极管(晶体管)或电子管作为它的有源器件。
输出电压u0=u01-u02,是晶体管T1和T2集电极输出电压u01和u02之差。
当T1和T2的输入电压幅度相等但极性相反,即us1=-us2 时,差分放大器的增益Kd(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd≈Rc/re,式中Rc=Rc1=Rc2,re是晶体管的射极电阻。
通常re很小,因而Kd较大。
当us1=us2 ,即两输入电压的幅度与极性均相等时,放大器的输出u0应等于零,增益也等于零。
实际放大电路不可能完全对称,因而这时还有一定的增益。
这种增益称为共模增益,记为Kc。
在实际应用中,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响,等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。
全差分高增益、宽带宽CMOS运算跨导放大器的设计
目录1 引言 (1)2 软件介绍 (3)3 运算放大器设计基础 (5)3.1运放的主要性能指标 (5)3.2运算放大器的基本结构 (6)3.2.1全差分运放 (6)3.2.2套筒式结构 (7)3.2.3折叠式结构 (8)4 系统总体设计 (10)4.1电路设计的整体结构 (10)4.2 主放大电路设计 (11)4.3 偏置电路的设计 (13)4.4 输出级的设计 (13)4.5 共模反馈的设计 (14)4.6 总体布局 (15)5 仿真与分析 (17)5.1运放直流与交流特性 (17)5.2噪声特性分析 (19)5.3电源抑制比 (19)5.4设计指标 (20)5.5放大器参数 (21)6 版图设计与分析 (22)6.1 L-Edit介绍 (22)6.2版图设计规则 (22)6.3基本器件版图设计 (23)6.3.1 NMOS版图设计 (23)6.3.2 电容电阻版图设计 (24)6.4版图的总体设计 (26)6.4.1主电路模块版图 (26)6.4.2偏置模块版图 (27)6.4.3输出模块版图 (27)6.4.4整体模块版图 (28)6.5 LVS版图比对 (29)7 结论 (31)谢辞 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
参考文献 .. (32)附录1 (33)附录2 (35)1 引言集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）简称集成运放，是由多个CMOS管与电容电阻通过耦合方式实现提高增益的模拟集成电路[1]。
集成运放具有增益高、输入阻抗大、输出阻抗低、共模抑制比高和失调与漂移性小等优点，而且当输入电压值为零时，输出值也为零。
集成运放是构成常用集成电路系统的通用模块[2] [3]。
经典全差分运放FullyDifferentialFolded-cascodeOPAMP
经典全差分运放FullyDifferentialFolded-cascodeOPAMPFully Differential Folded-cascode OPAMP(一)电路架构：1.Design of the biasing circuit:一开始，可以先设计biasing circuit。
偏压电路有许多架构，如果采用wide-swing和constant-g m的合并电路，就必须加入激活电路。
激活电路的设计以不影响偏压电路的正常工作，和低消耗功率为原则。
如Fig.1(b)所示，Q18的W/L是small，因此Q17、Q18所吃的静态电流很小，消耗功率也小。
基本的操作原理在J&M的课本里有详细描述。
但要如何inject激活电路的电流到偏压网络呢？让我们来看看Fig.1(a)，注意其中有两个loop和其对称性，只要仔细观察，这两个loop都会形成正回授。
当你用NMOS技术设计时，可以将激活电流inject到标示点X、Y，以产生PMOS(Q14、Q9)的drain电流。
同理，你也可以用PMOS设计激活电路，当然，电流的injecting point就不同了。
Rb值的设计，必须看你要偏压网络流多少电流来计算。
算完后可以做仿真，以得到最佳值，使偏压电流很match。
Fig.1(a)Fig.1(b)2.Design of the main amplifier:由于这个amplifier是one stage的设计，gain会不够，所以必须使用cascode的架构。
又为了增加output swing，故再把PMOS 给折叠下来，形成folded-cascode，最后输出是double-ended output。
先不管fully-differential架构的优点与应用，我们来看看整个架构的内部行为。
首先必须了解电路的大信号行为，最重要的为slewing。
如Fig.2所示，其中没加Q11和Q12。
考虑一个pulse加在Vin-与Vin+之间，当pulse由low 到high，Q1 turn on & Q2 turn off，所以流过Q4的drain电流全部流到Q5，并对node X上的电容充电，Vout-的dc电压会缓缓上升，此即称为positive slewing，slew rate 如下：SR=另一方面，流经Q10和Q9的电流会discharge在node Y上的电荷，这个电流由CMFB所控制。
模拟集成电路设计——两级全差分高增益放大器设计_2
全差分高增益放大器的设计一、设计产品名称全差分高增益放大器二、设计目的1.掌握模拟集成电路的基本设计流程；2.掌握Cadence基本使用方法；3.学习模拟集成电路版图的设计要点；4.培养分析、解决问题的综合能力；5.掌握模拟集成电路的仿真方法；6.熟悉设计验证流程方法。
三、设计内容全差分高增益放大器（Full-differential OTA）是一种非常典型的模拟IP, 在各类模拟信号链路、ADC.模拟滤波器等重要模拟电路中应用广泛, 是模拟IC 设计人员必需掌握的一种基础性IP 设计。
采用华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 设计一款全差分高增益放大器电路, 完成电路图设计、前仿真、Layout 设计和物理验证（DRC&LVS）。
考虑以下OTA 架构：图1 OTA架构四、电路设计思路模拟集成电路的设计分为前端与后端, 设计流程可以分为明确性能要求、选择电路结构、计算器件参数、原理图绘制、前仿真、版图绘制、DRC设计规则检查、LVS版图与电路图一致性检查、寄生参数提取及后仿真、流片测试。
本次实验使用基于华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 实现模拟集成电路全差分高增益放大器的全流程设计与仿真。
（1）性能指标:需要验证三种PVT Corner:a) 电源电压1.8V, 温度27℃, corner 为TT；b) 电源电压1.6V, 温度80℃, corner 为SS；c) 电源电压2.0V, 温度-40℃, corner 为FF；要求各Corner 下开环技术指标（含Cload=10fF）:①放大器开环DC 增益Av0≥90dB；②0dB 带宽BW0≥500MHz；③相位裕度Phase Margin≥50°。
④DC 抑制比PSRR-0≥60dB, （3*2=6 分）⑤10MHz 时抑制比PSRR-10M≥45dB。
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。
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最完整的全差分运算放大器设计
全差分运算放大器是一种特殊的运算放大器，它采用了差模输入和差
模输出的电路结构，能够获得更高的共模抑制比和更好的抗干扰能力。
在
本文中，我们将详细介绍全差分运算放大器的设计步骤和关键考虑因素。
首先，我们需要确定设计的目标和规格。
这包括放大器的增益、带宽、输入和输出阻抗等参数。
在设计全差分运算放大器时，通常需要考虑放大
器的直流特性和交流特性。
接下来，我们将详细介绍全差分运算放大器的
设计步骤。
1.选择工作点：为了实现差模输入和差模输出，我们需要选择适当的
工作点。
一个常用的方法是将输入差模信号的平均值调整到放大器的线性
工作区域，这可以通过调整偏置电流源和电阻来实现。
2.设计输入级：输入级通常采用差模对称结构，包括差模差分放大电
路和公模放大电路。
在设计差模差分放大电路时，需要选择合适的晶体管，并确定电流增益。
公模放大电路的设计要考虑与差模放大电路的匹配。
3.设计输出级：输出级通常采用差模共源结构。
在设计输出级时，需
要确定合适的负载电阻和电流源，并考虑稳定性和功率消耗等因素。
4.频率补偿：全差分运算放大器的频率响应通常需要进行补偿。
一种
常用的方法是使用频率补偿电容和电阻，以提高放大器的带宽和稳定性。
5.抑制共模信号：全差分运算放大器的一个重要特性是能够抑制共模
信号。
为了实现更好的共模抑制比，我们可以采用一些技术，如共模反馈、差模共源结构等。
在设计全差分运算放大器时，需要考虑一些关键因素。
首先是热噪声和干扰的抑制。
由于全差分运算放大器的输入端采用了差模输入，它能够抑制共模干扰和热噪声。
其次是功耗的控制，尽量减小功耗，提高能效。
还要注意防止震荡和保证放大器的稳定性。
综上所述，全差分运算放大器设计需要考虑许多因素，包括放大器的增益、带宽、输入和输出阻抗等参数。
在设计过程中，需要选择合适的工作点、设计合适的输入级和输出级、实施频率补偿，并考虑共模抑制和稳定性等因素。
通过合理的设计和优化，我们可以获得一个高性能的全差分运算放大器。