低压低功耗：衬底驱动轨至轨运算放大器设计

"该文提出了一种低压低功耗的衬底驱动轨至轨运算放大器设计方案，旨在解决电源电压降低导致的输入范围和输出动态范围缩小的问题。运算放大器作为模拟集成电路的基础组件，广泛应用于各种电子设备中，特别是在便携式产品和超深亚微米工艺中，对低功耗设计的需求尤为迫切。通过采用衬底驱动技术，能够降低MOSFET的阈值电压，从而减少电源电压，但也会带来输入跨导小、输入电容大等问题，影响工作频率。为解决这些问题，文章提出的方案结合了改进型前馈式AB类输出级，增强输入级跨导，保持高增益，实现了在0.8V低压下工作的高性能运算放大器。设计包括衬底驱动的输入级和优化的输出级，确保输入输出均能达到轨至轨性能。" 本文详细探讨了运算放大器在现代电子系统中的核心地位，特别是在低压低功耗设计领域的挑战。随着便携式电子产品的需求增长，运算放大器需要在降低电源电压的同时保持良好的性能指标。传统的降低电源电压方法会遇到输入范围和输出动态范围的限制，这与MOSFET的阈值电压密切相关。为了克服这些限制，文章介绍了一种衬底驱动轨至轨技术，该技术可以降低MOSFET阈值电压，扩展共模输入范围至全摆幅，但同时引入了输入级的性能问题。 为了解决衬底驱动输入级的输入跨导小和输入电容大的问题，设计者采用了改进型前馈式AB类输出级。这种设计策略提升了输入级的跨导，从而补偿了衬底驱动带来的负面影响，保持了较高的增益。同时，通过结合恒定跨导控制电路，优化了整个电路的动态范围和响应速度，确保在低压环境下依然能够实现轨至轨的性能。 电路的实现部分介绍了输入级和输出级的具体结构，特别是如何通过巧妙的电路设计来平衡效率和性能。图1展示了所提出的衬底轨至轨运算放大器的结构，其中输入级和输出级的设计细节对于理解整个电路的工作原理至关重要。 这种低压低功耗衬底驱动轨至轨运算放大器设计方案，不仅解决了电源电压降低带来的问题，还提高了运算放大器在低电压条件下的工作性能，为未来模拟集成电路的设计提供了新的思路和解决方案。