两级CMOS运算放大器设计与性能指标解析

"该资源主要关注PSRR（电源抑制比）和CMRR（共模抑制比）在两级CMOS运算放大器设计中的静态仿真和测量。它涵盖了模拟与混合信号集成电路设计的内容，特别是针对CMOS运算放大器的各种类型，如单级差分运算放大器、套筒式共源共栅、折叠共源共栅以及两级和Rail-to-Rail CMOS运算放大器。资料出自西安电子科技大学微电子学院刘帘曦老师的课程，详细讲解了运算放大器的基本概念、组成、电路结构以及设计方法。" 在模拟电路和混合信号系统中，运算放大器（OPA）扮演着至关重要的角色。它们作为基本的电路模块，能够执行各种运算功能，如放大、微分、积分等。理想情况下，运放应具有无限大的差模电压增益、输入阻抗和极低的输出阻抗，但在实际应用中，这些参数会受到限制。然而，通过引入负反馈，运放的闭环性能可以得到改善，且与开环增益无关。 两级CMOS运算放大器的设计通常是为了提高电路的增益和性能。单级差分放大器的增益受限于输入对管的跨导和输出阻抗，而共源共栅结构虽然可以提升增益，但可能降低输出摆幅。因此，两级架构被广泛采用，因为它可以提供更高的直流开环增益（超过70dB），更大的单位增益带宽（大于5MHz），足够的相位裕度（45°至75°），低失调电压（低于20mV），快速建立时间（小于1μs）以及优秀的电源抑制比（PSRR，大于60dB）。 两级运算放大器的基本结构通常包括输入级和输出级。输入级常采用差分对管，如M1和M2，用于提升共模抑制能力。输出级则可能包含共源或共源共栅结构，如M3和M4，以增加增益并确保足够的驱动能力。在设计过程中，工程师需要考虑频率响应、稳定性、噪声性能等多个因素，并进行静态仿真以验证设计参数，最终通过实际测量确认其性能。 在电路设计中，PSRR是指运算放大器抑制电源电压变化的能力，对于许多应用来说是至关重要的，因为电源噪声可能会影响信号质量。CMRR则是衡量运算放大器在处理共模信号时，能否有效抑制噪声并保持高信噪比的关键指标。在两级CMOS运算放大器中，这两个参数的优化对于提升整个系统的性能至关重要。 这份资源提供了对两级CMOS运算放大器设计的深入理解，包括概念、设计方法、仿真技巧和测量实践，对于学习和设计高性能运算放大器的工程师来说，是一份宝贵的参考资料。