低压恒跨导CMOS运算放大器设计

"该文介绍了一种低压恒跨导轨对轨CMOS运算放大器的设计，旨在解决在低电源电压下共模输入电压变化导致的跨导gm波动问题。通过使用虚拟输入差分对和补偿电流源，实现了输入级跨导的稳定性，使gm变化误差控制在±2%以内。这种设计对于需要宽输入共模电压范围的混合模式VLSI系统具有重要意义。 在运算放大器的设计中，输入级电路扮演着至关重要的角色，尤其是在低电源电压的环境中。传统的轨对轨输入级可能在共模电压变化时导致跨导gm的不稳定性，这对信号处理和频率响应产生负面影响。本文提出的解决方案是采用虚拟输入差分对，通过动态调整输入对的尾电流来维持恒定的跨导。当共模电压变化时，输入对和虚拟输入对的工作状态会有所改变，这可能导致gm的显著变化。为了解决这一问题，设计中加入了补偿电流源，这些电流源连接到每个虚拟输入差分对的尾电流晶体管，以减少gm的变化。 运算放大器的跨导gm是衡量其线性区电流增益的重要参数，直接影响其放大性能。在低电源电压条件下，由于晶体管尺寸的限制和迁移率的非理想性，gm的稳定性变得尤为关键。文章中提到，输入晶体管的gm受迁移率比例、氧化物电容以及晶体管尺寸的影响。因此，通过适当设计宽长比（W/L）以及使用补偿电流源，可以有效地控制gm的变化，确保在宽输入共模电压范围内保持恒定的跨导。 此外，文献还讨论了现有的常数gm设计方案，如通过1:3电流镜控制输入对的直流尾电流。而本文提出的电路利用虚拟输入对和补偿电流源的新颖组合，提供了更优的gm稳定性。实验结果表明，该设计能够在整个工作范围内保持gm的误差在±2%以内，这对于提高运算放大器的性能和适用性具有重大意义。 该文提出的低压恒跨导轨对轨CMOS运算放大器设计，通过引入虚拟输入差分对和补偿电流源，成功解决了低电压环境下输入级跨导的不稳定问题，为低功耗、高性能模拟集成电路设计提供了新的思路。这种设计不仅优化了运算放大器的线性特性，还扩展了其在混合模式VLSI系统中的应用潜力。"