0.18 μm CMOS运算放大器设计：恒跨导，轨对轨性能

"设计了一种3.3 V/0.18 μm的恒跨导轨对轨CMOS运算放大器，采用3倍电流镜控制的互补差分对结构的输入级，实现全电源电压范围的输入输出，并保持恒定的输入跨导。输出级采用前馈式AB类控制电路，提供轨对轨输出摆幅和高驱动能力。该运算放大器具有120 dB的直流开环增益，5.98 MHz的单位增益带宽，66°的相位裕度，以及0.18 mW的低功耗。输入级跨导在整个共模范围内变化率仅为2.45%。" 在微电子技术中，运算放大器是核心的模拟集成电路之一，广泛应用于各种信号处理系统。随着便携式电子设备的发展，对低电压、高性能运算放大器的需求日益增长。本设计针对这一需求，采用0.18 μm的CMOS工艺，设计了一款3.3 V供电的低压运算放大器，旨在提供全范围的轨对轨输入和输出性能。 运算放大器的输入级是其性能的关键，本设计采用3倍电流镜控制的互补差分对，这种结构可以有效扩大输入级的共模输入电压范围，达到Rail-to-Rail的效果，即输入信号可以从电源电压的低端到高端。3倍电流镜的设计可以确保输入跨导在共模电压变化时保持恒定，避免因跨导变化导致的增益、带宽和稳定性的改变。通过控制M10和M13这两个电流开关，可以在不同共模输入电压下调整电流镜的倍数，从而保持恒定的跨导。 输出级采用了前馈式AB类控制电路，这种结构能提供较大的输出摆幅，确保了运算放大器能够驱动负载，并具备良好的输出驱动能力。前馈设计增强了放大器的瞬态响应，有助于提高整体性能。 通过电路仿真，该运算放大器显示出优秀的性能指标。直流开环增益达到120 dB，这表示在低频时有极高的增益，适用于需要高增益的场合。单位增益带宽5.98 MHz则表明其在较宽的频率范围内仍能保持稳定的增益。相位裕度66°意味着放大器具有良好的稳定性，不易发生振荡。此外，0.18 mW的低功耗特性使其适合于电池供电的便携式设备。 这款3.3 V/0.18 μm恒跨导轨对轨CMOS运算放大器通过精心设计的输入级和输出级，实现了高增益、宽带宽、低功耗和全范围的输入输出性能，是现代电子设备中理想的模拟信号处理元件。