低压恒定跨导轨到轨CMOS运算放大器设计与分析

本文主要探讨了一种新型的恒定跨导轨到轨CMOS运算放大器的设计，作者罗刚来自电子科技大学微电子与固体电子学专业。在现代电路集成度不断提高，且追求低电源电压和低功耗的背景下，传统的运算放大器结构面临着性能瓶颈，特别是在低电压环境下，共模输入范围和动态输出幅度受限。因此，设计出适用于低电压、低功耗工作条件，且能够提供轨到轨输入和输出的运算放大器显得尤为重要。 设计的核心是利用直接交叠工作区技术，通过控制MOS管的尾电流源，实现了对输入跨导的精确调节，确保了在不同共模电压下都能保持稳定的性能。这种技术有效地解决了传统轨到轨输入级在共模电压变化时，仅依赖单一类型MOS管工作的局限性，使得运放能够在全输入范围内保持良好的性能。 输出级采用了AB类的轨到轨设计，结合级联密勒补偿，进一步提升了放大器的性能。在2V单电源供电和15pF负载电容条件下，通过TSMC0.5μm CMOS工艺模型进行Spectre仿真，结果显示该运算放大器的跨导变化率极低（仅为8%），这意味着它在电压变化时具有出色的线性特性。静态功耗仅为0.5mW，显示出极佳的能源效率。此外，直流增益高达80dB，而5MHz的带宽则保证了高速信号处理的能力。 关键词如“轨到轨”、“恒定跨导”和“AB类输出级”突出了文章的核心技术特点，而“TN710”代表了中图分类号，表明了该论文属于电子技术与计算机技术领域。这项研究为设计低电压、高性能的轨到轨运算放大器提供了创新的解决方案，对于推动模拟集成电路的发展具有重要意义。