复旦大学全差分运算放大器设计报告

"全差分运算放大器设计是复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室的一份课程设计报告，由唐长文和菅洪彦完成。报告中详细介绍了设计一个全差分运算放大器的具体指标和技术选择。" 全差分运算放大器设计的主要目标是在上华0.6微米CMOS 2P2M工艺下实现一系列高性能指标，包括直流增益大于80dB，单位增益带宽大于50MHz，负载电容为5pF，相位裕量超过60°，增益裕量大于12dB，差分压摆率大于200V/μs，共模电平设定为2.5V（VDD=5V），共模负反馈单位增益带宽大于10MHz，等效输入噪声低于20nV/Hz，输入失调电压小于10mV，以及差分输出摆幅大于±4V。 在运放结构的选择上，报告指出常见的运算放大器结构有简单两级运放、折叠共源共栅和共源共栅两级运放。由于设计要求差分输出摆幅较大，单级的折叠共源共栅和直接共源共栅结构难以满足条件，因此选择了两级运算放大器结构。输入级采用了共源共栅结构以提高直流增益，而输出级则采用共源结构，以降低功耗。为了确保运算放大器的稳定性，应用了Miller补偿或Cascode补偿技术来调整零极点位置。 性能指标分析部分，报告详细讨论了差分直流增益的计算，表明运算放大器由两个主要部分组成：Cascode级（由M1到M8）用于提升直流增益，以及共源放大器级（由M9到M12）进一步增强放大效果。这两级组合使得整个运算放大器能够满足高增益和宽带宽的需求。 这份设计报告不仅体现了全差分运算放大器设计的复杂性和挑战，还展示了在实际应用中如何权衡不同设计参数以达成最优性能。通过这样的设计，可以为通信系统混合信号VLSI设计提供高性能的前端信号处理模块。