低电压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真研究

低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器设计与仿真 本文设计了一种低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器，解决了低电压工作下的阈值电压对电源电压和输入信号的受限问题。整个电路采用CSMCO．5um工艺Level49的参数模型进行设计，输入级采用了NMOS管和PMOS管并联的互补差动输入对结构；中间级采用适合低电压工作的低压宽摆幅共源共栅(Cascode)结构；输出级采用传统的甲类放大器来得到轨至轨(rail．to．rail)的输出。 关键技术点： 1. 电平位移技术：设计了一种实用的电平位移(Level—Shifting)电路，为运放的输入级提供了良好的电平位移，解决了阈值电压对电源电压和输入信号的受限问题。 2. 低压宽摆幅共源共栅结构：中间级采用适合低电压工作的低压宽摆幅共源共栅(Cascode)结构，扩大了信号的动态范围。 3. 传统的甲类放大器：输出级采用传统的甲类放大器来得到轨至轨(rail．to．rail)的输出，提高了输出电压摆幅。 4. 频率补偿电路：频率补偿电路通过把补偿电容置于共源共栅器件的源级和输出结点之间，获得了高频的零点和极点分裂。 5. 偏置电路：基于与电源无关的偏置结构，设计了运放的偏置电路，为运放提供了稳定的偏置电压和偏置电流。 仿真结果表明，在1．3V的工作电源下，运算放大器的共模输入电压范围和输出电压摆幅基本上达到了全摆幅，并能获得106dB的低频开环电压增益，5．2M Hz单位增益带宽，55．的相位裕度；运放的电源抑制比为93dB，对运放的电源波动有较强的抑制能力；运放的共模抑制比约为l15dB，有较强的放大差模信号和抑制共模信号的能力；运放的正转换速率和负转换速率分别为2．9V／laS和6．7V／gs；运放的功耗为178laW。 本文设计了一种低压低功耗全摆幅CMOS运算放大器，解决了低电压工作下的阈值电压对电源电压和输入信号的受限问题，实现了低电压低功耗全摆幅性能。