0.6μm CMOS工艺下运算放大器设计与仿真

本篇文档详细介绍了清华大学微纳电子学系在2007年7月7日进行的《模拟集成电路分析与设计》课程的大作业实验报告——运算放大器的设计。该报告针对的是一个采用0.6μm CMOS工艺的运算放大器设计，目标是设计一个具有偏置电路的两极差分输入、单端输出结构，以满足一系列严格的性能指标。 设计指标包括电源电压为3V，要求运放具有高增益（>60dB），宽带宽（>10MHz），足够的相位裕度（>60°），以及良好的共模输入范围（>1V）和输出电压范围（rail-to-rail）。此外，还要求摆率大于10V/μs，以及低频等效输入噪声水平。 设计过程分为两个阶段：基本结构和扩展结构。基本结构采用了经典的折叠式共源共栅放大电路和PTAT基准电流源，设计了运放电路图和偏置电路，确保了稳定的直流工作点和静态功耗。作者通过手工计算分析了开环直流传输特性曲线、交流小信号增益曲线、低频噪声以及单位增益缓冲器下的SR和建立时间等关键参数。同时，引入了恒温电流源电路以增强电路的温度稳定性。 在扩展结构部分，设计者针对基本结构进行了优化，旨在提升电路的性能，但具体扩展策略并未详细说明。这部分可能涉及到了反馈网络、输入级或输出级的改进，以及对电路效率和稳定性的考虑。 总结部分，作者分析了设计的性能表现，分享了设计过程中的收获和体会，强调了理论与实践相结合的重要性。最后，报告还附录了电路的手绘图和相关的仿真结果，以便于读者更好地理解和评估设计的合理性。 通过阅读这份报告，读者可以了解到运算放大器设计的严谨性和系统性，从电路选择、参数计算到实际仿真验证的完整流程，这对于深入理解模拟电路设计原则和技术有着重要的参考价值。