0.6um CMOS工艺全差分运算放大器设计与分析

本篇论文详细介绍了在上华0.6微米CMOS 2P2M工艺上设计的一种全差分运算放大器的设计方案，由唐长文和菅洪彦两位作者完成，作为《通信系统混合信号VLSI设计》课程的课程设计报告，日期为2003年12月31日。设计目标包括： 1. 直流增益：要求大于80分贝（Adm > 80dB），确保信号处理的高精度。 2. 单位增益带宽：大于50兆赫兹（>50MHz），体现快速响应能力。 3. 负载电容：5皮法拉（=5pF），适应高速信号传输。 4. 相位裕量：大于60度（>60°），确保稳定性。 5. 增益裕量：大于12分贝（>12dB），增强放大器的线性范围。 6. 差分压摆率：大于200伏每秒（>200V/s），反映输出信号变化速度。 7. 共模电平：在5伏电源下，共模电压为2.5伏（Vcm = 2.5V）。 8. 共模负反馈单位增益带宽：大于10兆赫兹（>10MHz），保持良好的共模抑制比。 9. 输入噪声：等效输入噪声为20纳伏每赫兹（20nV/Hz），强调低噪声性能。 10. 输入失调电压：小于10毫伏（<10mV），保证信号的准确度。 11. 差分输出摆幅：大于±4伏特（>±4V），确保足够的动态范围。 设计策略方面，选择共源共栅的两级运算放大器结构，以满足高差分输出摆幅的要求，同时兼顾直流增益和功率效率。第一级采用共源放大器结构，第二级则是Cascode级，通过这种结构组合来提高直流增益。为了保证稳定性，设计中采用了Miller补偿或Cascode补偿技术进行零极点补偿，以抵消可能的不稳定因素。 此外，论文还特别关注了功耗问题，避免了折叠共源共栅输入级结构的较大功耗，选择了直接共源共栅结构。整个设计过程充分考虑了运算放大器的性能指标，以实现高效、稳定的全差分信号处理能力，适用于通信系统中的混频器、滤波器等应用。