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1、密级： 学校代码：10075 分类号： 学 号：20101389 工程硕士学位论文 折叠式共源共栅 CMOS 运算放大器的设计与优化 学位申请人： 胡 洋 指 导 教 师： 郭宝增 教授 学 位 类 别： 工程硕士 学 科 专 业： 集成电路工程 授 予 单 位： 河北大学 答 辩 日 期： 二一二年六月 Classified Index： CODE：10075 U.D.C： NO：20101389 A Dissertation for the Degree of Engineering Design and Optimization of Folded Cascode CMOS Operat
2、ional Amplifier Candidate: Hu Yang Supervisor: Prof. Guo Baozeng Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty : Integrated Circuit Engineering University: Hebei University Date of Accomplishment: June，2012 摘 要 I 摘 要 随着集成电路技术的不断发展，高性能运算放大器得到广泛应用，成为模拟集成电路和混合信号集成电路设计的核心单元电路。集成运算放大器，简称运放
3、，它在模拟运算、信号处理、D/A 和 A/D 转换器以及有源滤波等很多方面得到广泛应用，被人们称为“万能的集成电路” 。 本文将设计一种折叠式共源共栅结构的 CMOS 运算放大器。折叠式共源共栅电路不仅能提高增益，增加电源电压噪声抑制能力，而且在输出端允许自补偿。相比套筒式结构，折叠式共源共栅电路可以增大电路的输出摆幅，并且使得电路更适合做单位增益缓冲器。本次设计中，我们通过对比套筒式、折叠式等几种运放结构与性质，首先确立了电路的基本结构，即折叠式共源共栅的放大器结构，通过两级运算放大器的级联实现了运算放大器的基本功能以及参数目标。之后，利用 Tanner EDA 工具，在一系列仿真与模拟中，
4、根据电路性能与模拟结果，参考直流增益、交流增益、噪声、共模抑制比等曲线和结果，对管子的宽长比等设计参数进行了进一步反复调整，使得最终的共源共栅放大器电路参数更合理，更优化。 关键字 共源共栅 低功耗 CMOS 运算放大器 Abstract II Abstract With the continuous development of the integrated circuit technology, high-performance operational amplifiers are widely used, they have been the core modules of analog
5、 integrated circuits and mixed-signal integrated circuit. Integrated operational amplifier, referred as Op Amps, it has been widely used in analog computing, signal processing, D/A and A/D converter, as well as active filtering, and many other aspects. They were known as “universal integrated circui
6、t“. This paper will design a folded cascode CMOS operational amplifier. The folded cascode circuit can not only increase the gain, increase the power supply voltage noise rejection capability, and also allow self-compensation at the output. Compared to the telescope structure, folded cascode circuit
7、 can increase the output swing of the circuit, and makes the circuit more suitable for a unity gain buffer. In this design, firstly we compared the structure and properties of telescope and cascade operational amplifier. And then established the basic structure of the circuit, the folded cascode ope
8、rational amplifier structure. It can achieve the operational amplifiers basic functions and parameters of the target. Then we repeatedly adjust the design parameters of the transistors in a series of simulation and modeling, such as circuit performance and simulation results in the Tanner EDA softwa
9、re, refer to the DC gain and AC gain, noise, and CMRR. Above this， we make the final the circuit parameters of the folded cascode operational amplifier be more reasonable and more optimized. Keywords folded cascode low power CMOS Operational Amplifier 目 录 III 目 录 第 1 章 概述.1 1.1 课题的研究背景及意义.1 1.2 国内外研究现状.1 1.3 课题的研究内容.2 1.3.1 折叠式共源共栅放大器的特点.2 1.3.2 折叠式共源共栅放大器的电路设计.4 1.3.3 折叠式共源共栅放大器的版图设计.4 第 2 章 运算放大器的设计基础.6 2.1 运算放大器简介.6 2.2 运算放大器的基本结构.6 2.2.1 套筒结构.7 2.2.2 折叠结构.7 2.3 CMOS 运算放大器的设计方法.8 第 3 章 运算放大器的性能指标.10 3.1 增益.10 3.2 带宽.10 3.2.1 3dB 带宽.11 3.2.1 单位增益带宽.11 3.3 建立时间.
