高性能运算放大器研究与设计

发布时间：2017-06-16 17:51:24 来源：文档文库

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高性能运算放大器研究与设计

作者：刘萌

来源：《科技视界》2015年第18期

【摘要】应用0.5umCMOS工艺，在5V电压下设计了一个放大倍数为81.29dB的二级运算放大器，采用了密勒补偿的方法对电路进行补偿，相位裕度达到64度。偏置电路中采用cascode连接结构确保偏置稳定。另外输入级采用差分输入，增强电路抗干扰能力。

【关键词】运算放大器；反馈补偿；高性算计算

0 引言

运算放大器是模拟系统或者数模混合信号系统的一个重要部分，在很多领域中涉及到运算放大器的应用[1]，包括有源滤波器、采样保持电路、模数转换器、波形发生器等等。各种机构与复杂性各异的运放来实现各种各样的功能[2]：从产生偏置到滤波或放大。增益和稳定性[3]是运算放大器的两大重要因素，而这两方面的因素是由运放电路结构决定的。对这两方面的优化是互相制约的，通过多级级联可以获得较高的放大倍数，但是多级运放实现高增益的同时，由引入了多个极点。使得运放的稳定性显著恶化。通过在输入与输出间添加补偿电容和调零电阻的方法可以对单位增益带宽和相位特性进行调节[4]。本电路在第二级的输入与输出间增加了补偿电容和电阻构成的RC密勒补偿。补偿电容用来调节电路的极点，进而调节增益带宽。补偿电阻用来调节电路的零点，从而调节相位特性。

1 电路实现

图1给出的CMOS二级运算放大器的结构电路图。主要包括了以下几个部分：偏置电路、输入级放大电路、二级放大电路、补偿电路。

偏置电路由M8-M13晶体管和电阻R1组成。M8和M9参数相同，是一对匹配的pmos镜像电流源。通过在M12上串联电阻R1，使的晶体管M12和M13失配。电阻R1决定了偏置电流I1的大小。M11与M13接为二极管形式，为cascode连接的M10提供偏置电压，这种cascode结构减小了沟道长度调制效应造成的电流误差。