摘要:随着IC集成技术的提高及可穿戴电子设备技术的发展，类似于智能手表， VR眼镜等电子产品正在向更小的体积，更低的功耗，以及更好的人机交互发展。体积上的减少可以通过晶体管特征尺寸的减小得以实现；对于功耗方面，一般是通过降低电压以实现整体电路功耗下降。然而，低供电电压也给IC设计带来困难：输入共模电压范围将受到更大的限制，而由噪声所引起的不良效应（例如EMI）也会越来越明显。为了实现高信噪比性能，输入电压的动态范围应尽可能地扩大。

      在阅读及深入研究国内外相关文献之后，本文设计了一种轨到轨输入恒跨导运算放大器。采用最大电流选择电路配合互补差分对作为恒跨导轨到轨输入级；设计了悬浮电流源电路结构以稳定增益；采用推挽输出级，以实现低失真和高负载驱动能力。

      基于TSMC180nm工艺，在Cadence 下对该设计进行仿真。在1.8V单电源供电，电容负载4pF的前提下，其输入可达到轨到轨。整体电路仅有0.342mW的总功耗，开环增益达到101.3dB，单位增益带宽为2MHz，相位裕度为60.5°。本次设计有望实现于蓝牙通信，可穿戴设备电子电路系统，车载设备，电池检测等产品中。

关键词：轨到轨；恒跨导；跨导线性环；推挽输出；

目录

摘要

Abstract

第1章-引言-4

1.1 课题背景分析及意义-4

1.2运算放大器的发展及国内外研究现状-4

1.3论文工作-9

第2章 rail-to-rail轨到轨运算放大器原理分析-10

2.1 MOSFET特性分析-10

2.1.1 饱和区-10

2.1.2线性区-10

2.1.3 截止区-11

2.2 rail-to-rail输入级及其跨导-11

2.2.1 3I/I电流镜技术-16

2.2.2 电压控制技术-17

2.2.3 最大电流选择电路-18

2.3折叠共源共栅结构-18

2.4 rail to rail 输出级电路-19

2.4.1 A类输出级-20

2.4.2 B类输出级-20

2.4.3 AB类输出级-20

2.4.4 跨导线性原理-21

第3章 rail-to-rail轨到轨运算放大器设计-22

3.1 恒跨导输入级设计-22

3.2 中间放大级设计-24

3.3 AB类推挽输出电路设计-25

第4章 电路前仿真及其分析-27

4.1 轨到轨运算放大器整体电路及仿真结果-27

4.2 直流交流特性-28

4.3 运放性能参数-32

第5章 版图设计-33

第6章 总结与展望-36

参考文献-37

致谢-40