一种非匹配模式恒定跨导的轨到轨运算放大器

针对传统轨到轨运算放大器输入级跨导恒定受工艺影响,提出了一种非匹配模式低失调恒定跨导轨到轨运算放大器,输入级电路采用最大电流控制法。该运放通过对P输入对管电流的监测,来控制N输入对管的电流,从而实现与工艺无关的恒定跨导的要求。输出级采用折叠式共源共栅的有源负载与AB类控制的输出级结合,提高电压增益,增加电压输出动态范围。运放基于DB Hitek 0.18μm工艺完成电路设计。仿真结果表明:在电源电压为+2.5 V和−2.5 V时,该运放的共模输入范围为−2.5~2.5 V,动态输出范围为−2.5~2.5 V,平均输入失调电压为12.7μV,开环增益为98 dB,相位裕度为73.1°,带宽为73.1 MHz,电源抑制比为90 dB,共模抑制比为95 dB,压摆率为57.1 V/μs,跨导变化率仅为4.9%,满足了恒定跨导的要求。

基于运算放大器的超导纳米线单光子探测器低温直流耦合读出电路

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个宽带宽的低温直流耦合读出电路.本文报道了基于商用高速运算放大芯片OPA855搭建的SNSPD低温直流耦合放大读出电路,系统表征了该电路从室温300 K到低温4.2 K下的性能参数.通过提升OPA855的工作电压,解决了电路在低温下带宽损失的问题.进一步,将OPA855放大电路安装在40 K温区,使用其实现了SNSPD探测性能的实验评估.相对于常规室温交流耦合电路,SNSPD的最大计数率约提升了1.3倍.本研究可为OPA855芯片在高速SNSPD等低温领域提供相关参考信息.

课程思政下运算放大器的混合式教学探索

在理工科核心课程中开展课程思政教育是当前教育发展的新模式。运算放大器是电路理论分析课程中的一个多端元件,对于帮助理解受控源有着非常重要的意义,同时在工程中有着多种实际应用。借助混合式教学这一模式,将思政教育贯彻到运算放大器的教学中,在传授知识的同时培养学生的爱国情怀和敬业精神。

一种采用单运算跨阻放大器实现的模拟乘法器

针对广泛应用于核电子技术领域的模拟乘法器进行了研究,提出了一种采用单运算跨阻放大器实现的模拟乘法器。首先基于运算跨阻放大器的基本结构和输入输出关系,提出了基于单OTRA的基本乘法器电路。然后,为了消除OTRA的有限跨阻增益对乘法器的影响,提出了在直流偏置下叠加小信号的实现方案和基于MOS的乘法器结构,以实现对高频应用的补偿。还讨论了其作为平方器和振幅调制器的应用。最后通过PSPICE仿真验证了提出的理论设计,表明仿真结果与理论设计吻合得很好。

基于偏流补偿的低失调运算放大器的设计

基于双极型工艺,设计了一种具有低输入失调电压、低输入偏置电流的运算放大器。电路结构包含偏置电路、差分输入级电路、中间级电路和输出级电路。差分输入级电路采用共射-共基耦合对,能够降低失调电压,并且采用基极电流补偿结构抵消输入偏置电流在外围电路上所产生的影响,提高电路精度。中间级为整个电路提供增益,并且将双端输入信号转换为单端输出信号。输出级电路为AB类输出级,具有低静态功耗,能够提高电路效率,增大电路带负载能力并为负载提供更多功率。电路采用齐纳修调技术,在封装后对芯片进行修调,避免封装后引入的二次失调。流片后测试结果表明:在±15 V电源电压条件下,输入失调电压≤10μV,输入偏置电流≤3 nA,输入失调电流≤1.5 nA,大信号电压增益≥110 dB。

JFET构成的运算放大器输入过压保护电路设计

为弥补传统运算放大器输入过压保护电路中电阻加钳位二极管结构的缺陷,设计一种新型输入过压保护电路。电路采用中科渝芯4μm双极工艺完成设计,主要由结型场效应管器件JFET以及钳位二极管构成,利用JFET沟道夹断原理使过压电流最终趋于饱和,实现过压保护功能。采用对称性设计,使正负过压下饱和过压电流相等。经仿真实验,结果表明此款运算放大器的输入过压保护电路相较传统结构噪声更小,对过压电流具有更强的限制作用,具有一定的应用价值。

基于电阻补偿跨导放大器的忆阻电路

忆阻器具有独特的记忆特性和非线性特征,被广泛应用在非易失存储器、神经网络、非线性系统等领域。提出了一种集成忆阻电路,该电路采用运算跨导放大器和电容积分电路实现忆阻特性,其中运算跨导放大器采用补偿电阻提高带宽,实现扩展工作频率范围的目的。忆阻电路基于SMIC 180 nm CMOS工艺设计实现,采用0.9 V双供电电源,可完全集成于芯片中,最高工作频率可达到100 MHz,功耗仅为0.252 mW。

轨到轨运算放大器设计——创新电荷泵结构应用

主要探讨了创新的电荷泵轨到轨输入级和 AB 类输出结构的应用。文章首先对整体电路的功能特点进行了详细分析,解释了如何通过各个模块的协同工作实现高效率和高性能。这些模块包括带隙基准模块、振荡器模块、电荷泵模块、主运放模块。每个模块的实现方式和结构都进行了深入探讨,揭示了它们如何共同贡献于整体电路的高效运作。最后,文章通过电路仿真结果验证了所提出设计的有效性,展示了在不同条件下的性能指标,证实了这种设计在实际应用中的可行性和优势。

一种高增益带宽积高摆率运算跨导放大器

运算放大器(OTA)是模拟和混合信号集成电路中重要的构成模块,在各类电路中有着广泛的应用,人们希望运算放大器能以低电源电压运行的同时保持高增益带宽积,这就对运算放大器的性能提出了一定的要求,对此,基于折叠式共源共栅结构提出了一种高增益带宽积高摆率的运算跨导放大器。该OTA基于0.18μm CMOS工艺设计,电路主要包含自适应偏置电路、反馈回路、折叠式共源共栅运算放大器等模块,利用自适应偏置电路代替差分输入对的尾电流源,提升动态电流和增益带宽积,通过反馈回路进一步提升电路性能。利用Cadence软件对电路进行仿真,仿真结果表明,在其他指标变化不大的前提下,该运放的增益带宽积和摆率相较于传统的折叠式共源共栅结构分别约提升了9倍和10倍。

某型运算放大器失效机理研究

针对某系统调试过程中出现的某型运算放大器塑封固定后测试不合格问题,通过制定失效分析方案探究其失效机理。对失效样品进行电参数测试,发现输出电压异常,同时偏置电流、输入失调电压等参数超差,初步判定失效机理为静电损伤,随后进行I-V特性曲线测试和对比分析,确认第2路输入端口对正电源端口开路。通过X射线检测和颗粒碰撞噪声检测排查器件封装内部可能存在的缺陷及可动多余物,并将器件开封,观察内部结构和版图,发现Pin5处存在明显的击穿痕迹。以最大耐受值电压为起始电压,步进为100 V,对合格样品进行人体模型静电放电试验,验证了运算放大器因静电放电导致晶体管击穿烧毁的失效机理。

一种低压低噪声运算放大器的设计

阐述基于0.18μm COMS标准工艺设计一种新型低压低噪声运算该放大器电路。相比传统运算,该放大器采用双端输入、双端输出,采用改进型反馈式AB类输出级,有效降低放大器噪声与功耗。

一种高性能CMOS二级运算放大器的设计

基于0.18μm标准CMOS工艺设计了一款高性能的二级运算放大器,输入级采用pmos差分对输入的折叠式共源共栅结构,输出级采用共源级结构,两者级联实现双端输入单端输出;整个电路由带隙基准源提供稳定的偏置。在1.8V工作电压和0.9V共模电压下进行仿真,该运放静态功耗为1.37mW,开环直流增益为117.36dB,相位裕度为77.73°,单位增益带宽100.4MHz(负载电容2pF),压摆率为51.24V/μs,共模抑制比为109.41dB,负电源抑制比为123.58dB,版图面积为180μm×253.5μm。仿真结果表明本文设计的电路结构稳定,性能优越。

一种新型电流镜运算跨导放大器的设计

针对传统低压微功耗电流镜运算跨导放大器存在低增益和小摆率的缺陷,设计了一款新型电流镜运算跨导放大器。在不影响电路的静态功耗和稳定性的基础上,该运算跨导放大器采用增益提高(gain-boosting,GB)结构,增大了电路的小信号增益;引入开关型摆率增强(switched slew-rate enhancement,SSRE)结构,提高了电路的大信号摆率。基于UMC 0.11μm标准CMOS工艺进行电路设计和仿真。仿真结果表明:在1.2 V电源电压和10 pF负载电容下,与传统电流镜运算跨导放大器相比,设计的新型电流镜运算跨导放大器的增益提高了47 dB,正摆率提高了11.2倍,负摆率提高了12.4倍。

一款基于电荷泵高压内电源的恒定跨导轨到轨运算放大器

设计了一款基于电荷泵高压内电源的恒定跨导轨到轨运算放大器.输入级采用PMOS差分对结构,通过电荷泵产生高于电源电压的输入级内电源,使运放在轨到轨输入范围能正常工作并保持输入跨导恒定.电荷泵电路所需的时钟信号通过内部振荡器电路产生,再通过电压自举电路和时序电路产生所需电平的非交叠开关控制信号,最后利用时间交织结构输出连续稳定的高压内电源.在电荷泵实现中还采用了辅助开关结合跟随运放的结构降低了主开关在切换时的毛刺.该运放在折叠式共源共栅结构中使用增益自举结构提高了总体增益,输出级采用class AB类输出结构实现轨到轨输出.该运算放大器基于0.5μm CMOS工艺完成电路与版图设计,仿真结果表明,在5 V电源电压下,直流增益为150.76 dB,单位增益带宽为53.407 MHz,相位裕度为96.1°,输入级跨导在轨到轨输入共模范围内的变化率为0.00125%.

一种高增益、高带宽全差分运算放大器的设计

采用增益提升(Gain-boosting)技术,使用2个三输入管的折叠式共源共栅运算放大器(运放)作为辅助运放,设计了一种宽输入共模范围的高增益、高带宽的全差分运算放大器。主运放输入部分由一对NMOS管和一对PMOS管共同构成,其输入跨导提高至由单MOS管构成的运放输入跨导的2倍。主运放输入跨导的提高间接提升了主运放的增益和带宽。而辅助运放在不改变主运放带宽的同时,通过降低主运放的主极点增大输出阻抗,再次提升主运放的增益,达到了高增益、高带宽的目的。该运算放大器采用商用55 nm CMOS工艺设计,经仿真可得,当负载电容为5 pF时,运放低频增益为115 dB,增益带宽积为209 MHz,总功耗为2.8 mW。

带运算放大器的热敏电阻电桥电路分析与设计

热敏电阻是一种新型的半导体测温元件[1]。热敏电阻应用于温度检测灵敏度高且具有结构简单、电阻率小、适用于动态测量等突出优点,但由于热敏电阻存在其固有的热电非线性,严重影响着温度测量范围的扩大和温度测量精度[2]。NTC热敏电阻的非线性非常严重,因此在实际应用中对NTC热敏电阻的非线性处理就非常关键。本设计应用数学建模的方法,通过对接口电路参数的分析计算,推导出最佳的线性化补偿方法。

一种低失调CMOS轨到轨运算放大器研究

基于CMOS工艺设计了一款轨到轨运算放大器,整体电路包括偏置电路、输入级、输出级以及ESD保护电路。电路中的输入级使用了一种全新的架构,通过一对耗尽型NMOS管作为输入管,实现轨到轨输入,同时在输入级采用了共源共栅结构,能够提供较高的共模输入范围和增益;在输出级,为了得到满摆幅输出而采用了AB类输出级;同时ESD保护电路采用传统的GGMOS电路,耐压大于2 kV。经过仿真后可知,电路的输入偏置电流为150 fA,在负载为100 kΩ的情况下,输出最高和最低电压可达距电源轨和地轨的20 mV范围内,当电源电压为5 V时能获得80 dB的CMRR和120 dB的增益,相位裕度约为50°,单位增益带宽约为1.5 MHz。

一种恒跨导高增益轨到轨运算放大器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种新颖的恒跨导高增益轨到轨运算放大器。输入级仅由NMOS管差分对构成,采用电平移位及两路复用选择器控制技术,在轨到轨共模输入范围内实现了输入级恒跨导。中间级采用折叠式共源共栅放大器结构,运算放大器能获得高增益。输出级采用前馈型AB类推挽放大器,实现轨到轨全摆幅输出。利用密勒补偿技术进行频率补偿,运算放大器工作稳定。仿真结果表明,在1.8V电源电压下,该运算放大器的直流开环增益为129.3dB,单位增益带宽为7.22MHz,相位裕度为60.1°,整个轨到轨共模输入范围内跨导的变化率为1.44%。

一种低电压CMOS折叠-共源共栅跨导运算放大器的设计

设计了一种全差分折叠共源共栅跨导运算放大器,并将其应用于80MHz开关电容带通ΔΣA/D转换器中。该跨导运算放大器采用0.35μmCMOSN阱工艺实现,工作于2.5V电源电压。模拟结果表明,该电路的动态范围为80dB、直流增益63.4dB、单位增益带宽424MHz;在最大输出摆幅、建立精度为0.1%时,建立时间为7.5ns,而功耗仅为7.5mW。

高性能Rail-to-Rail恒定跨导CMOS运算放大器

基于UMC的0.6μm BCD 2P2M工艺,探讨了一种高性能Rail-to-Rail恒定跨导CMOS运算放大器.该运算放大器的输入级采用互补差分对,其尾电流由共模输入信号来控制,以此来保证输入级的总跨导在整个共模范围内保持恒定.输出级采用ClassAB类控制电路,并且将其嵌入到求和电路中,以此减少控制电路电流源引起的噪声和失调.为了优化运算放大器低频增益、频率补偿、功耗及谐波失真,求和电路采用了浮动电流源来偏置.该运算放大器采用米勒补偿实现了18MHz的带宽,低频增益约为110dB,Rail-to-Rail引起的跨导变化约为15%,功耗约为10mW.