THE DESIGN OF BALANCED AMPLIFIER BASED ON COMMON-MODE FEEDBACK

The balanced operational amplifier including its merits and designing methods is discussed by comparing its performance to a conventional differential output amplifier when used in a single balanced stage. A balanced OTA circuit design is also presented.

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。

一种低噪声C类LC压控振荡器的设计

为了改善压控振荡器相位噪声,基于40 nm CMOS工艺,设计一种低噪声C类LC压控振荡器。交叉耦合NMOS对管通过电流镜偏置作为电路的电流源,并采用共模反馈偏置电路使交叉耦合PMOS对管工作在饱和区,保证LC压控振荡器实现C类振荡。通过差分可变电容的设计,压控振荡器的增益减小,压控振荡器的相位噪声得到改善。设计了4组开关电容进行调节,增大压控振荡器的调谐范围。仿真结果表明,处于1.2 V的电压下,压控振荡器振荡频率范围在4.14~5.7 GHz,频率调谐范围变化率达到31.2%,相位噪声为-112.8 dBc/Hz。

一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器

针对传统全差分运算放大器电路存在输入输出摆幅小和共模抑制比低的问题,提出了一种高共模抑制比轨到轨全差分运算放大器电路。电路的输入级采用基于电流补偿技术的互补差分输入对,实现较大的输入信号摆幅;中间级采用折叠式共源共栅结构,获得较大的增益和输出摆幅;输出级采用共模反馈环路控制的A类输出结构,同时对共模反馈环路进行密勒补偿,提高电路的共模抑制比和环路稳定性。提出的全差分运算放大器电路基于中芯国际(SMIC)0.13μm CMOS工艺设计,结果表明,该电路在3.3 V供电电压下,负载电容为5 pF时,可实现轨到轨的输入输出信号摆幅;当输入共模电平为1.65 V时,直流增益为108.9 dB,相位裕度为77.5°,单位增益带宽为12.71 MHz;共模反馈环路增益为97.7 dB,相位裕度为71.3°;共模抑制比为237.7 dB,电源抑制比为209.6 dB,等效输入参考噪声为37.9 nV/Hz^(1/2)@100 kHz。

恒跨导轨对轨带有连续时间共模反馈的FDA设计

提出了一种恒跨导输入输出轨对轨带有连续时间共模反馈的全差分运算放大器。输入级互补差分对采用交叉导通实现输入总跨导在整个共模输入范围内保持恒定;中间级采用折叠共源共栅结构实现高增益和满摆幅。同时设计了一种连续时间共模反馈电路搭配A类输出结构,使FDA能够在大摆幅和高阻抗的系统下工作。基于SMIC 0.18μm工艺对设计的FDA进行仿真验证与版图绘制,该电路在电源电压3.3 V,负载电容5 pF时,直流增益92.2 dB,单位增益带宽5.55 MHz,输入输出轨到轨范围接近100%,输入级跨导变化率仅4.53%,建立时间分别为218和195.7 ns,其对应的压摆率分别为15和16.7 V/μs。

一种低功耗高性能AB类运算放大器的设计

为了解决传统运算放大器在物联网系统等低功耗应用中转换速率较低和增益带宽积较小的问题,设计了一种新型的AB类运算放大器。提出了基于差分对管的电流复用技术,将输入晶体管产生的差分电流再次利用,提高了电路的输出电流,获得了更高的转换速率、增益带宽积和直流增益。此外,结合了基于自适应偏置电路的AB类输入级和局部共模反馈电路,使得运算放大器输出级的动态电流摆脱了静态电流的限制,以较小的静态电流获得了较大的动态电流,进一步提升了电路的关键性能参数。基于180 nm CMOS工艺,对运算放大器进行设计和验证。仿真结果表明:在70 pF的负载电容下,正负转换速率分别为23.55 V/μs和-31.47 V/μs,增益带宽积为2.38 MHz,直流增益为63 dB,静态功耗仅为23μW。与传统的AB类运算放大器相比,所提出的电路在实现低功耗的同时具有更高的转换速率、增益带宽积和直流增益,适用于模数转换器和电源管理等低功耗电路系统。

一种增益可调的集成运算放大器设计

基于东部高科0.18μm的CMOS工艺设计一种可通过增益控制开关调节输出波形放大倍数的集成电路。设计采用全差分信号输入的方式以提高共模抑制比,以全差分方式输出信号便于后续电路进一步处理。在运算放大器输出端使用无源电阻元件形成负反馈网络,通过数字信号开关控制接入该网络的电阻大小,和运算放大器前级输入电阻一起形成不同的增益放大网络,得到需要的放大倍数。电路经仿真实验验证可应用于触觉驱动传感器芯片,为用户提供更为良好的触觉体验。

一种采用增益增强方法的CMOS全差分运算放大器

设计了一种全差分、增益增强CMOS运算放大器。该放大器由三个折叠式共源共栅运算 放大器组成,可用于12位40 MHz采样频率的流水线A／D转换器。详细分析了折叠式共源共栅运 算放大器中由增加增益增强电路产生的零极点对。该放大器在0.35μm CMOS工艺中开环增益为 112 dB,单位增益带宽为494 MHz。

高性能全差分运算放大器设计

为了得到更高的增益和更好的稳定性,采用两级放大结构和两种共模反馈环路,设计了一种基于0.18μm CMOS工艺的高性能两级全差分运算放大器。仿真结果表明,设计的运放在1.8V电源电压和5pF负载下,直流增益为97.12dB,单位增益带宽为756MHz,共模抑制比为323.24dB,相位裕度为46°。该运放可以运用于低压电路、高精度A/D转换器等。

一种适用于D类音频功放的全差分运算放大器

介绍了一种应用于超低EMI无滤波D类音频功放的全差分运算放大器结构,可构成积分器,起滤除高次谐波的作用。该运算放大器采用两级结构来获得高增益,第一级为折叠共源共栅,偏置电路采用反馈结构,给整个运算放大器提供偏置电流,从而提高电路的电源抑制比;采用伪AB类输出级提高运放的瞬态响应,稳定运放输出。仿真结果表明,该电路具有良好的性能:增益为113dB,相位裕度为67°;单位增益带宽为1.9MHz,共模抑制比为160dB,电源抑制比为82.7dB;共模反馈环路增益为120dB,相位裕度为62°。

一种增益增强型套筒式运算放大器的设计

设计了一种用于高速ADC中的全差分套筒式运算放大器。从ADC的应用指标出发,确定了设计目标,利用开关电容共模反馈、增益增强等技术实现了一个可用于12bit精度、100MHz采样频率的高速流水线(Pipelined)ADC中的运算放大器。基于SMIC0.13μm,3.3V工艺,Spectre仿真结果表明,该运放可以达到105.8dB的增益,单位增益带宽达到983.6MHz,而功耗仅为26.2mW。运放在4ns的时间内可以达到0.01%的建立精度,满足系统设计要求。

一种高速LVDS驱动电路的设计

介绍了一种采用0.18μm CMOS工艺制作的高速(500 MHz)LVDS驱动电路。分析了开关时序和共模反馈对电路的影响,采用开关控制信号整形电路和基于"主-从"结构的共模设置电路,得到适当的开关时序和较好的共模电平设置,使LVDS输出电路具有更小的过冲电压和更稳定的共模电平。该LVDS驱动电路用于1 GHz 14位高速D/A转换器芯片。样品电路测试结果表明,输出速率在500 MHz时,LVDS驱动电路的指标满足IEEE-1596 reduced range link标准。

超过100dB SFDR的1.2V 14位20M采样保持放大器

设计了适用于14位20M流水线型模数转换器的采样保持电路.该电路采用了伪差分嵌套增益增强CMOS运算放大器,该运放的增益在各个corner及温度下都高于130dB,从而保证了采样保持电路的精度.在TSMC 0.13μm CMOS工艺下,仿真结果显示,该采样保持电路能够达到高于100dB的SFDR,完全满足14位的精度要求.

全差分可调频率四阶Chebyshev滤波器的实现

提出了一种新的全差分运算放大器,该运算放大器在具有电压共模负反馈的同时还具有电流共模负反馈,能较好地稳定其工作点。通过利用MOS管工作在线性区便能作可变电阻之用的特性,设计实现了基于R-MOSFET-C运放的全差分频率连续调节的四阶Chebyshev低通滤波器。该滤波器采用台湾联电(UMC)2层多晶硅、2层金属(2P2M)5V电源电压、0.5μm CMOS工艺生产制造。其芯片面积大小为0.36mm^2,截止频率调节范围为20kHz到420kHz,输入信号频率在100kHz,2.5Vpp时的失真小于-65dB,功耗仅为16mW。

基于0.5μm CMOS工艺的高速运放

设计了高单位增益带宽积、大摆率、宽输出摆幅的运算放大器,该运算放采用了两级全差动结构.设计采用增加1个前馈放大级电路,以此产生1个左半平面零点并与第一个次极点相抵消的频率补偿方案,达到了环路稳定的要求.另外,提出一种新颖的共模反馈(CMFB)方案,使共模抑制比达到62dB,电路采用CSMC公司的0.5μm CMOS数模混合信号工艺设计并经过流片.测试结果表明,在单电源3.3 V电压下,运放的直流增益为65.5 dB,单位增益带宽积达350 MHz以及±2.7 V的输出摆幅.

无共模反馈电路的低功耗可变增益放大器

设计了一种低功耗高动态范围数字控制的可变增益放大器。提出了一种新的稳定输出共模电平的方法,在负载电阻切换的同时改变流过电阻中的电流来保持电阻上的电压降不变,从而稳定输出共模电平。该方法无需额外的共模反馈电路,降低了功耗。同时采用级间电容耦合结构解决了直流失调问题,不需要直流失调校准电路。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺进行了电路设计和仿真。仿真结果表明,该可变增益放大器消耗的平均电流为504.7?A,?3 dB带宽大于1.16 MHz,动态范围达到了81 dB,变化步长为3 dB,增益误差小于±0.65 dB。

采用新型低成本共模反馈电路的全差分运放设计

设计应用于流水线型ADC的全差分运算放大器.运放中共模反馈电路采用调节反馈深度和共用差分信号通路的新型结构来实现,用简单的结构实现了高环路增益,通过降低反馈系数的方法防止电路产生自激振荡,避免了因引用补偿电容带来的高成本和高设计难度.放大器采用两级折叠共源共栅结构并进行频率补偿,输出级采用推挽式AB类结构.设计的全差分运算放大器基于中芯国际(SMIC)0.35μm工艺.后仿结果表明,放大器直流增益为100dB,负载为3pF时单位增益带宽为359MHz,相位裕度为68°,建立时间为12.3ns,满足ADC所要求的性能指标,适用于高精度流水线型ADC中的级间增益电路和采样保持电路.

一种用于流水线A/D转换器的低功耗采样/保持电路

文章介绍了一种适用于10位20 MS/s流水线A/D转换器的采样/保持(S/H)电路。该电路为开关电容结构,以0.6μm DPDM CMOS工艺实现。采用差分信号输入结构,降低对共模噪声的敏感度,共模反馈电路的设计稳定了共模输出,以达到高精度。该S/H电路采用低功耗运算跨导放大器(OTA),在5 V电源电压下,功耗仅为5 mW。基于该S/H电路的流水线A/D转换器在20 MHz采样率下,信噪比(SNR)为58dB,功耗为49mW。

一种具有极低THD值的差分运放的设计

为了减小运算放大器由于自身及外界原因存在失调导致输出波形的THD值较大的状况,文中首先介绍了全差分运算放大器的基本架构,并在此基础上采用一种新颖的选通输入方式及简单的共模反馈电路设计了一款高增益,低THD值的全差分运放.经计算且在TSMC0.6μmBCD工艺上,用Cadence、Hspice等EDA软件对设计电路进行仿真,各项指标均符合设计要求,输出波形的THD值仅为0.385%.目前该电路已成功应用在一款D类音频功率放大芯片中.

流水线模数转换器中的宽带电流型运算放大器

针对高清视频信号处理对动态范围大,运算速度快的模数转换器(ADC)的要求,提出了一种流水线宽带电流型运算放大器。该运算放大器的主放大器采用套筒式增益提高结构,辅助运算放大器用电流型放大器替代。采用电流共模反馈电路调节主运算放大器的支路电流以稳定输出共模电平;采用TSMC 0.18μm CMOS工艺设计电路。实验结果显示:辅助运算放大器采用源极输入,减小了信号主通路上的寄生电容,提高了整个运算放大器的电路速度。运算放大器的增益为83.19dB,相位裕度为61.6°,单位增益带宽为1.6GHz,功耗为9.3mW;在满幅度阶跃输入的情况下,输出建立时间小于1.83ns。将该运算放大器用于高清视频信号的流水线ADC中,实现了170MS/s,10bit精度的模数转换。同传统的电压型运算放大器相比,该运算放大器响应速度更快,功耗更低,可满足处理视频信号的要求。