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高增益高速运算放大器的研究与改进

作　者: 尹璐
导　师: 刘政林
学　校: 华中科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 高增益高速运算放大器正反馈增益增加负载补偿动态偏置稳定性
分类号: TN722.77
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

运算放大器是模拟电路的最重要的模块之一,是所有线性电路中最重要的基本单元电路。它广泛地用于诸如功率放大器、定时器、稳压器、高灵敏度测量电路等场合。有些模拟和混合信号系统中电路一些重要性能由运放的速度和精度所限制。例如:开关电容滤波器、系统A/D转换器、采样保持电路、流水线A/D转换器等电路。在这些电路中运放的建立时间要求很精确,还要达到一定的速度。这些因素决定了高增益、高速,是这些模拟和混合信号系统中运算放大器的两个最重要的特性。论文主要研究如何提高运算放大器增益和速度,并在此基础上设计了一种高速高增益CMOS运算放大器。本文首先比较了提高放大器增益传统技术的优缺点,继而引出了正反馈运算放大器。接下来分析了正反馈运算放大器开环极点的边界条件,并以此作为理论基础,利用正反馈负电导增益增加技术设计运算放大器。在设计过程中还利用负载补偿技术改善放大器的增益带宽,以及动态偏置技术改善放大器的转换速率。该运算放大器基于0.6μmBiCMOS工艺。本文最后对设计的运算放大器进行仿真验证,通过Hspice仿真表明:该放大器在单电源3.3V供电时,可以达到70dB左右的增益,静态功耗只有0.01mW,建立时间100ns左右,正/负转换速率分别为20.5 V/μS和43V/μS。各项技术指标满足设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 运算放大器简介  9-10
  1.2 运算放大器的发展趋势  10-12
    1.2.1 高增益放大器  10-12
    1.2.2 高速放大器  12
  1.3 论文结构和主要内容  12-14
2 提高放大器增益的传统技术  14-21
  2.1 共源共栅放大器  14-16
  2.2 级联放大器  16-18
  2.3 增益提高放大器  18-20
  2.4 本章小结  20-21
3 正反馈增加增益技术的放大器  21-32
  3.1 正反馈技术增加放大器增益  21-23
    3.1.1 正反馈负电导技术基本原理  21-22
    3.1.2 现有电路分析  22-23
  3.2 正反馈增益增加运算放大器开环极点边界条件  23-29
  3.3 亚稳态分析  29-31
    3.3.1 开环直流传输函数  29-30
    3.3.2 开环放大器的亚稳态  30
    3.3.3 闭环放大器的亚稳态  30-31
  3.4 本章小结  31-32
4 高速放大器  32-36
  4.1 负载补偿  32-34
  4.2 动态偏置技术  34-35
  4.3 本章小结  35-36
5 运算放大器的设计  36-59
  5.1 运算放大器的设计参数  36-37
  5.2 高增益运算放大器设计思路  37-45
    5.2.1 使用负电导增益提高技术产生的问题  38-39
    5.2.2 负电导增益提高放大器的设计思路  39-43
    5.2.3 直流增益的敏感度  43-45
  5.3 放大器的设计  45-58
    5.3.1 放大器设计目标  45
    5.3.2 高增益放大器的结构  45
    5.3.3 晶体管级设计  45-58
  5.4 本章小结  58-59
6 运算放大器仿真  59-68
  6.1 运放的直流特性仿真  59-61
  6.2 运放的交流特性仿真  61-64
  6.3 运放的瞬态仿真  64-66
  6.4 电路功耗仿真  66-67
  6.5 本章小结  67-68
7 结论与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文  73

高增益高速运算放大器的研究与改进

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