高速響應高增益低功耗的OTA設計及其應用.pdf

1、運算放大器廣泛應用于SoC電路系統(tǒng)，是數(shù)?；旌舷到y(tǒng)中基礎IP電路之一。有些模擬和數(shù)模混合系統(tǒng)中電路的一些重要性能由運放的速度與精度所決定，并且系統(tǒng)電路的功能擴展與提高只有在低功耗的約束條件下才具有更現(xiàn)實的意義。然而運放速度或動態(tài)特性的提高通常是以大電流驅動為代價，低功耗與高速高精度的相互制約顯著增加了運放電路設計難度。因此，本論文研究核心內(nèi)容是針對運放功耗與速度之間的矛盾，運用了新的瞬態(tài)響應提高與增益提高的方法及其電路實現(xiàn)，徹底解決了運

2、放電路內(nèi)在固有局限約束，實現(xiàn)運放電路性能的全面改善和提高。
　　 瞬態(tài)響應特性是運放電路設計的重要指標之一。論文從傳統(tǒng)單級運算跨導放大器入手，詳細分析了運放電路關鍵性能指標，重點闡述了傳統(tǒng)運算跨導放大器(OTA)功耗與速度難以調(diào)和的缺點。在傳統(tǒng)OTA電路結構的基礎上，運用了三種運放電路性能提高結構，即實現(xiàn)增益倍增和帶寬提高，以確保高精度控制和小信號高速線性處理的交叉耦合對結構；實現(xiàn)大信號下壓擺率倍增的模式可配置線性-非線性電流鏡

3、結構；寬動態(tài)范圍的FVF動態(tài)自適應差分輸入結構。提出了基于模式可配置控制的OTA電路。最后，為驗證所提出的OTA性能改善效果，將模式可配置OTA電路做為誤差放大器應用在低壓差線性穩(wěn)壓器LDO系統(tǒng)中，實現(xiàn)了LDO電路瞬態(tài)性能的明顯提升。
　　 基于Cadence Spectre以及HSPICE仿真工具，并采用CSMC0.18μm標準CMOS工藝庫，對本文的運放性能提高方法及其電路結構進行驗證，完成電路晶體管級設計、前仿、物理版圖設

4、計、后仿和流片測試。前仿結果表明，在29μA靜態(tài)電流、30pF負載電容和3.3V電源電壓的條件下，基于模式可配置控制的OTA電路低頻增益提高到71.3dB，單位增益帶寬達到6.5MHz，大信號下的正向壓擺率達到+12.5V/μs，反向壓擺率達到-12.8V/μs；基于動態(tài)自適應控制的OTA電路低頻增益提高到65.5dB，單位增益帶寬達到3.1MHz，大信號下的正向壓擺率達到+68.6V/μs，反向壓擺率達到-62.5V/μs。相比同等條