恒跨導(dǎo)軌到軌運算放大器設(shè)計與仿真【摘要】如今，電子產(chǎn)品朝著小型化、便攜式化的趨勢不斷演變，集成電路的尺寸正在不斷縮小，同時集成度也在不斷提高。同時，為了降低功耗，這一發(fā)展趨勢帶來了運放工作電壓的降低以及共模輸入范圍的縮小的挑戰(zhàn)，因此，軌到軌輸入/輸出運放的研究成為了必不可少的領(lǐng)域。在低電壓系統(tǒng)中，軌到軌運放的廣泛應(yīng)用包括便攜設(shè)備、通信設(shè)備以及各類傳感器等領(lǐng)域，這種趨勢為電子產(chǎn)品的設(shè)計提供了更多可能性。本文設(shè)計了一款采用CMOS工藝的軌到軌運算放大器，主要結(jié)構(gòu)分為三部分。第一部分采用并聯(lián)互補型差分對結(jié)構(gòu)，配合電平轉(zhuǎn)移器電路實現(xiàn)輸入級的恒跨導(dǎo)和軌到軌輸入；第二部分采用了折疊式共源共柵電路，使得運放能夠獲得較高的增益；第三部分采用AB類輸出級，使得運放能夠?qū)崿F(xiàn)輸出的軌到軌。本文借助Cadence軟件進(jìn)行仿真，運放采用±1.2V的電源電壓，輸入級跨導(dǎo)變化率為8.1%，輸入共模電壓范圍為-1.14~1.15V，輸出電壓范圍為-1.17~1.15V，開環(huán)電壓增益為90.1dB，相位裕度為62.8°。表明該運放能夠正常工作，并且能夠滿足軌到軌輸入/輸出的要求，具備良好的性能和穩(wěn)定性?！娟P(guān)鍵詞】運算放大器；CMOS；軌到軌；恒跨導(dǎo)引言研究背景及意義近年來，由于半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展，集成電路已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、人工智能和便攜設(shè)備等產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)信息化、智能化的基礎(chǔ)。目前，數(shù)字電路已經(jīng)獲得了更多的市場追捧，但是隨著系統(tǒng)的性能要求不斷提高，所面臨的使用場景愈發(fā)地復(fù)雜，人們發(fā)現(xiàn)，模擬電路在集成電路中的地位至關(guān)重要，而運算放大器則是其中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵器件。無論是模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（DAC）、電源系統(tǒng)還是高速接口電路等，運算放大器都在其中必不可少。進(jìn)入21世紀(jì)以來，集成電路芯片的集成度不斷提高，為了降低功耗，集成電路設(shè)計中往往會降低電源電壓。這種做法雖然有效降低了功耗，但也帶來了一些問題，其中之一就是降低了運放的信噪比，從而影響了放大器的精度和性能。在這種背景下，傳統(tǒng)的運放設(shè)計難以滿足性能要求，因此軌到軌運算放大器的設(shè)計成為了當(dāng)前研究的熱點[1]。軌到軌運算放大器設(shè)計的目的是在低電壓情況下仍保持高性能，它能夠在接近供電電壓時仍提供良好的輸入和輸出范圍，從而保證放大器的靈活性和穩(wěn)定性。軌到軌的設(shè)計不僅在功耗方面具有優(yōu)勢，同時也能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對性能和精度的要求，特別是在移動設(shè)備、通信系統(tǒng)和傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用中，軌到軌運算放大器發(fā)揮著越來越重要的作用。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1941年，世界上首個由真空管設(shè)計的運算放大器問世，然而，盡管其標(biāo)志著集成電路領(lǐng)域的重要進(jìn)展，但早期的晶體管技術(shù)尚未成熟，放大器由真空電子管搭建，其成本高昂、體積龐大等問題限制了其應(yīng)用范圍。直到20世紀(jì)60年代，單片電路技術(shù)的飛速發(fā)展和分立式晶體管的發(fā)明使得運放芯片的設(shè)計和生產(chǎn)成本大大降低。第一個大眾認(rèn)可且應(yīng)用普遍的運算放大器是μA709，這一代的運放具備了中等精度的性能，為模擬集成電路的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。而μA741的問世標(biāo)志著運算放大器設(shè)計的轉(zhuǎn)折點和經(jīng)典結(jié)構(gòu)的確立。作為第一款采用BJT工藝的集成運算放大器，μA741引入了多級耦合、有源負(fù)載等設(shè)計，大幅提高了增益，同時增加了補償電容以抑制自激振蕩[2]，使得運算放大器能夠更廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。第三代運算放大器的設(shè)計引入了補償電路和保護(hù)電路，并使用超β晶體管以提高電流放大能力。同時，隨著場效應(yīng)晶體管(MOSFET)被提出并應(yīng)用到電子領(lǐng)域，越來越多的公司重視并研發(fā)生產(chǎn)CMOS工藝的運放，推動了模擬集成電路產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展，集成電路芯片的集成度不斷提高，為了獲得更低的功耗，在很多模擬集成電路設(shè)計中會刻意降低運放供電電壓，盡管這可以降低功耗，但同時也會引發(fā)一系列問題，包括運算放大器信噪比和精度的下降等。因此，針對在低電壓下工作的需求，軌到軌運算放大器成為了國內(nèi)外研究的熱門課題。國外模擬電路設(shè)計公司的運算放大器產(chǎn)品在全球市場上扮演著重要角色。以兩個代表性的公司：亞德諾半導(dǎo)體公司和德州儀器公司為例，其運放產(chǎn)品在各個應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用。亞德諾半導(dǎo)體公司在運算放大器領(lǐng)域擁有著令人矚目的產(chǎn)品線，其中的ADA4098就是一個典型例子。該產(chǎn)品具有超寬的VS-0.1V~VS+70V的共模輸入范圍和小于30μV的低失調(diào)電壓。德州儀器公司的OPAx392系列運放器同樣備受推崇。這一系列產(chǎn)品包括OPA392、OPA2392和OPA4392等型號，具有超低的失調(diào)電壓、極低的輸入偏置電流和低噪聲等優(yōu)秀性能[3]。同樣，國內(nèi)對于軌到軌集成運算放大器的研究也一直在推進(jìn)，但是相較于其他國家，國內(nèi)在這方面的技術(shù)積累和研究基礎(chǔ)相對較薄弱，尚未形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。對運算放大器的研究目前主要集中在各大高校和科研院所，一些公司也開始研發(fā)商用產(chǎn)品，比如圣邦微電子公司的SGM8250運算放大器。盡管如此，與國外產(chǎn)品相比，在性能上仍存在一定差距。國內(nèi)在軌到軌運算放大器設(shè)計領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)和問題，同時也暗示了這一領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿蜋C遇。運算放大器設(shè)計基礎(chǔ)運算放大器的基本結(jié)構(gòu)和一般設(shè)計方法運算放大器的基本結(jié)構(gòu)運算放大器一般有正向端、反向端兩個輸入引腳和一個輸出引腳，其基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個部分：輸入級負(fù)責(zé)接收輸入信號并將其傳遞給后續(xù)的放大級，一般是采用差分放大電路接收雙端輸入的差分信號。輸入級的設(shè)計對于整個運算放大器的性能至關(guān)重要，它需要具備高輸入阻抗和低輸入偏置電流和高共模抑制比等。增益級的主要任務(wù)是放大輸入信號，提高放大能力。為了保證放大器具有良好的線性特性，提高整體的穩(wěn)定性和性能，放大器還需引入一些補償電路。偏置電路不僅提供靜態(tài)工作點，還影響著整個電路的溫度穩(wěn)定性和電壓特性，必須具有良好的溫度穩(wěn)定性，以確保電路在不同溫度下仍能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在設(shè)計偏置電路時，還需要考慮其在不同電壓下的表現(xiàn)，并且采取相應(yīng)的措施來優(yōu)化電路性能。輸出級負(fù)責(zé)將放大器放大后的信號輸出到外部電路或負(fù)載中。根據(jù)輸出級的晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，輸出級可以分為A類、B類和AB類。輸出級電路的設(shè)計需要考慮輸出阻抗、輸出功率和輸出范圍等因素，以確保運算放大器能夠有效地驅(qū)動負(fù)載并輸出符合要求的信號。運算放大器的一般設(shè)計方法運算放大器的一般設(shè)計流程如圖2-1所示，第一步是定義和設(shè)計功能，需要明確定義運算放大器的功能和性能目標(biāo)，并根據(jù)需求選擇合適的器件和電路結(jié)構(gòu)。第二步是對所設(shè)計的電路進(jìn)行模塊的分析與設(shè)計，通常，這一步需要進(jìn)行手工計算電路參數(shù)。隨后利用仿真工具進(jìn)行仿真電路性能，如果發(fā)現(xiàn)性能不達(dá)標(biāo)，設(shè)計者將進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化。完成版圖設(shè)計后，需要提取寄生參數(shù)進(jìn)行后仿真來優(yōu)化電路。最后，流片完成后，對裸芯進(jìn)行測試和驗證，通過測試則進(jìn)行封裝，最終形成運算放大器產(chǎn)品。圖2-1運算放大器的一般設(shè)計流程在以上流程中，關(guān)于運算放大器電路設(shè)計的關(guān)鍵步驟包括決定電路結(jié)構(gòu)類型和設(shè)計管子尺寸等。決定合適結(jié)構(gòu)運算放大器的設(shè)計可以采用單級、兩級或多級結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)的選擇取決于性能指標(biāo)和應(yīng)用需求。單級結(jié)構(gòu)簡單且易于實現(xiàn)，輸入差分對決定了跨導(dǎo)和輸出阻抗，隨著工作電壓降低，增益和輸出擺幅受限，這可能會限制其在低電壓應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。對于兩級運放，運放的增益和擺幅可以分別在第一級和第二級電路中進(jìn)行處理，從而解決了單級結(jié)構(gòu)的局限性。多級運算放大器可以通過增加級數(shù)來獲得很高的增益，但相應(yīng)的會引入更多的噪聲、信號更易失真以及功耗更大，并且容易產(chǎn)生自激振蕩等問題，因此在設(shè)計過程中需要仔細(xì)考慮其影響。除了級數(shù)結(jié)構(gòu)，在設(shè)計過程中，可能還需要改進(jìn)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或?qū)ふ移渌椒ㄒ詽M足性能要求。綜合考慮性能、成本和穩(wěn)定性等因素，設(shè)計者需要權(quán)衡各種選擇，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改進(jìn)，以確保設(shè)計的運算放大器能夠在實際應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期的性能水平。設(shè)計管子尺寸對電路的管子尺寸進(jìn)行設(shè)計時，一般都是先通過近似公式來進(jìn)行手工計算。盡管手工計算可能受到近似計算的誤導(dǎo)，但它仍然是必不可少的，因為它可以在整個任務(wù)的20%時間內(nèi)完成80%的工作[4]。通過手工計算，設(shè)計者可以快速確定初始設(shè)計參數(shù)，并在仿真過程中進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，以確保設(shè)計的性能滿足要求。設(shè)計過程中，運算放大器的各個參數(shù)相互牽制。根據(jù)畢查德·拉扎維提出的八邊形法則，優(yōu)化一個參數(shù)往往會犧牲其他性能[5]。因此，設(shè)計是一個多維優(yōu)化問題，需要綜合考慮應(yīng)用產(chǎn)品對壓擺率、擺幅、噪聲和失調(diào)等參數(shù)的需求，進(jìn)行折中考慮。圖2-2模擬電路設(shè)計八邊形法則運算放大器的主要指標(biāo)集成運算放大器的主要指標(biāo)，可以分為大信號直流參數(shù)和小信號參數(shù)。其中大信號直流參數(shù)描述了運放在處理大信號輸入時的性能，包含共模輸入電壓、共模輸出電壓、靜態(tài)功耗和壓擺率等；小信號參數(shù)描述了運放在處理小信號輸入時的性能，包含跨導(dǎo)、幅頻相頻特性、共模抑制比和電源抑制比等。共模輸入范圍共模輸入范圍是指運算放大器能夠穩(wěn)定工作的范圍，超出這個范圍可能導(dǎo)致非線性失真。輸出電壓擺幅輸出電壓擺幅是指運算放大器能夠輸出的最大不失真電壓的范圍。幅頻特性幅頻特性描述了放大器的增益與頻率相關(guān)的變化關(guān)系。放大器的低頻增益一般較高，隨著頻率的增加，在高頻下，放大器的內(nèi)部電容、電感等元件的影響變得顯著，使得增益逐漸下降，這種頻率相關(guān)的增益變化稱為幅頻特性。相位裕度（PhaseMargin）相位裕度是指用來評估運算放大器穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，其定義為在幅頻特性曲線上，當(dāng)環(huán)路增益為0dB（單位增益）時，對應(yīng)的相位與180°的差值。也就是說，相位裕度表示了系統(tǒng)在單位增益處的相位延遲。穩(wěn)定的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有足夠的相位裕度，以避免產(chǎn)生振蕩或不穩(wěn)定的響應(yīng)。最低相位裕度的推薦值通常為45°，最佳值則在60°左右。相位裕度過小會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，可能引起振蕩。相位裕度過大會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)時間延長。共模抑制比共模抑制比用來表示運放抑制共模信號的能力，對于雙端輸入、單端輸出的運放，小信號輸出電壓可以用式子（2-1）表示。 （2-1）其中，是差模增益，是共模增益。運算放大器的共模抑制比是： （2-2）對于差分放大電路，共模抑制比也可以理解為衡量了期望增益（差模增益）與不期望增益（共模增益）之間的比值。通常情況下希望CMRR盡可能大，同時，從另一個方面來說，共模抑制比還可以理解為當(dāng)共模輸入電壓發(fā)生變化時引起的失調(diào)電壓[2]。電源抑制比（PowerSupplyRejectionRatio,PSRR）一般來說，電源電壓會存在一定程度的波動，而PSRR衡量了輸出電壓對這種電源電壓變化的抵抗能力。PSRR可由式（2-3）計算，其中，是差模電壓增益，是零輸入差模電壓時，從電源到輸出的電壓增益。 （2-3）轉(zhuǎn)換速率（SlewRate，SR）轉(zhuǎn)換速率是運算放大器的一個關(guān)鍵性能指標(biāo)，其可用式子（2-4）表示。 （2-4）轉(zhuǎn)換速率的大小限制了運算放大器能夠處理的最大頻率。當(dāng)輸入信號的變化速度超過運放的轉(zhuǎn)換速率時，輸出信號會出現(xiàn)失真。一般情況下，運算放大器的轉(zhuǎn)換速率在1V/μs左右，而在高頻率應(yīng)用中，高速型運算放大器的轉(zhuǎn)換速率可以達(dá)到幾十V/μs以上[6]。軌到軌運算放大器的輸入級軌到軌輸入級概述軌到軌輸入級的要求當(dāng)運放的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍過小時，對于大幅度信號，運放則無法有效處理，輸出信號可能會出現(xiàn)失真。在這種情況下，需要使用輸入/輸出接近滿擺幅的軌到軌運算放大器，這樣才可以更有效地處理大幅度信號，減少失真，從而最大限度地提高了運放的整體性能。運算放大器的輸入級，軌到軌范圍的要求包括兩個方面：輸入級的PMOS漏極電壓應(yīng)接近地電壓，以使輸入共模信號接近負(fù)供電電壓，而輸入級的NMOS漏極電壓則應(yīng)接近正供電電壓，以使輸入共模信號接近正供電電壓[4]。這樣的設(shè)計要求能夠有效擴展運放的輸入電壓范圍，從而提高了其整體性能和適用性。軌到軌輸入級的基本結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)差分對輸入級電路圖3-1傳統(tǒng)差分對輸入級電路在傳統(tǒng)運放輸入級中，通常只采用輸入差分對管或輸入差分對管。如圖3-1所示，輸入級采用差分對管，為保證MB1工作在飽和區(qū)，VCM應(yīng)滿足式（3-1）。 （3-1）同理，輸入級采用差分對管時，VCM滿足式（3-2）。 （3-2）可見，在傳統(tǒng)差分輸入對管輸入級中，采用差分對管或是差分對管都必然在軌到軌輸入范圍內(nèi)有一端的軌不能達(dá)到。并聯(lián)互補差分對結(jié)構(gòu)圖3-2互補差分對輸入級電路及其跨導(dǎo)變化在傳統(tǒng)差分輸入對管輸入級的分析中可知，為使得輸入共模信號達(dá)到或接近正負(fù)供電電壓，需要將兩對差分對管組成并聯(lián)互補差分對結(jié)構(gòu)，則共模輸入電壓范圍可達(dá)到VSS~VDD。同時，根據(jù)式（3-1）和式（3-2），可VDD應(yīng)滿足式（3-3）。 （3-3）互補差分對的輸入共模電壓從VSS到VDD的變化過程中，根據(jù)管和管的工作狀態(tài)，輸入級跨導(dǎo)變化可以歸為三個區(qū)域，輸入共模電壓較小時，僅對管導(dǎo)通，輸入級跨導(dǎo)為： （3-4）輸入共模電壓較大時，僅管導(dǎo)通，輸入級跨導(dǎo)為： （3-5）輸入共模電壓在以上兩區(qū)域中間時，管和管均導(dǎo)通，輸入級跨導(dǎo)為： （3-6）結(jié)合式（3-4）、式（3-5）和式（3-6），輸入級跨導(dǎo)在整個正負(fù)電源軌范圍內(nèi)的變化如圖3-2所示，可見，輸入級跨導(dǎo)在不同的工作區(qū)域有較大的變化，這將導(dǎo)致可變直流增益、可變單位增益帶寬以及使得電路的頻率補償更加復(fù)雜[3]。輸入級軌到軌的常見方法為實現(xiàn)輸入級的恒跨導(dǎo)，通常采用電流控制、電壓控制以及其它方法（如過渡區(qū)重疊、冗余差分對等）來降低跨導(dǎo)變化率[7]。其中電流控制法包括三倍電流鏡法和最小/最大電流控制法等。三倍電流鏡法通過補償輸入差分對管的靜態(tài)偏置電流來減小跨導(dǎo)的變化，最小/最大電流控制法通過處理疊加在輸入差分對管尾電流上的交流電流來實現(xiàn)恒跨導(dǎo)。電壓控制法如穩(wěn)壓二極管法，在輸入差分對管的不同工作區(qū)間，調(diào)整其工作電壓使得差分對的柵源電壓之和恒定，實現(xiàn)輸入級恒定跨導(dǎo)。另外還有一些其它方法，比如電平轉(zhuǎn)移法（使用電平位移器重疊過渡區(qū)）、寬長比控制法（在輸入對管的不同工作區(qū)域調(diào)整差分對的寬長比）、背柵驅(qū)動法（改變輸入級結(jié)構(gòu)）等。三倍電流鏡法在并聯(lián)互補差分對輸入級中，輸入級的跨導(dǎo)可表示為,其中,,,分別為N型輸入對管和P型輸入對管的偏置電流。在實現(xiàn)恒定跨導(dǎo)的設(shè)計時，常常將,則的恒定等效于的恒定。于是，在輸入級的設(shè)計中，將并聯(lián)輸入差分對管的偏置電流與之和在輸入共模電壓軌到軌范圍內(nèi)保持恒定，即可實現(xiàn)輸入級的恒定[8]。圖3-33倍電流鏡恒跨導(dǎo)結(jié)構(gòu)當(dāng)，時，在并聯(lián)互補差分對管的三個工作區(qū)域中，共模輸入電壓較?。ǎr，PMOS對導(dǎo)通，NMOS對關(guān)斷，Mrp開啟，Mrn關(guān)斷，此時P型輸入對管的源漏電流大小為，輸入級跨導(dǎo)為： （3-7）共模輸入電壓較大（）時，僅對管導(dǎo)通，關(guān)斷，導(dǎo)通，此時MN1、MN2的源漏電流大小為，輸入級跨導(dǎo)為： （3-8）共模輸入電壓居中（）時，PMOS對和NMOS對均導(dǎo)通，Mrp和Mrn均關(guān)斷，此時P型和N型輸入對管的源漏電流大小均為，輸入級跨導(dǎo)為： （3-9）于是輸入共模電壓在正負(fù)電源電壓間變化時均有。另外，Mrp和Mrn為電流控制管，根據(jù)其的導(dǎo)通和關(guān)斷，Vrp和Vrn需滿足：，。則當(dāng)時，Mrp導(dǎo)通，反之關(guān)斷；當(dāng)時，Mrn關(guān)斷，反之導(dǎo)通；在以上分析中，可以發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)互補差分對管的三個工作區(qū)域的分界點與電流控制管的工作狀態(tài)分界點并不一樣，這將導(dǎo)致在三個工作區(qū)域的過渡區(qū)產(chǎn)生一定的跨導(dǎo)變化。另外，該方法的缺點是管子必須工作在飽和區(qū)，不適用于工作在弱反型區(qū)的電路，并且SR與VCM相關(guān)聯(lián)，且在正負(fù)電源軌間范圍的變化高達(dá)兩倍[3]。電平轉(zhuǎn)移法根據(jù)MOS管的電壓傳輸特性曲線，在對差分對或差分對的工作區(qū)間進(jìn)行分析時，可以大概劃分為以下區(qū)域：截止區(qū)、過渡區(qū)和飽和區(qū)。隨著共模電壓升高，差分對管工作狀態(tài)依次從截止區(qū)、過渡區(qū)到飽和區(qū)；差分對管工作狀態(tài)依次從飽和區(qū)、過渡區(qū)到截止區(qū)。電平轉(zhuǎn)移法，就是在電路的輸入級中添加源跟隨器，將輸入對管的跨導(dǎo)曲線平移，使得PMOS對管和NMOS對管的跨導(dǎo)曲線在過渡區(qū)重疊，從而實現(xiàn)跨導(dǎo)總和的恒定。下面開始對電平轉(zhuǎn)移法的原理進(jìn)行說明。圖3-4尾電流隨共模電壓的變化以NMOS差分對管為例，下面分析NMOS管的工作區(qū)域。（1）在截止區(qū)，，。其中、截止，處于線性區(qū)，通過它們的電流均為零。（2）在中間的過渡區(qū)，，受控制。其中M1n和M2n處于飽和區(qū)，MBn處于線性區(qū)?？拷鼤r，此時的非常小，并隨著的升高而升高，直到MBn進(jìn)入飽和區(qū)。（3）在飽和區(qū)，，恒定為MBn的飽和電流，M1n、M2n和MBn均處于飽和區(qū)。為了更好地說明電平轉(zhuǎn)移法在過渡區(qū)重疊下如何實現(xiàn)跨導(dǎo)恒定，下面對NMOS管的工作區(qū)域劃分點和電流進(jìn)行定量分析。當(dāng)M1n截止時，可得。其中，在附近時，接近為零，這意味著可以被忽略，即。當(dāng)MBn處于線性區(qū)與飽和區(qū)分界，可得，也即。另外，對M1n分析，可得，化簡后可得也可表示。結(jié)合以上兩式可得： （3-10）當(dāng)MBn處于飽和區(qū)，。為了推出在過渡區(qū)重疊下能夠保持恒定，下面還需推導(dǎo)出在過渡區(qū)時的表達(dá)式。首先，分別對M1n和MBn分析，可得出以下公式：在過渡區(qū)，M1n處于飽和區(qū)，有；MBn處于線性區(qū)，有；另外，為了簡化計算，可假設(shè)。則由對稱性可得，可解得： （3-11）在過渡區(qū)將上式（3-11）代入可解得在過渡區(qū)的表達(dá)式為： （3-12）而對PMOS差分對管，也可同樣分析出以下結(jié)果： （3-13） （3-14） （3-15） （3-16）可以注意到，在過渡區(qū)的和是在的基礎(chǔ)上推導(dǎo)的，但是在數(shù)學(xué)工具的計算下，只要和差別不大，則其對以上推導(dǎo)的和的影響可忽略不計[9]。根據(jù)和的表達(dá)式，可以推出，在過渡區(qū)，隨著共模電壓增加，單調(diào)增加，單調(diào)減小，符合圖3-2的預(yù)期。若是將過渡區(qū)適當(dāng)?shù)刂丿B，則可實現(xiàn)恒定的，也即是恒定的跨導(dǎo)。下面開始推導(dǎo)過渡區(qū)重疊的辦法。根據(jù)NMOS差分對管和PMOS差分對管的對稱性，我們可以假設(shè)、、以及。在以上推導(dǎo)的、、和中，要將過渡區(qū)重疊，我們需要使得以及。若是在過渡區(qū)重疊中，僅僅對某一差分對管進(jìn)行平移，以向左平移PMOS差分對管的輸入電平為例，也即意味著可以推出： （3-17） （3-18）上式中，為移位電壓，可知其大小可通過調(diào)整MBn的柵壓以及MBn與M1n的寬長比來改變。如果移位電壓偏小，總跨導(dǎo)會在中間區(qū)域偏大；反之，如果移位電壓偏大，總跨導(dǎo)會在中間區(qū)域偏??；也即會存在一個最優(yōu)的移位電壓，使得總跨導(dǎo)的變化率最小。圖3-5左移P差分對曲線實現(xiàn)過渡區(qū)重疊在以上推導(dǎo)的過渡區(qū)和公式中，可以知道過渡區(qū)內(nèi)電流的斜率與β成正比。在調(diào)整的過程中，為了保持原有的大的β，可以使用源極跟隨器來平移電壓。若要找出移位電壓最合適的范圍，可以使用數(shù)學(xué)軟件MAPLE進(jìn)行分析，可得出適合的范圍如式（3-19）所示[9]。 （3-19）電平轉(zhuǎn)移法的缺點是輸入級跨導(dǎo)對電源電壓的變化敏感，電源電壓的波動會使得過渡區(qū)的重疊偏離預(yù)期。但是其優(yōu)點也很明顯，一是是電路結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，二是電平轉(zhuǎn)移法在如今器件溝道長度不斷縮小的背景下仍然具有很高的精確度[10]。最大/最小電流控制法最小/最大電流控制法的核心是處理疊加在輸入級尾電流上的交流電流。以最小電流控制法為例，圖3-6為最小電流控制法的電路原理圖，組成右邊的最小電流比較電路，可以輸出和中較小的一個；左邊的最小電流比較電路由、組成，可以輸出和中較小的一個；圖3-6最小電流控制法電路原理圖假設(shè)，則各差分輸入對管的漏電流如式（3-20）、（3-21）、（3-22）、（3-23）。 （3-20） （3-21） （3-22） （3-23）在互補差分對管工作的三個區(qū)域中，當(dāng)共模輸入范圍處于NMOS導(dǎo)通、PMOS關(guān)斷的第三個區(qū)域時，、、和的表達(dá)式分別見式（3-24）、（3-25）、（3-26）、（3-27）。 （3-24） （3-25） （3-26） （3-27）和經(jīng)過最小電流比較器后的輸出為，其表達(dá)式為式（3-28）。同理比較和的大小，可知IO2表達(dá)式為式（3-29）。 （3-28） （3-29）和經(jīng)過電流求和電路，可得輸入級的輸出電流為式（3-30），也即輸入級跨導(dǎo)為。 （3-30）同理，在中間的過渡區(qū)，NMOS和PMOS差分對均導(dǎo)通，且，，此時差分輸入對管的漏電流經(jīng)過最小電流比較器和電流求和電路后，輸入級的輸出電流仍滿足式（3-30），即輸入級跨導(dǎo)仍為。在只有PMOS導(dǎo)通的第一個區(qū)域，與第三個區(qū)域類似，輸入級的輸出電流一樣滿足式（3-30）。綜上可知，輸入級在整個輸入共模電壓范圍內(nèi)均保持恒定，大小為。最大電流控制法與最小電流控制法類似，只是電流比較器輸出的是比較電流的較大值，其核心仍是處理疊加在輸入級尾電流上的交流電流。最大/最小電流控制法的缺點是電流鏡結(jié)構(gòu)較多，在面積和速度上不占優(yōu)勢。而優(yōu)點則是不依賴輸入管的工作區(qū)域，而且不改變尾電流大小，可以顯著地降低靜態(tài)功耗[3]。冗余差分對控制法圖3-7為冗余差分對控制法的電路原理圖，除了主差分輸入對，恒定跨導(dǎo)電路中還包含冗余差分對，其中，是主差分輸入對；是冗余差分對。圖3-7冗余差分對控制法的電路原理圖在冗余差分對控制法下，輸入級差分對管的工作區(qū)間仍可分為三個區(qū)域。當(dāng)共模電壓處于P型和N型差分對均導(dǎo)通的過渡區(qū)時，此時，，所以在主差分對中有，，，輸入級總跨導(dǎo)為式（3-31）。 （3-31）當(dāng)共模電壓接近時，P差分對導(dǎo)通，N差分對截止，其中有截止，I1流過，且被復(fù)制，再被由組成的8倍電流鏡復(fù)制，最后流入到主PMOS差分對。此時，，PMOS差分對的尾電流，。為了讓該區(qū)域的和與共模電壓處于中間范圍時的相等，即等于，故設(shè)計電流鏡來各抽走。該區(qū)域的輸入級總跨導(dǎo)見式(3-32)： （3-32）當(dāng)共模電壓較高時，與以上分析類似，可得出該區(qū)域的輸入級總跨導(dǎo)為式（3-33），也即可知輸入共模電壓在的變化范圍內(nèi)，輸入級總跨導(dǎo)均能保持恒定。 （3-33）該冗余差分對控制法的缺點是電流鏡電路偏多，會使電路速度變慢。優(yōu)點則是主差分對的輸出電流不受被注入到主差分對附加電流的影響，恒定跨導(dǎo)電路不對后級電路的穩(wěn)定產(chǎn)生影響[3]。輸入級軌到軌的其它方法輸入級采用并聯(lián)互補差分對輸入對管的主要問題在于，共模輸入電壓在軌到軌變化時，輸入對管的工作狀態(tài)在轉(zhuǎn)換，從而可能導(dǎo)致在過渡區(qū)的交叉失真。為了避免這個問題，除了通過控制補償電流或控制電壓，還可以在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。利用MOS管的“體效應(yīng)”[1]圖3-8的電路采用了一種創(chuàng)新的設(shè)計，利用了MOS管的“體效應(yīng)”，從而實現(xiàn)了輸入級軌到軌的設(shè)計。相比于傳統(tǒng)的并聯(lián)互補差分對管輸入級，只使用了一對N溝道耗盡型晶體管。且這種設(shè)計在閾值電壓方面有著顯著的不同，每個晶體管的閾值電壓約為-0.6V。圖3-8NMOS差分對管輸入級電路尾電流源N74、N75需要0.3V的最小壓降來處于飽和區(qū)。當(dāng)輸入共模電壓降低，輸入差分管的VS隨著下降，直到VS下降到約VSS+0.3V，使尾電流源處于臨界飽和。此時，由于差分管的閾值電壓為-0.6V，也即輸入共模電壓有最小值VSS-0.3V，范圍拓寬到了負(fù)電源軌下0.3V。根據(jù)考慮體效應(yīng)的MOS管閾值電壓公式：，當(dāng)輸入共模電壓向正電源軌移動，輸入管的VS隨著上升，VTH也隨著由-0.6V變?yōu)榇蠹s0.6V。其中P19處于飽和狀態(tài)需要0.2V的Vds，N13處于飽和狀態(tài)需要0.1V的Vds,也即輸入管的VS至多上升到VDD-0.3V。這說明輸入共模電壓有最大值VDD+0.3V，范圍拓寬到了正電源軌上0.3V。電荷泵軌到軌輸入級[2]圖3-9是電荷泵軌到軌輸入級的電路結(jié)構(gòu)，通過電荷泵技術(shù)可以實現(xiàn)對差分輸入對提供更高的電源電壓，使得M1，M2的輸入電壓范圍可以超過VDD2V左右，即。圖3-9電荷泵軌到軌輸入級這種電路的優(yōu)點是可以省去恒定跨導(dǎo)電路，不用處理輸入管工作狀態(tài)的不同導(dǎo)致跨導(dǎo)變化的問題，且電荷泵并不會對放大器的噪聲性能產(chǎn)生大的影響。但是它的缺點也很明顯：一是芯片難以集成大電容，因為電荷泵的帶負(fù)載能力要求足夠大的電容；二是相較于傳統(tǒng)的互補差分對輸入級，由于引入了電荷泵，電路的設(shè)計難度和規(guī)模增加了。交叉導(dǎo)通法如圖3-10為交叉導(dǎo)通法的電路結(jié)構(gòu)，輸入級采用互補差分輸入對管、和、，為PMOS差分對的偏置電流，為的偏置電壓，MN4和MN3組成一倍電流鏡。其中，可看做一個電流開關(guān)，在不同的工作區(qū)域控制輸入對管、和、的偏置電流，從而保持輸入級跨導(dǎo)恒定。當(dāng)時，開啟，全部成為、的偏置電流，從而、工作，、截止，輸入級跨導(dǎo)由、決定；當(dāng)輸入共模電壓時，關(guān)閉，全部成為、的偏置電流，從而、工作，、截止，輸入級跨導(dǎo)由、決定；當(dāng)時，MP3開啟，Ibias被部分抽走，N差分對和P差分對均工作，輸入級跨導(dǎo)由N差分對和P差分對決定圖3-10交叉導(dǎo)通法恒跨導(dǎo)結(jié)構(gòu)由以上分析可知，只要使得Kp=Kn，即可使得Vcm＞Vref以及Vcm＜Vref的兩區(qū)域的輸入級跨導(dǎo)相等，同時，在Vcm≈Vref的過渡區(qū)，流過輸入級的兩對差分對的電流之和為Ibias，此區(qū)域的輸入級跨導(dǎo)也等于其它兩區(qū)域，從而實現(xiàn)恒跨導(dǎo)。由于開關(guān)管MP3的存在，交叉導(dǎo)通法使得輸入級跨導(dǎo)在變化的過渡區(qū)變得很窄，只要Vref取值合適，過渡區(qū)的跨導(dǎo)變化幾乎可以忽略[12]。中間增益級電路的實現(xiàn)二級運算放大器中，由于MOS管的本征增益不高，運算放大器的放大能力受限，且零極點的不穩(wěn)定性以及難以控制，進(jìn)而降低了電路的環(huán)路穩(wěn)定性和相位裕度。這意味著在頻率響應(yīng)中會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，影響了運算放大器的性能和穩(wěn)定性。為了改善這些性能，常用的方法是利用高性能的中間放大級電路來提高運算放大器的整體性能[12]，增加其開環(huán)增益和帶的同時提高其環(huán)路穩(wěn)定性和相位裕度。套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)的基本原理是通過共源極的放大作用來增強輸入信號，并通過共柵極來控制輸出信號。如圖4-1所示，該結(jié)構(gòu)分為單端輸出和雙端輸出。以雙端輸出為例，可知輸出端最小值為式（4-1）: （4-1）輸出端最大值為式（4-2）: （4-2）其中、、、和分別是以及尾電流源的過驅(qū)動電壓。可知，該結(jié)構(gòu)的增益為式（4-3），其中式（4-4）為輸出電阻。 （4-3） （4-4）圖4-1套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)a)單端輸出b)雙端輸出可以看出，套筒式共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是增益的提高，輸出增益增大了倍，但缺點是會降低輸出信號的電壓擺幅，以及引入新極點，不利于頻率補償。折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)圖4-2是折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)的電路示意圖，該結(jié)構(gòu)在套筒式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上利用了折疊原理，擴大了共模輸入范圍。圖4-2折疊共源共柵結(jié)構(gòu)其中，輸出端最小值為式（4-5）： （4-5）輸出端最大值為式（4-6）： （4-6）其中、、和分別是的過驅(qū)動電壓。可見，相比于套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)，折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)的增益稍低，但是輸出擺幅增大了一個過驅(qū)動電壓，這是增益與共模輸入范圍的折中選。軌到軌輸出級和頻率補償電路的實現(xiàn)運算放大器的輸出級主要要求是在無失真的情況下高效地將功率輸出給負(fù)載。這意味著輸出級應(yīng)能夠在不引入失真的情況下有效地傳輸信號能量到負(fù)載中，確保輸出信號與輸入信號之間的線性關(guān)系。同時，輸出級還應(yīng)具有較小的輸出阻抗，以實現(xiàn)最大化的輸出擺幅，確保輸出信號能夠盡可能地接近電源電壓的幅度，提高運算放大器的動態(tài)范圍和輸出功率。根據(jù)晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，輸出級通常被分為A類、B類和AB類。A類輸出級A類輸出級的晶體管在整個工作周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)，其電路圖如圖5-1所示，輸出級由帶有源負(fù)載的源極跟隨器組成。其中有源負(fù)載為M2，Vb為其偏置電壓，M1為輸出晶體管，輸入信號Vin控制M1的輸出電流Iout且使得M1在信號的整個周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖5-1共源輸出級當(dāng)Vin=VDD時，該電路輸出電流為： （5-1）其中I1指的是M1管流過的漏極電流，Iq指的是靜態(tài)偏置電流。當(dāng)Vin=0時，該電路輸出電流為: （5-2）由式（5-1）和式（5-2）可知，輸出電流受輸入電壓的影響。在考慮負(fù)載電容對輸出電流的影響時，轉(zhuǎn)換速率應(yīng)滿足式（5-3）： （5-3）在一個完整的正弦信號周期內(nèi)，電源電壓消耗的平均功耗恒定不變，則總功耗為: （5-4）其傳輸效率為: （5-5）A類輸出級的缺點是功率損失過大的問題，在無信號輸入時，電源仍持續(xù)輸出功率，而當(dāng)存在信號輸入時，輸出功率與信號大小成正比，傳輸效率隨之增加。但其傳輸功率仍相對較低，大部分功率損失會導(dǎo)致電路發(fā)熱，降低芯片的可靠性和壽命。盡管，A類輸出級仍然常用于一般的運算放大器中，因為它沒有交越失真和開關(guān)失真的問題，能夠提供較高的線性度，適用于許多應(yīng)用場景。B類輸出級B類放大器的電路如圖5-2所示,由兩個MOS管構(gòu)成,M2和M1分別只在信號的正半周或負(fù)半周內(nèi)導(dǎo)通，具有較高的傳輸效率，最高效率可達(dá)78.5%。圖5-2B類輸出級但是，只有當(dāng)輸入電壓大于開啟電壓時，Vout才會跟隨Vin的變化，也即在M1和M2工作的過渡區(qū)時會導(dǎo)致波形出現(xiàn)交越失真。因此，B類輸出級很少在電路中應(yīng)用。AB類輸出級AB類輸出級綜合了A類和B類輸出級的優(yōu)點，通過組合兩者的特性實現(xiàn)了性能的折衷。這種輸出級工作在A類和B類之間，具有較小的偏置和靜態(tài)功耗，減弱了信號的交越失真和功率損耗。圖5-3和圖5-4分別為AB類輸出級的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，輸出管之間的柵極電壓應(yīng)滿足式（5-6）。 （5-6）圖5-3AB類輸出級結(jié)構(gòu) 圖5-4AB類輸出級的基本工作原理頻率補償電路圖5-5密勒補償電路結(jié)構(gòu)圖圖5-5為密勒補償電路結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)密勒效應(yīng)，輸出端和輸入端之間跨接電容Cc可以分別等效為在第二級輸入和輸出的兩個對地電容。在開環(huán)時，運放的各級主次極點頻率分別為式（5-7）和式（5-8）： （5-7） （5-8）其中分別為開環(huán)時各級的等效輸出電阻和電容。加入后，運放的各級的主次極點頻率分別為式（5-9）和式（5-10）： （5-9） （5-10）由以上可知，密勒補償法對反饋系統(tǒng)進(jìn)行頻率補償，以修正開環(huán)傳輸函數(shù)，確保閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其優(yōu)點為用一個中等大小的電容代替一個大電容產(chǎn)生一個低頻極點，使主次極點分離[2]。密勒補償法是一種通過調(diào)整極點位置，將極點分散或分裂到更廣泛的頻率范圍內(nèi)來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，通過將運算放大器的第一級輸出極點向原點方向移動，同時將第二級的輸出極點向背離原點的方向移動，以達(dá)到“極點分裂”的目的，使得運算放大器可以穩(wěn)定地工作。軌到軌運算放大器的設(shè)計與仿真整體電路的設(shè)計圖6-1帶電平轉(zhuǎn)移的運算放大器電路圖圖6-1為輸入級帶有電平轉(zhuǎn)移的運算放大器電路圖，其由以下部分構(gòu)成：互補差分對輸入級、折疊共源共柵電流鏡、AB類輸出電路以及偏置電路。其中電平轉(zhuǎn)移器由構(gòu)成，組成源極跟隨器，分別為的有源負(fù)載，和以及和均組成一倍電流鏡，將的電流與疊加；組成折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電流求和、提供高增益，同時保持高輸入和高輸出擺幅；組成AB類輸出級電路，提供了軌到軌的輸出擺幅。圖6-2為運算放大器的模型，在以下的性能仿真中用以代替詳細(xì)的電路圖。圖6-2運算放大器模型主要性能的仿真輸入級跨導(dǎo)變化率圖6-3為互補差分對管輸入級的電路原理圖，由一對NMOS管和一對PMOS管并聯(lián)組成。圖6-3并聯(lián)互補差分對管輸入級圖6-4為圖6-3電路原理圖的跨導(dǎo)仿真，可以看到，Vcm由VSS增加到VDD時，PMOS對管由工作轉(zhuǎn)向截止，NMOS對管由截止轉(zhuǎn)向工作，并且總跨導(dǎo)有明顯的變化?？鐚?dǎo)變化率的計算公式為式（6-1），通過Calculator計算可知該輸入級的跨導(dǎo)變化率為59%。 （6-1）圖6-4跨導(dǎo)仿真圖6-5為在互補差分對輸入級的基礎(chǔ)上添加電平轉(zhuǎn)移器的輸入級電路圖，其中電平轉(zhuǎn)移器由源極跟隨器和有源負(fù)載構(gòu)成。圖6-5帶電平轉(zhuǎn)移器的互補差分對輸入級圖6-6為圖6-5電路原理圖的跨導(dǎo)仿真，可以看到，添加電平轉(zhuǎn)移器后，PMOS差分對管跨導(dǎo)曲線和NMOS差分對管跨導(dǎo)曲線發(fā)生偏移，在過渡區(qū)發(fā)生重疊，從而穩(wěn)定輸入級的跨導(dǎo)。通過Calculator對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出過渡區(qū)重疊后的輸入級跨導(dǎo)變化率為8.1%，基本上實現(xiàn)了輸入級的恒跨導(dǎo)。圖6-6輸入級跨導(dǎo)仿真共模輸入電壓范圍圖6-7為共模輸入范圍仿真電路，將運算放大器輸出與負(fù)相端相連，對正相端的輸入電壓進(jìn)行DC掃描。圖6-7共模輸入范圍仿真電路圖6-8所示為仿真結(jié)果，Vout與Vin+曲線的斜率為1的范圍即為共模輸入范圍。仿真顯示輸入范圍為-1.14~1.15V，均接近正負(fù)電源軌。圖6-8共模輸入范圍仿真結(jié)果輸出電壓擺幅輸出電壓擺幅的仿真電路圖如圖6-9所示，正相端接，輸入信號在范圍內(nèi)進(jìn)行直流掃描。圖6-9輸出電壓擺幅仿真電路仿真結(jié)果如圖6-10所示，輸出電壓范圍為-1.17~1.15V，均接近正負(fù)電源電壓，實現(xiàn)了軌到軌的輸出范圍。圖6-10輸出電壓擺幅仿真結(jié)果開環(huán)增益和相位裕度在共模輸入電平在(VDD+VSS)/2條件下，采用圖6-11所示的電路圖連接方式進(jìn)行交流小信號分析。圖6-11交流小信號分析由圖6-12可知，運放開環(huán)增益為90.1dB，相位裕度為62.8°，電路能夠正常穩(wěn)定的工作。圖6-12幅頻特性與相頻特性結(jié)束語本課題的主要任務(wù)是完成一款輸入級實現(xiàn)恒跨導(dǎo)的軌到軌運算放大器的設(shè)計，并進(jìn)行主要性能參數(shù)的仿真。在設(shè)計開始之前，本文先對運算放大器做了一定的研究，包括其重要性和發(fā)展歷程等。并且，本文還對軌到軌運算放大器實現(xiàn)恒跨導(dǎo)的方法做了總結(jié)，對三倍電流鏡法、電平轉(zhuǎn)移法、最大/最小電流控制法和冗余差分對法等常見方法進(jìn)行了分析。本文設(shè)計的軌到軌運算放大器，主要結(jié)構(gòu)分為三部分。第一部分采用并聯(lián)互補型差分對結(jié)構(gòu)，配合電平轉(zhuǎn)移器電路實現(xiàn)輸入級的恒跨導(dǎo)和軌到軌輸入；第二部分采用了折疊式共源共柵電路，使得運放能夠獲得較高的增益；第三部分采用AB類輸出級，使得運放能夠?qū)崿F(xiàn)輸出的軌到軌。在對設(shè)計進(jìn)行的仿真中，輸入級跨導(dǎo)變化率為8.1%，輸入/輸出電壓范圍符合軌到軌的要求，開環(huán)電壓增益為90.1dB，相位裕度為62.8°，運放能夠正常工作，具備良好的性能和穩(wěn)定性。但由于本人的知識和水平比較有限，放大器的很多方面都還有很多改進(jìn)的空間。電路的設(shè)計是多維度的綜合考量，往往需要過硬的知識積累和豐富的經(jīng)驗，才能很好的完成一個符合要求、各方面性能均衡的優(yōu)秀的設(shè)計。在未來的學(xué)習(xí)和設(shè)計中，需要多多學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識以及閱讀文獻(xiàn)，對電路的設(shè)計要有更加深刻的認(rèn)識?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】楊永暉,張金龍,張廣勝,等.一種低失調(diào)CMOS軌到軌運算放大器研究[J].微電子學(xué),2023,53(03):396-401.DOI:10.13911/ki.1004-3365.220298.張晶.低失調(diào)CMOS軌到軌集成運算放大器設(shè)計[D].貴州大學(xué),2022.DOI:10.27047/ki.ggudu.2022.001727.黃麗芳.一款采用CMOS工藝的軌到軌輸入/輸出的精密運算放大器的研究與設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2022.DOI:10.27005/ki.gdzku.2022.002375.齊步坤.軌到軌CMOS運算放大器研究與設(shè)計[D].天津大學(xué),2009.拉扎維.模擬CMOS集成電路設(shè)計[M].北京:西安交通大學(xué)出版社,2003.胡林.一種低功耗軌到軌運算放大器的研究與設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2020.DOI:10.27005/ki.gdzku.2020.002053.謝海情,陳玉輝,王振宇.一種低壓低功耗恒跨導(dǎo)軌到軌運算放大器設(shè)計[J].電子元件與材料,2020,39(10):65-69.DOI:10.14106/ki.1001-2028.2020.0309.R.Hogervorst,J.P.Tero,R.G.H.EschauzierandJ.H.Huijsing,"Acompactpower-efficient3VCMOSrail-to-railinput/outputoperationalamplifierforVLSIcelllibraries,"ProceedingsofIEEEInternationalSolid-StateCircuitsConference-ISSCC'94,SanFrancisco,CA,USA,1994,pp.244-245,doi:10.1109/ISSCC.1994.344656.MinshengWang,T.L.Mayhugh,S.H.K.EmbabiandE.Sanchez-Sinencio,"Constant-g/subm/rail-to-railCMOSop-ampinputstagewithoverlappedtransitionregions,"inIEEEJournalofSolid-StateCircuits,vol.34,no.2,pp.148-156,Feb.1999,doi:10.1109/4.743758.蘇琴,鄧紅輝,尹勇生.一種恒跨導(dǎo)軌對軌CMOS運算放大器的設(shè)計[C]//中國儀器儀表學(xué)會,北京自動化學(xué)會,《儀器儀表學(xué)報》雜志社,《國外電子測量技術(shù)》雜志社,《電子測量技術(shù)》雜志社.第三屆全國虛擬儀器大會論文集.合肥工業(yè)大學(xué)微電子設(shè)計研究所;,2008:5.秦夢瑩.一款低電壓低功耗軌到軌運算放大器的研究[D].哈爾濱理工大學(xué),2020.DOI:10.27063/ki.ghlgu.2020.000437.黃光銳.一種低失調(diào)的軌到軌輸入/輸出CMOS運算放大器的研究與設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2019.DesignandSimulationofConstantTransconductanceRail-to-RailOperationalAmplifiers【Abstract】Theimportanceofrail-to-railop-ampsisbecomingmoreandmoreprominentinthetrendofminiaturisationandportabilityofelectronicproducts.Suchop-ampscanplayakeyroleinlow-voltagesystems,addressingthechallengesofpowerconsumption,performanceandportabilityfacedbysmallel