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基于CMOS的运算放大器设计概述
作者：孙博文张振辉
来源：《科学与信息化》2018年第24期
摘要随着IC技术的不断发展，高性能的运算放大器大范围的在各种电路系统中使用，它变身为模拟和混合信号集成电路设计的核心单元电路，其性能对电路系统的整体性能影响巨大。现代IC电路尺寸不断减小，从而使集成电路产品的工作电压及功耗不断降低，这样待处理的信号不断减弱，这就对运算放大器的精度有更高的需求。本文基于0.5μm CMOS工艺，设计了一种折叠共源共栅运算放大器，运算放大器工作电压为5V，并用Cadence软件进行仿真和版图设计。得到放大器参数如下：直流增益为92.3dB、单位增益带宽为4MHz、相位裕度为55.9°、电源抑制比为82.3dB、共模抑制比为80.2dB等，达到了预期的设计指标。
关键词运算放大器；CMOS工艺；折叠共源共栅
1 课题研究的目的与意义
在随着IC技术的不断发展，高性能的运算放大器大范围的在各种电路系统中使用，它变身为模拟和混合信号集成电路设计的核心单元电路，其性能对电路系统的整体性能影响巨大。为了提高集成度，降低成本，一块芯片上的器件数量越来越多，且器件的特征尺寸越来越小，这就要求CMOS集成电路的设计者要有扎实的基本功，对于CMOS的基本知识要有深入的掌握，并对一些寄生效应要有深入的理解，目前国内的研究与国外相比还存在着较大的差距[1]。
2 运算放大器的工作原理及性能参数
CMOS运算放大器的性能指标：为了衡量运算放大器的优缺点，以及为实际供应提供选择依据，通常是一系列的性能指标，用于运算放大器的定性或定量描述。这些指标包括：直流开环增益（DC Gain）、小信号带宽、相位裕度（PM）、建立时间、压摆率、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）等。
运算放大器常见种类：近年来，运算放大器在不同的应用领域被使用，放大器的性能指标要求越来越高，最近几年出现了许多新的运算放大器的结构，如高增益结构、低电压结构、高摆幅结构等。CMOS结构常用的有两级放大结构，套筒结构，折叠共源共栅结构[2]。
3 折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计
共源共栅运算放大器的设计：设计的电路为两级运算放大器级联结构，其中第一级放大器为共源共栅电路结构，双端输入单端输出，实现电路增益约为 60dB；第二级放大器的基本结构，单端输入单端输出，实现电路增益约为 40dB。整个电路是CMOS器件结构，电路上拉为