【摘 要】
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电流反馈运算放大器(Current Feedback Operational Amplifier,简称CFOA)是一种新型高速运放,其显著特点是:电路具有与增益无关的高线性带宽,不存在增益带宽积限制;同时在转
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电流反馈运算放大器(Current Feedback Operational Amplifier,简称CFOA)是一种新型高速运放,其显著特点是:电路具有与增益无关的高线性带宽,不存在增益带宽积限制;同时在转换速率、频率特性、动态范围、功耗等方面也具有良好的性能。 本文主要研究和设计一种低电源电压、低功耗 CMOS电流反馈运算放大器,并实现了其电压模式滤波器的应用。设计采用SMIC0.18μm CMOS工艺,运用Cadence公司的Spectre软件对电路进行仿真。论文主要特色包括以下几个方面: 1、设计了低功耗、高电流驱动能力的第二代正向电流传输器(CCII+),作为本文设计的CFOA的输入缓冲级。CCII+的输入级采用轨对轨的结构,有效提高了共模输入范围;输出级采用AB类推免输出方式,在降低电路功耗的同时,也提高了电流的驱动能力。仿真结果表明,在1.8V电源电压下,CCII+的电压跟随误差仅为0.0378dB,电压跟随摆幅为0.06V~1.75V,-3dB带宽为668.5MHz;电流传输误差仅为0.004dB,电流驱动能力为6μA~175μA,-3dB带宽为640.5MHz。 2、设计了低电压两级CMOS运算放大器,用于放大CCII+的输出信号。通过采用调零电阻和电容相连的密勒补偿方式,有效地改善了运算放大器的频率响应特性,获得了稳定的相位裕度。仿真结果显示,在1.8V电源电压下,运算放大器单位增益带宽为579.5MHz,差模增益为64.29dB,相位裕度为64.8°。 3、在完成上述两个主要模块的基础上,构成了本文设计的低压低功耗的CFOA。仿真结果表明,获得与增益无关的-3dB带宽为88.7MHZ,转换速率40 Vμs,功耗仅为1.5mW。采用以CFOA为主要组成部件构成的二阶通用电压模式滤波器,实现低通、高通、带通三种滤波器功能。 4、在电路原理图设计完成后,采用Cadence下的Virtuoso Layout Editor工具进行了版图设计,并进行了版图验证及后仿真,结果表明满足设计要求。
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