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低噪声CMOS运算放大器的研究与设计

作　者: 詹昶
导　师: 邹雪城
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 运算放大器热噪声闪烁噪声谱密度输入参考噪声电压
分类号: TN722.77
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

CMOS运算放大器是模拟集成电路中最重要的模块之一。然而MOS晶体管会给电路带来噪声,特别是随着MOS晶体管尺寸的减小和信号幅度的降低,电路的低频噪声特性变得越来越重要。本论文主要研究了各种经典结构运算放大器电路的噪声特性,以及降低噪声的方法。并且研究了如何在运算放大器的噪声、功耗、电压余度和速度等性能参数之间进行折衷。本文的研究角度是:首先从分析运算放大器电路中主要的噪声来源入手,然后结合基本的噪声理论对电路中相应的元件参数进行设计,并且在运算放大器的各项指标要求下再对某些元件的参数进行调整。最后,本文以设计一个应用于Sigma-Delta ADC的调制器中的全差分运算放大器为例子,先通过Simulink建模提取运放的参数,然后通过细致的手工计算得到选定结构的运放的各个元件参数,接下来在参数验证的过程中对运算放大器的噪声特性进行优化。其中,对闪烁噪声的降低是设计的重点。根据对所选用的运算放大器的闪烁噪声谱密度表达式的分析,提出了通过建立多元函数求极值的方案,使得在尽可能小的版图面积内使运算放大器的性能符合设计指标。本文的研究基于“和舰0.18μm”的工艺,使用HSpice工具进行仿真,仿真结果显示,研究设计基本获得成功。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 运算放大器中存在的噪声类型  9-12
  1.3 后续章节安排  12-13
2 基本放大器单元的噪声分析  13-23
  2.1 单级放大电路中的噪声  13-19
  2.2 差动对中的噪声  19-23
3 几种经典结构运算放大器的噪声分析  23-32
  3.1 概述  23
  3.2 两级运算放大器的噪声模型  23-25
  3.3 实例运算放大器的噪声分析  25-29
  3.4 噪声与其他性能参数间的折衷  29-31
  3.5 适用范围分析  31-32
4 低噪声两级运算放大器的设计  32-48
  4.1 运算放大器的环境建模  32-34
  4.2 运算放大器的参数提取  34-37
  4.3 运算放大器结构的选择  37-39
  4.4 器件参数计算  39-46
  4.5 运算放大器的设计总结  46-48
5 运算放大器仿真及性能分析  48-56
  5.1 直流特性仿真  48-49
  5.2 交流特性仿真  49-52
  5.3 瞬态特性仿真  52-53
  5.4 功耗的仿真  53-55
  5.5 仿真测试结果与分析  55-56
6 结论  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文  62

低噪声CMOS运算放大器的研究与设计

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