高速響應(yīng)高增益低功耗的OTA設(shè)計(jì)及其應(yīng)用.pdf

1、運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用于SoC電路系統(tǒng)，是數(shù)?；旌舷到y(tǒng)中基礎(chǔ)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(yùn)放的速度與精度所決定，并且系統(tǒng)電路的功能擴(kuò)展與提高只有在低功耗的約束條件下才具有更現(xiàn)實(shí)的意義。然而運(yùn)放速度或動(dòng)態(tài)特性的提高通常是以大電流驅(qū)動(dòng)為代價(jià)，低功耗與高速高精度的相互制約顯著增加了運(yùn)放電路設(shè)計(jì)難度。因此，本論文研究核心內(nèi)容是針對(duì)運(yùn)放功耗與速度之間的矛盾，運(yùn)用了新的瞬態(tài)響應(yīng)提高與增益提高的方法及其電路實(shí)現(xiàn)，徹底解決了運(yùn)

2、放電路內(nèi)在固有局限約束，實(shí)現(xiàn)運(yùn)放電路性能的全面改善和提高。
　　 瞬態(tài)響應(yīng)特性是運(yùn)放電路設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。論文從傳統(tǒng)單級(jí)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器入手，詳細(xì)分析了運(yùn)放電路關(guān)鍵性能指標(biāo)，重點(diǎn)闡述了傳統(tǒng)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)功耗與速度難以調(diào)和的缺點(diǎn)。在傳統(tǒng)OTA電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了三種運(yùn)放電路性能提高結(jié)構(gòu)，即實(shí)現(xiàn)增益倍增和帶寬提高，以確保高精度控制和小信號(hào)高速線性處理的交叉耦合對(duì)結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)大信號(hào)下壓擺率倍增的模式可配置線性-非線性電流鏡

3、結(jié)構(gòu)；寬動(dòng)態(tài)范圍的FVF動(dòng)態(tài)自適應(yīng)差分輸入結(jié)構(gòu)。提出了基于模式可配置控制的OTA電路。最后，為驗(yàn)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(yīng)用在低壓差線性穩(wěn)壓器LDO系統(tǒng)中，實(shí)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(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝庫(kù)，對(duì)本文的運(yùn)放性能提高方法及其電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，完成電路晶體管級(jí)設(shè)計(jì)、前仿、物理版圖設(shè)

4、計(jì)、后仿和流片測(cè)試。前仿結(jié)果表明，在29μA靜態(tài)電流、30pF負(fù)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(dá)到6.5MHz，大信號(hào)下的正向壓擺率達(dá)到+12.5V/μs，反向壓擺率達(dá)到-12.8V/μs；基于動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制的OTA電路低頻增益提高到65.5dB，單位增益帶寬達(dá)到3.1MHz，大信號(hào)下的正向壓擺率達(dá)到+68.6V/μs，反向壓擺率達(dá)到-62.5V/μs。相比同等條