本文關(guān)鍵詞：一種低功耗高電壓轉(zhuǎn)換速率的模擬運算放大器設(shè)計　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 模擬運算放大器 低功耗 高電壓轉(zhuǎn)換速率 電容倍增器 頻率補償

【摘要】：在各種電子設(shè)備中,運算放大器是常用的重要器件之一,它常用于電子設(shè)備的模擬信息處理電路中,是組成放大、濾波、檢波、采樣、變換等各種電路的重要元件,其性能指標直接影響電子設(shè)備的總體性能。電壓轉(zhuǎn)換速率和低功耗是運算放大器的重要參數(shù)指標。低電壓轉(zhuǎn)換速率會造成信號失真,而低功耗是當今時代電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。但是,為了提高電壓轉(zhuǎn)換速率通常需要更大的供電電流,這會消耗更多的功耗,并且輸出信號會產(chǎn)生更大的過沖和震蕩,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了讓系統(tǒng)穩(wěn)定,則需要更大的頻率補償電容,而這會導(dǎo)致電壓轉(zhuǎn)換速率的下降。因此,在不影響頻率補償,系統(tǒng)保持穩(wěn)定,低功耗的情況下,提高電壓轉(zhuǎn)換速率是急需解決的問題。本文首先設(shè)計了一種基于Rohm 0.18μm技術(shù)的運算放大器,該運算放大器具有可以控制偏置電流的控制端,用于分析偏置電流大小與運算放大器參數(shù)之間的關(guān)系。然后對樣片進行了測試,獲得了偏置電流與截止頻率,相位裕度,電壓增益等參數(shù)的關(guān)系曲線,同時,研究了放大器功耗與響應(yīng)的關(guān)系,分析了電壓轉(zhuǎn)換速率的形成原因和影響因素,為得到低功耗、高速度的設(shè)計提出了理論依據(jù)。在上述仿真和實際測試的基礎(chǔ)上,本文提出了一個能保持低功耗的同時又提高電壓轉(zhuǎn)換速率的改進設(shè)計方案,并利用HSPICE對其進行了性能仿真和驗證。該設(shè)計方案巧妙利用了運算放大器在分別輸入大信號和小信號時不同的響應(yīng)特性,結(jié)合電容倍增器以及電流控制電路,將米勒頻率補償電容成功的縮小了三倍,有效的節(jié)約了芯片的面積。并且該低功耗高速運算放大器可以在不影響頻率補償?shù)那闆r下,有效提高電壓轉(zhuǎn)換速率至5倍以上,極大程度地提高了信號傳輸速度和質(zhì)量。本文設(shè)計的高速運算放大器在典型供電±1.65V時,電壓轉(zhuǎn)換速率達到94V/μs,而功耗只有672μW,實現(xiàn)了低功耗的同時,兼顧了高速化的設(shè)計。該運算放大器可廣泛應(yīng)用于高速通信、高速數(shù)據(jù)采集、多媒體電子等產(chǎn)品設(shè)計中。
[Abstract]:In various kinds of electronic equipment, operational amplifier is one of the important devices commonly used, analog information processing circuit which is commonly used for electronic devices, is composed of amplification, filtering, detection, sampling, and other important components of various transform circuit, its performance directly affects the overall performance of electronic equipment. Voltage conversion rate and low power consumption are important parameters of operational amplifier. Low voltage conversion rate will cause signal distortion, and low power consumption is the development trend of electronic products in the present era. However, in order to improve the voltage conversion rate, more power supply is usually needed, which will consume more power and output signal will cause greater overshoot and shock, resulting in instability of the system. In order to stabilize the system, a larger frequency compensation capacitor is needed, which will lead to a decrease in the rate of voltage conversion. Therefore, it is an urgent problem to improve the voltage conversion rate without affecting the frequency compensation, keeping the system stable and low power consumption. In this paper, we first designed an operational amplifier based on Rohm 0.18 M technology. The operational amplifier has a control terminal which can control the bias current, which is used to analyze the relationship between the bias current and the operational amplifier parameters. And then tested the samples, the bias current and the cutoff frequency, phase margin, curve, voltage gain and other parameters at the same time, studied the relationship between the power amplifier and a response, analyzes the causes and influencing factors of voltage conversion rate, provide the theoretical basis for the design of low power consumption and high speed. Based on the above simulation and practical test, this paper proposes an improved design scheme that can maintain low power consumption while improving voltage conversion rate, and use HSPICE to simulate and verify its performance. The design scheme cleverly utilizes the different response characteristics of operational amplifiers when they input large signal and small signal respectively. Combined with capacitor doubler and current control circuit, the Miller frequency compensation capacitor is reduced by three times, which effectively saves the area of the chip. Moreover, the low power and high speed operational amplifier can effectively increase the voltage conversion rate to more than 5 times without affecting the frequency compensation, which greatly improves the speed and quality of signal transmission. The high speed operational amplifier designed in this paper has a voltage conversion rate of 94V/ s at typical power supply of + 1.65V, and the power consumption is only 672 W, which realizes low power consumption while taking account of the design of high speed. The operational amplifier can be widely used in the design of high speed communication, high-speed data acquisition, multimedia electronics and other products.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.77

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