發(fā)布時(shí)間：2018-01-28 03:59

  本文關(guān)鍵詞： 運(yùn)算放大器 雙極型工藝 低噪聲 等效輸入噪聲電壓　出處：《電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：運(yùn)算放大器在如今的電路系統(tǒng)中隨處可見,并且現(xiàn)在的運(yùn)算放大器大都是具有特殊性能的專用運(yùn)放。運(yùn)放對微弱的信號(hào)非常敏感,很容易被環(huán)境中或者內(nèi)部的噪聲信號(hào)所影響,當(dāng)噪聲的數(shù)量級與有用信號(hào)的數(shù)量級相同時(shí)會(huì)對輸出信號(hào)造成嚴(yán)重的影響。那么運(yùn)放的噪聲特性就顯得相當(dāng)重要,因此降低運(yùn)放的噪聲具有非常重大的意義。同時(shí)雙極型工藝相比于MOS工藝,具有較小的失調(diào)、較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及更好的噪聲特性等,所以絕大部分高精度運(yùn)放都采用雙極型工藝。本文主要致力于設(shè)計(jì)一款基于雙極型工藝的低噪聲運(yùn)放。從工藝、器件、電路結(jié)構(gòu)、電路參數(shù)四個(gè)角度介紹了運(yùn)放低噪聲的實(shí)現(xiàn)方法;輸入級運(yùn)用電阻負(fù)載差分對結(jié)構(gòu)和偏置電流消除電路以減小運(yùn)放的噪聲電壓和輸入偏置電流、中間級運(yùn)用折疊式共射共基結(jié)構(gòu)以提高運(yùn)放的增益、輸出級運(yùn)用雙緩沖輸出結(jié)構(gòu)以提高運(yùn)放的帶負(fù)載能力和輸出電壓擺幅;設(shè)計(jì)合適的基準(zhǔn)電流源以及偏置電路為運(yùn)放提供合理的偏置電壓;設(shè)計(jì)典型的密勒補(bǔ)償電路以及前饋補(bǔ)償電路以提高運(yùn)放的穩(wěn)定性;文章詳細(xì)推導(dǎo)了運(yùn)放的各項(xiàng)主要參數(shù)如等效輸入噪聲電壓、輸入失調(diào)電壓、開環(huán)增益、轉(zhuǎn)換速率等。本課題采用上海先進(jìn)3μm的Bipolar工藝,運(yùn)用HSPICE軟件仿真,結(jié)果表明,當(dāng)供電電壓為±15 V時(shí),在1 kHz時(shí)的等效輸入噪聲電壓為2.465 nV/Hz;輸入失調(diào)電壓為0.0146 mV,開環(huán)增益達(dá)到131.3 dB,共模抑制達(dá)到170 dB,單位增益帶寬為6.06 MHz,相位裕度為51.7°,轉(zhuǎn)換速率為2.61 V/μs。在版圖的設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用一層金屬布線,最終通過版圖驗(yàn)證,版圖面積為4100μm×2590μm。因此,本文所設(shè)計(jì)的運(yùn)放不僅具有極低的噪聲,在其他方面也表現(xiàn)出色,基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
[Abstract]:Operational amplifiers can be seen everywhere in today's circuit systems, and most of them are special operational amplifiers with special performance. Operational amplifiers are very sensitive to weak signals. It is easy to be affected by the noise signal in the environment or inside, when the order of magnitude of the noise is the same as the order of magnitude of the useful signal, it will have a serious impact on the output signal. Therefore, reducing the noise of operational amplifier is of great significance. At the same time, compared with MOS process, bipolar process has smaller misalignment, stronger current driving ability and better noise characteristics. Therefore, most of the high-precision operational amplifier uses bipolar technology. This paper mainly focuses on the design of a bipolar process based on low-noise operational amplifier. From the process, devices, circuit structure. The realization method of low noise operation amplifier is introduced from four aspects of circuit parameters. The input stage uses the resistor load difference to eliminate the structure and the bias current to reduce the noise voltage and the input bias current of the operational amplifier, and the middle stage uses the foldable common base structure to improve the gain of the operational amplifier. The output stage uses a double buffer output structure to improve the load capacity and output voltage swing of the operational amplifier. A suitable reference current source and a bias circuit are designed to provide a reasonable bias voltage for the operational amplifier. The typical Miller compensation circuit and feedforward compensation circuit are designed to improve the stability of operational amplifier. The main parameters of operational amplifier, such as equivalent input noise voltage, input offset voltage, open-loop gain, conversion rate and so on, are derived in detail. Shanghai advanced 3 渭 m Bipolar technology is adopted in this paper. The simulation results with HSPICE software show that the equivalent input noise voltage at 1 kHz is 2.465nV / Hz when the supply voltage is 鹵15V; The input offset voltage is 0.0146 MV, the open-loop gain is 131.3 dB, the common-mode suppression is 170 dB and the unit gain bandwidth is 6.06 MHz. The phase margin is 51.7 擄and the conversion rate is 2.61 V / 渭 s. A layer of metal wiring is used in the layout design process, which is verified by layout. The layout area is 4100 渭 m 脳 2590 渭 m. Therefore, the operational amplifier designed in this paper not only has very low noise, but also performs well in other aspects.
【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】：2015
【分類號(hào)】：TN722.77

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本文編號(hào)：1469703