一种线性增强的低功耗轨到轨运算放大器设计
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作者:
作者单位:

(1.中国科学院半导体研究所固态光电信息技术实验室,北京 100083;2.中国科学院大学集成电路学院,北京 100049;3.中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083;4.中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049;5.中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049)

作者简介:

张子欧(2000.),男(汉族),吉林四平人,硕士研究生,研究方向为高可靠模拟集成电路设计。李文昌(1974.),男(汉族),辽宁沈阳人,博士,研究员,研究方向为高可靠数模混合集成电路技术。通信作者。

通讯作者:

中图分类号:

TN722. 77

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(60906009)


Design of Low-power Rail-to-Rail Operational Amplifier with Enhanced Linearity
Author:
Affiliation:

(1. Laboratory of Solid State Optoelectronic Information Technology,Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083,P. R. China;2. School of Integrated Circuits,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,P. R. China;3. State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures,Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100083,P. R. China;4. Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,P. R. China;5. School of Electronic,Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,P. R. China)

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    摘要:

    针对运算放大器 Class-AB输出级存在的信号失真问题,设计并实现了一种线性增强的低功耗轨到轨运算放大器。基于对短沟道引起的非理想高阶效应的机理分析,提出了一种线性增强浮动电流源结构,在利用跨导线性环控制功耗的同时,有效降低了电路增益非线性度,减少了信号处理过程中的失真问题。电路采用 0. 18 μm CMOS工艺流片,测试结果表明,芯片实现了轨到轨输入输出范围,增益非线性度为 5. 5×10.6,静态电流为 39 μA,开环增益为 119. 5 dB。

    Abstract:

    A low-power rail-to-rail operational amplifier with enhanced linearity is designed and implemented to address the signal distortion problem of the Class-AB output stage of operational amplifiers. Based on a mechanism analysis of the non-ideal higher-order effect caused by the short channel,a linearly enhanced floating current source structure is proposed,which effectively reduces the circuit gain nonlinearity and decreases the distortion problem during signal processing while controlling the power consumption through the application of the translinear loop. A circuit prototype is fabricated using a 0. 18-μm process,and the test results show that the chip realizes a rail-to-rail input-output range with a gain nonlinearity of 5. 5×10.6,a quiescent current of 39 μA,and an open-loop gain of 119. 5 dB.

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  • 收稿日期:2024-11-05
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  • 在线发布日期: 2025-08-22
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