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当前,运算放大器及其反馈网络可用于实现输入模拟信号之间的多种数学运算及信号处理,这些信号处理电路的性能主要取决于运算放大器的性能,研究提高运算放大器性能的设计方法和电路结构有重要的理论意义和实用价值。用于衡量运算放大器性能的众多指标之中,增益和功耗是最主要的性能参数,然而两者往往难以同时实现,需要根据具体应用进行折中,为解决高精度要求的ADC/DCA、仪表放大器及音频放大器等应用场合对高增益、低功耗运算放大器的要求,本文以提高运算放大器的增益和降低运算放大器的功耗为主要任务,开展了如下研究。本文首先设计了一款高增益的三级运算放大器,采用五管全差分、套筒式共源共栅和典型共源极作为放大级,并设计了共模反馈、频率补偿和偏置电路。基于运放的零极点理论和极点分裂效应,分别对该运放应用了嵌套式密勒补偿(NMC)和阻抗调节补偿(IAC)技术。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺库中耐压值3.3V的晶体管及HSPICE软件该运放进行了仿真,当电源电压为3V时,其开环增益为155d B,单位增益带宽为110MHz,采用NMC补偿结构时其相位裕度为84°、静态功耗为7.07m W,采用IAC补偿结构时其相位裕度为58.3°、静态功耗为7.14m W。为了提高低电压低功耗情形下运算放大器的增益,对比研究当前增益提高的设计方法后,本文设计了一款低功耗且具有较高增益的三级运算放大器。第一级为全差分输入级,第二级为互补型交叉耦合电流镜负载放大器,在继承电流镜负载高增益优点的同时实现了双端输出,第三级为共源极结构以增大输出摆幅,放大电路均使用Self-Cascode增加输出阻抗以提高增益。此外还设计了共模反馈、频率补偿及偏置电路。基于运放的零极点理论和极点分裂效应,采用阻尼因子抑制补偿(DFCFC)技术进行频率补偿以保证运算放大器的稳定性。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺库中耐压值1.8V的晶体管,分别用HSPICE软件和Cadence软件对所设计的运算放大器进行了仿真。当电源电压为1.8V时,其增益为123d B,相位裕度为62°,单位增益带宽为76MHz,静态功耗为0.512m W;当电源电压为1.3V时,其增益为90.8d B,相位裕度为62.3°,单位增益带宽为70MHz,静态功耗为0.176m W。仿真结果表明,降低电源电压并使用Self-Cascode电路结构后,运算放大器的功耗显著降低且获得了较高的增益,这些研究成果为低功耗、高增益运算放大器的设计提供了参考思路。