CMOS斩波稳定放大器的分析与研究

斩波稳零放大器原理高精度斩波稳零运算放大器TLC2652作者：清华大学物理系张斌摘要：本文介绍了德州仪器公司生产的TLC2652高精度斩波稳零运算放大器芯片的工作原理、性能及其实用电路，并结合自己的体会，给出了一些电路的应用技巧。

关键词：斩波稳零、高精度放大器、微信号放大一、引言在微弱信号的测量中，常常需要放大微伏级的电信号。

这时，普通的运算放大器已无法使用了，因为它们的输入失调电压一般在数百微伏以上，而失调电压的温度系数在零点几微伏以上。

固然输入失调电压可以被调零，但其漂移则是难以消除的。

德州仪器公司生产的斩波稳零型运算放大器提供了一种解决微信号放大问题的廉价方案。

TLC2652和TLC2652A是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。

斩波稳零的工作方式使TLC2652具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响被降低到了最小，TLC2652非常适合用于微信号的放大。

二、TLC2652的内部结构图一、TLC2652的功能框图下面对TLC2652的内部功能单元作一简单介绍：1、主放大器。

它与一般的运算放大器不同之处在于，它有三个输入端。

除引出芯片外部的同相和反相输入端外，其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端。

2、校零放大器。

它也有三个输入端，但与主放大器相反，在芯片内部的输入端是反相输入端。

3、时钟和开关电路。

内部时钟产生时钟信号，控制各开关按一定的时序闭合与断开。

在14和20引脚的芯片中时钟信号还可从外部引入。

4、补偿网络。

它使电路在较宽的频带内有平坦的响应。

在TLC2652中，电路的高频响应主要由主放大器决定。

5、箝位电路（CLAMP）。

它实际上是一个当输出与电源电压相差接近1V时动作的开关，把CLAMP与运放的反相输入端短接，则其引入的深度负反馈可使电路在过载时的增益大大下降以防止饱和。

它可以加速电路在过载后的恢复。

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言随着电子技术的飞速发展，运算放大器（Op-Amp）在信号处理和数据分析中的应用越来越广泛。

在众多类型的运算放大器中，CMOS（互补金属氧化物半导体）高性能运算放大器因其低功耗、高速度和高精度的特性而备受关注。

本文旨在研究并设计一款CMOS高性能运算放大器，以适应现代电子系统的需求。

二、CMOS运算放大器的基本原理与特点CMOS运算放大器利用互补金属氧化物半导体技术，通过P 型和N型晶体管的组合，实现高精度、低噪声和低功耗的信号处理。

其基本原理是通过差分输入和共源共栅放大的方式，实现信号的放大和传输。

CMOS运算放大器具有以下特点：1. 高精度：由于采用差分输入方式，CMOS运算放大器具有较高的共模抑制比（CMRR），能够有效抑制共模噪声。

2. 低噪声：CMOS器件的噪声性能优异，能够满足低噪声信号处理的需求。

3. 低功耗：CMOS器件具有较低的电压摆幅和较低的静态电流，从而实现低功耗设计。

三、高性能CMOS运算放大器的设计要求为了满足现代电子系统的需求，高性能CMOS运算放大器的设计应遵循以下要求：1. 宽动态范围：能够处理大信号输入范围，并保持较高的增益和精度。

2. 高带宽：具备较快的响应速度，以适应高速信号处理的需求。

3. 低噪声：在保持高增益的同时，尽可能降低噪声性能，提高信噪比。

4. 低功耗：在保证性能的前提下，尽可能降低功耗，延长电池使用寿命。

四、CMOS高性能运算放大器的设计方法针对上述设计要求，本文提出以下设计方法：1. 优化电路结构：采用差分输入、共源共栅放大的电路结构，提高电路的对称性和稳定性。

同时，通过优化晶体管尺寸和偏置电流，提高电路的增益和带宽。

2. 降低噪声性能：通过优化电路布局、减小晶体管失配以及采用低噪声器件等方法，降低电路的噪声性能。

3. 降低功耗：采用低电压摆幅和低静态电流的设计方法，降低电路的功耗。

同时，通过优化偏置电路和电源管理策略，进一步提高功耗性能。

ICL7650CMOS 斩波集成运放简介及应用文亚凤,赵莲清,刘向军(华北电力大学　北京　102206)摘　要:介绍了ICL7650CMOS 斩波集成运算放大结构和性能,输入级使用MOS 场效应管,采用斩波自动稳零结构,附带调制和解调等措施,具有输入偏置电流小,低失调电压和温度漂移以及精密的反馈特性和高的共模抑制比能力。

并采用该器件实现了一个积分电路,该电路零位可以调整,抑制干扰,降低噪声,是很好的传感器信号预处理电路。

关键词:ICL7650;运算放大器;积分电路;MOS 场效应管中图分类号: 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2006)1201902Introduction and Application of IC L7650CMOS Chop Operational Amplif ierWEN Yafeng ,ZHAO Lianqing ,L IU Xiangjun(North China Electric Power University ,Beijing ,102206,China )Abstract :The structure and capability of ICL7650CMOS chop operational amplifier is introduced in this paper.TheMOS is used in the in port and the autozero structure is adopted in chop.The amplifier has additional modulation and de 2modulation ,and has the advantage of small input bias current ,low maladjustment voltage and temperature excursion ,exact feedback speciality and high common mode control ratio.An integral circuitry is implemented by the amplifier.The circuitry ze 2ro can be adjusted ,the disturbance can be controlled ,the noise can be reduced.It is better preprocess circuitry for sensor sig 2nal.K eywords :ICL7650;operational amplifier ;integral circuitry ;MOS field effect transistor收稿日期:200603231　引　言集成电路是在半导体制造工艺的基础上实现元件、电路和系统三结合的一种半导体器件。

一种斩波失调稳定仪表放大器的研究与设计[导读] 采用斩波失调稳定技术设计了一种包括辅助运放和主放大器的仪表放大器。

辅助运放采用内置解调器结构，形成低噪声和低失调电压来调节主运放的噪声和失调，使输出极点成为主极点，无需低通滤波器。

仪表放大器的带宽由主运放决定。

本电路采用TSMC 0.35 μm 5 V混合信号工艺设计，利用Cadence公司Spectre进行仿真。

结果表明，电路开环增益达87.3 dB，增益带宽积12 MHz，共模抑制比可达117 dB。

仪表放大器是把关键元件集成在放大器内部，它源于运算放大器，但优于运算放大器。

其低噪声、低失调、高共模抑制比、高输入阻抗等是仪表放大器的重要指标。

目前降低1/f噪声和失调的方法有:微调技术、自动归零技术和斩波技术。

微调技术无法降低放大器的1/f噪声和温度漂移。

自动归零技术是一种采样技术，通过对低频噪声、失调进行采样，然后在运算放大器的输入或输出端，把它们从信号的瞬时值中减去，实现对1/f噪声和失调的降低，因为该技术对宽带白噪声是一种欠采样过程，所以会造成白噪声的混叠[1]。

斩波技术采用调制和解调的方法，把1/f噪声和失调调制到高频端，再经过低通滤波器滤除，而有用信号经过调制后，又解调到基带，这种技术没有白噪声混叠的缺点，但是其斩波频率限制了其带宽。

本文设计的仪表放大器，同时应用了斩波稳定技术[2]和自动归零技术[3]来降低1/f噪声和失调电压的影响，具有高的共模抑制比、低失调电压以及能够动态补偿失调电压的特点。

1 斩波技术的基本原理斩波原理图如图1所示。

斩波技术通过把输入信号和方波信号调制，再经同步解调和低通滤波后得到所需要的信号，它实质上并没有消除失调，而是把失调电压和低频噪声调制到高频，然后通过低通滤波器把高频处的失调电压和噪声滤除掉。

在理想情况下，斩波运放能够完全消除直流失调和低频噪声(主要是1/f噪声)。

斩波调制原理如图1所示，假设Vin、V out分别是输入、输出信号电压，A为放大器的增益，Vch是周期性方波信号，fch2 斩波失调稳定技术斩波过程会产生很多混频产物，包括斩波频率和输入信号的和、差项。

摘要随着集成电路工艺的发展，CMOS电路由于其低成本、低功耗以及速度的不断提高，在集成电路中获得越来越广泛的应用。

CMOS运算放大器也因其独特的性能优势常被用于模拟集成系统或子系统中，它的性能的好坏直接决定了整个模拟集成系统性能的好坏。

因此，有必要对用CMOS运算放大器进行深入的学习和研究。

CMOS运算放大器作为模拟集成电路最重要的功能模块，其设计一般包括以下几个步骤：确定设计要求；设计或综合；仿真；几何版图设计；版图后仿真；流片；测试。

本论文主要对两级CMOS运算放大器进行了前端设计及仿真。

论文在确定了两级CMOS 运放设计规范要求的基础上，设计了两级CMOS运算放大器的基本电路结构，分析了各组成模块的电路功能，，通过分析性能参数与MOS管几何参数的关系，得到了电路中各MOS管的宽长比。

论文在介绍仿真环境OrCAD的结构特点及其工作性能的基础上，对所设计的电路进行了PSpice软件仿真，得到了设计电路的直流工作点、瞬态以及频率特性的仿真结果。

仿真结果分析表明所设计的电路符合预期的设计要求和设计指标，也验证了设计的两级CMOS运算放大器的可靠性和可行性。

关键词：CMOS；运算放大器；PSpice仿真；小信号放大；频率响应AbstractWith the development of CMOS technique, CMOS integrated circuits have become the mainstream of integrated circuits techniques, due to its low cost, low power consumption and continuously improved speed. As the CMOS process has good performance merits, therefore the operational amplifier combined with CMOS technique has been widely used because of its unique performance.As the most important functional module in analog integrated circuits, the design of CMOS operational amplifier includes several steps as follows: determination design requirements, design or synthesis, simulation, design geometric layout, post-layout simulation, tape-out and test. The formal steps of the design of the two-stage CMOS operational amplifiers was provided in this paper, and the basic circuit structures of the two-stage CMOS operational amplifier was introduced. Based on determining the op-amp design specifications, the relationship between performance parameters and transistor geometry parameters was analyzed and the ratio of the transistors width to length was calculated. As a kind of simulation tool, the structural characteristics and work performance of OrCAD was described in detail. The feasibility of the design was determined by using PSpice simulation. Analysis of bias point, transient and the frequency characteristics of the circuit have been completed in this paper, and the simulation results showed that the designed circuit meets the design requirements and targets, also design the reliability and feasibility of the two-stage CMOS operational amplifier has been comfired.Key words: CMOS；Operational amplifier；Pspice simulation；Small signal amplification；Frequency response毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

CMOS高性能运算放大器研究与设计CMOS高性能运算放大器研究与设计摘要：运算放大器(Operational Amplifier, 简称Op-Amp)作为模拟电路设计中重要的基础器件之一，在信号处理和电路控制中发挥着重要作用。

本文针对CMOS高性能运算放大器进行了深入的研究和设计，旨在提高其性能指标，以满足当前高速高精度模拟电路设计的需求。

1. 引言随着科技的不断发展，模拟电路的应用范围越来越广泛。

而运算放大器作为模拟电路中重要的核心器件之一，能够对输入信号进行放大、滤波、整形等各种处理，被广泛应用于滤波器、功率放大器、传感器信号处理等领域。

CMOS技术作为当前集成电路设计中主流技术，具有高集成度、低功率消耗等优势，因此使用CMOS工艺实现高性能运算放大器成为了研究的热点。

2. CMOS运算放大器的基本结构CMOS运算放大器主要由差分对和级联放大器组成。

其中，差分对由两个相对副输入端的输入晶体管和两个负载电阻组成，起到输入信号的差分放大作用。

级联放大器由若干个共源共栅放大器级联组成，主要负责增益放大。

3. 高性能运算放大器的性能指标高性能运算放大器的性能指标包括增益、带宽、输入输出阻抗、共模抑制比、失调电压等。

为了提高运算放大器的性能，需要在设计过程中对这些参数进行优化。

4. 运算放大器的失调问题及校正方法在实际应用中，由于工艺制程等因素的不确定性，运算放大器存在失调问题，即输入零点漂移、增益漂移等。

为了解决这些问题，研究人员提出了多种校正方法，如自校正技术、校正电路等。

5. 带宽增强技术带宽是运算放大器的另一个重要性能指标，直接影响其高频响应能力。

为了增强运算放大器的带宽，可以采用多级放大器结构、瞬态电流技术等方法。

6. 降低功耗的技术随着电池技术的发展，对于功耗的要求越来越高。

为了降低运算放大器的功耗，可以采用互补折叠差分电流源技术、动态偏置电流源技术等方法。

7. CMOS运算放大器的应用CMOS高性能运算放大器在模拟电路设计中具有广泛的应用，如滤波器、传感器信号处理、音频放大器等。

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言随着集成电路技术的飞速发展，CMOS（互补金属氧化物半导体）高性能运算放大器在电子系统中的应用越来越广泛。

其性能的优劣直接影响到整个电路系统的性能。

因此，对CMOS高性能运算放大器的研究与设计显得尤为重要。

本文将介绍CMOS高性能运算放大器的研究背景、意义以及设计方法和关键技术。

二、CMOS高性能运算放大器的研究背景与意义CMOS运算放大器作为一种核心的模拟电路元件，具有低噪声、高精度、低功耗等优点，广泛应用于各种电子设备中。

随着科技的发展，对运算放大器的性能要求越来越高，如更高的增益、更低的噪声、更快的响应速度等。

因此，研究与设计CMOS高性能运算放大器对于提高电子设备的性能、推动科技进步具有重要意义。

三、CMOS高性能运算放大器的设计方法1. 拓扑结构选择：选择合适的拓扑结构是设计高性能CMOS 运算放大器的关键。

常见的拓扑结构包括套筒式、折叠式、差分式等。

根据应用需求，选择合适的拓扑结构以实现所需的性能指标。

2. 参数设计：在确定拓扑结构后，需要进行参数设计。

包括确定放大器的增益、带宽、噪声等性能参数。

这些参数的合理设计将直接影响放大器的性能。

3. 电路仿真与优化：利用电路仿真软件对设计进行仿真，验证设计的可行性和性能。

根据仿真结果，对电路进行优化，以提高性能指标。

4. 版图设计与验证：将电路设计转化为版图，并进行验证。

在版图设计中，需要考虑工艺、布局、走线等因素，以确保最终产品的性能。

四、关键技术1. 低噪声设计：降低噪声是提高CMOS运算放大器性能的重要手段。

通过优化电路结构、采用低噪声器件、降低电源电压等方法，可以有效降低噪声。

2. 高增益设计：高增益是CMOS运算放大器的关键性能指标之一。

通过优化电路拓扑、采用增益提升技术等方法，可以提高放大器的增益。

3. 高速响应设计：为了提高响应速度，需要降低电路的寄生电容和电阻。

通过优化电路布局、采用高速器件等方法，可以降低寄生参数，提高响应速度。