CMOS运算放大器的研究与发展趋势论文.doc

1、目 录摘要1关键词1Abstract1key words11 引言21.1 研究背景及意义21.2 国内外研究动态22 基本理论32.1 MOS管概述32.1.1 MOS管大信号模型32.1.2 MOS管的交流小信号模型82.2 运算放大器的主要性能指标93 运算放大器的研究123.1 差分式运算放大电路123.2 折叠式运算放大电路133.3 套筒式运算放大电路154 运算放大器的发展趋势174.1 通信和视频应用使高速运放成为焦点184.2 便携式应用催生低电压/低功耗运算放大器194.3 精密运算放大器194.4 通用运放在传统应用领域仍有发展空间195 小结20参考文献21致 谢22C

2、MOS运算放大器的研究与发展趋势王承智（湖南大学 湖南 娄底 417000）摘 要：由于运算放大电路是许多模拟系统和混合数字信号系统中的一个完整部分，而且也是构成这些系统的基本单元，所以在进行设计和优化中占据着一个重要的位置。运算放大器单元性能的提高，能够使得整个系统的性能上一个台阶。本文从CMOS运算放大电路的基本参数出发，介绍了运算放大器的主要指标：开环增益、输出摆幅、转换速率、噪声等，并对MOS管的电学特性做了详细的分析。其次，分析了目前常见的放大电路结构，主要有基本的全差分结构、折叠式结构、套筒式结构。最后结合现在运算放大器在各个领域的应用情况对未来的发展趋势做了一个预测。关键词：运算

3、放大器；套筒式；差分结构；折叠式The Research and Development Trends of CMOS Operational AmplifierWang ChengzhiAbstract：The operation amplifier circuit is an integral part of many simulation system and mixed digital signal system, and is constitute the basic unit of these systems, so it is important during the desig

4、n and optimization. The improvement of the operational amplifier unit performance can make the overall system performance to a higher level of research. This article firstly have introduced the basic parameters of CMOS operation amplifier circuit, included: the open-loop gain, output swing, slew rat

5、e, noise and so on, furthermore we make a detailed analysis of the electrical characteristics of MOS. Secondly, the paper have analysis the current structure of the common amplifier circuit, also it includes basic fully differential structure, folding structure, telescopic structure. Finally,It have

6、 made a forecast based on the now operational amplifier application.Key Words：Operational Amplifier; Telescope-Feed; Difference Structure; Folding1 引言1.1 研究背景及意义近年来，电子产品的种类越来越多，特别是半导体集成电路产品，广泛涉及到军事，民用领域的各个方面。现在一些热门的如计算机、多媒体技术、数字信号处理、通信等行业，人们对其性能的要求也越来越高，这些要求包括高的处理速度、高的运算精度、低的功耗等几个主要方面。这对设计和生产也带来了很大的

7、压力和动力，也是一个很迫切需要解决的问题。要解决这个问题，就要求我们在这类产品的内部的电路结构，以及器件材料以及工艺等多方面进行研究，是一个非常广泛的课题。但是如果对电路结构进行研究，首先就要考虑的就是运放大电路。因为运算放大器是许多模拟系统和混合数字信号系统中的一个完整部分，而且也是构成这些系统的基本单元。例如在运算放大电路在模拟运算、信号处理、模数和数模转换器以及有源滤波器等等许多方面有广泛的应用。这些系统的性能在很大程度上都是受到内部运算放大器性能的影响，以至于成为这些性能突破的瓶颈。1.2 国内外研究动态集成运放的不断发展，电路的性能也在不但提高，其应用领域也目益增大。而对于基本的放大

8、电路，在低压、高增益以及低功耗等方面也有进一步的发展，特别是对于套筒式放大电路，国外开展了极其广泛的研究。从1981年至今已经有三百多篇这方面的文章陆续发表在IEEE上面，现在仍然是研究的热门课题。从这些的研究成果中，我们可以看到国际上运算放大电路设计的最新动态。Kush Gulatih和Hae Seung Lee于2008年IEEE上发表的文章中摆幅在-2.45+2.45之间，3.3v的供电电源具有90db的差动增益以及90MHz的增益带宽，共模抑制比(CMRR)也超过50db1。还有在2009年4月，Shying Xiong和Min She共同发表的文章中运放的开环增益在80db以上，整个

9、运放的动态范围在71db，单位增益带宽在500MHz以上(在低速为513MHz，中速为514MHz，高速为567MHZ)2。国内的工作相对而言要少一些，主要有复旦大学朱臻等人在2009年的复旦大学学报上发表一文中，设计了一个带宽为590MHz，开环增益为90dB，功耗为15mW，能够满足高速A/D转换器所有性能指标的运放3。以及西安大学黄立中等人发表的文章一文中介绍了他们设计的运放在1.5pf下单位增益频率为105MHz，开环增益为80dB，建立时间小于20ns的高性能运放4。这些都说明目前对基本的运算放大电路的要求越来越高，而且搞好基础研究，有利于电路设计的整体发展。2 基本理论2.1 MO

10、S管概述2.1.1 MOS管大信号模型先给出适合计算的简单大信号模型，然后再扩展此模型，包含电容、噪声源和欧姆电阻等等。（1）MOS管简单大信号模型NMOS管的工作偏置条件及输出曲线如图2.1和图2.2所示6： 图2.1 NMOS管的工作偏置图 图2.2 NMOS管的输出曲线一般据输出曲线可把NMOS管的工作状态分为五个工作状态区1）当时，MOS管工作在截止区，此时NMOS管不能产生导电沟道，工作于开路状态，漏源极电流为0。2）当时，MOS管工作在饱和区，在此工作状态时，导电沟道被夹断，漏源电流几乎不变，为一常量，其V-I特性可用以下方程表示：（2-1）3）当时，MOS管工作在非饱和区（线性区

11、），其V-I特性可用以下方程表示： （2-2）以上两式中：称为器件的跨导系数；其余参数含义如下：沟道表面电子迁移率； ：单位面积栅电容；：真空介电常数； ：栅氧化层厚度；：晶体管栅极宽度； ：晶体管栅极长度；：沟道长度调制系数。以上两公式中项为器件沟道调制效应对器件工作状态的影响，一般情况下，值较小，几乎为零，所以沟道调制效应对器件的影响在手工分析它的电流时可不考虑。4）弱反型区当MOS管的栅源电压低于其阈值电压时，称管子工作在弱反型区，根据MOS体管弱反型区电特性的理论，其漏源电流为： （2-3）当器件工作在饱和区时，忽略项，所以 （2-4）式中表示MOS管的宽长比，、分别表示栅极、源极、漏

12、极对衬底的电位；为热电压，即，常温下约为25mV；m为弱反型区下的斜率因子，是与衬底偏置调制系数有关的系数；称为特征电流，表示MOS管的宽长比为1以及各电极对衬底电位为零时的漏极电流。的表达式为： （2-5）的典型值在2nA到200nA。值得注意的是，由于漏极电流小于特征电流，弱反型下的有效栅源电压实际上是一个负值。这也表明，MOS管工作在弱反型下其栅源电压要低于强反型下，从而更加适合在低电压设计中的使用。弱反型下，MOS管的跨导可表示为： （2-6）从上式中可以看到，弱反型下MOS管的跨导只依赖于漏极电流。如果在设计中为了达到较好的高频性能，要求MOS管有较大的跨导，则需增大管子的漏极电流。

13、然而，漏极电流若增加过大的话，MOS管将脱离弱反型区而进入强反型区5。虽然同时增加管子的宽长比可以将管子限制在弱反型区，但这种方法并不总是有效，尤其是放大器带宽要求高时，因为增加管子的尺寸将不可避免的增加器件的寄生电容。5）中反型实际上，MOS管在弱反型到强反型区域之间的变化是连续的，这个区域成为中反型区。近似地，中反型区的漏极电流大小为： （2-7）（2）MOS管完整的大信号模型大信号模型还应包括其他特性，如源/漏和衬底间的结特性、源/漏欧姆电阻以及各种电容等。完整的大信号模型如图2.3所示。图2.3中的二极管表示源与衬底间和漏与衬底间的结，MOS晶体管正常工作时这些二极管必须总是处于反偏状

14、态，它们在直流模型中的主要影响是漏源电流，这些电流可以表示为： （2-8） （2-9）其中为结的反向饱和电流、为电子电荷、为玻耳兹曼常数、是绝对温度。图 2.3 MOS晶体管的完整大信号模型电阻和分别表示漏极和源级的欧姆电阻，其典型值约为50至100，对晶体管没有很大的影响。MOS管中的电容可分三类12，第一类电容有和，分别和漏/衬底及源/衬底结的反偏耗尽层有关；第二类电容都接在栅极，包括有、和，其数值和晶体管的工作状态有关；第三类是寄生电容，和晶体管的工作状态无关。耗尽层电容是加在pn结两端电压值的函数，它的表达式为：当时， （2-10）当时， （2-11）其中，对于和，X分别表示S或D；F

15、C为正向偏置结电容修正系数，约等于0.5；PB为结势垒，与结的两端的掺杂浓度有关；为结面积；MJ为结的梯度因子，对于突变结值为1/2，缓变结为1/3；对于的值为： （2-12）图2.4是MOS器件的剖面图8，它示出了MOS器件的电荷储存电容的各组成部分。其中和是上面所介绍的源/衬底和漏/衬底间的结电容。及是交叠电容，是由于两各导体交叠（并由介质隔离开）形成的电容，由于源和漏在多晶硅栅极横向扩散形成的，交叠程度由LD表示，交叠电容约为： （2-13）为有效沟道宽度，CGXO（X=S或D）为由于源栅或漏栅交叠引起的交叠电容，单位为F/m。图2.4 MOS器件的大信号电容另一个重要的交叠电容是由于栅

16、和衬底间交叠引起的电容，用表示，如图2.5，同样它的表达式为： （2-14）为有效沟道长度，CGBO为由于栅和衬底交叠引起的交叠电容，单位为F/m。图2.5 栅/衬底间的交叠电容是栅/沟道间的电容，表达式为： （2-15）是沟道/衬底间的电容，它是结耗尽层电容，如同和一样随电压变化而变化。当保持恒定不变，使从零开始增加时，可以看出当MOS管处于不同的工作区域时，、和的大小是不同的。2.1.2 MOS管的交流小信号模型当NMOS管在直流偏置作用下工作于饱和区时，其交流小信号等效模型如图2.6所示，图2.7是其简化等效电路模型，适合于人工分析。在电路计算中，由MOS管的大信号模型算出电路的静态工作

17、点后，就必须由小信号等效模型来分析电路。小信号模型是能简化计算工作的线性模型，它是在一定的电压电流下有效，它的各项参数依赖于大信号模型参数和直流变量。图2.6 MOS管交流小信号等效模型图2.7 MOS管小信号简化模型假定漏极和源极的欧姆电阻与大信号模型中的相等，由于对MOS晶体管影响不大，这里没画出来。同样也假定在小信号模型中的、和分别和大信号模型中的、和相等。在饱和区各参数的具体表达式如下： （2-16） （2-17） （2-18） （2-19） （2-20）其中： (对NMOS) （2-21） (对PMOS) （2-22）称为衬底阈值参数：、分别为受主和施主掺杂浓度，为饱和沟道表面电位，

18、NMOS中为负值，PMOS中为正值。2.2 运算放大器的主要性能指标20年前，多数的运放被设计成通用的模块，适应不同的要求。这些努力，企图制造一种“理想”的运放，既具有高的电压增益、高的输入阻抗以及非常低的输出阻抗，又具有良好的速率、输出摆幅等。实际上，满足上述的某些性能不可避免地要牺牲其它性能为代价。这是因为运算放大器的各个参数之间相互制约，相互影响。所以我们今天的运放设计，从开始就认识到各个参数之间的折中关系，在整体中进行多方面的综合考虑。这里我们具体的介绍一下目前运放的性能中一些重要的指标参数，主要有开环增益、单位增益带宽、输出摆幅、建立时间、噪声等。（1）开环增益开环增益即开环差模电压

19、增益，是指运算放大电路正常工作，接入规定负载，无反馈情况下的直流差模增益。开环增益与输出电压有关，通常是在规定的输出电压幅度测得的值。现在运算放大电路的开环增益受其使用环境所控制。一般对于集成电路而言，其增益要求就比较严格，以确保精度。例如常用的模数转换器(ADC)，其中集成的运算放大器的增益，就是由这个ADC的每一级的增益误差容限所决定。假如整个ADC的总的误差容限为LSB/2(LSB，最小有效位)，那么这个N位的ADC的运算放大电路的开环增益有： （2-23）（2）开环带宽运算放大电路工作在高频环境中，工作频率变化时，其开环增益也随之发生变化。一般表现为工作频率增加，开环增益下降。开环带宽

20、就是描述运算放放大器稳定工作的频率区间9，也称之为3dB带宽，是指开环差模电压增益下降3dB时对应的频率。（3）输出摆幅输出摆幅即输出信号的幅度范围。现在使用运放的系统要求大的电压摆幅以适应大范围的信号值7。例如，能响应管弦乐队音乐的高质量的话筒可以产生的瞬时电压范围大于四个数量级。所以对大摆幅的需求使全差分的运放使用相当普遍。但是，由于对于运算放大电路，最大的电压摆幅与器件尺寸、偏置电流、速度之间，其性能指标是相互制约、可以互换的。这对于运放设计而言，大的摆幅是一个很重要的课题。（4）转换速率转换速率是测量输出信号的最大斜率变化的量，其定义为放大电路在闭环状态下，输出为大信号(例如阶跃信号)

21、时，放大电路输出电压对时间的最大变化率，对于一般的单端运算放大器。但是在大信号的高速处理中，并不希望转换这种现象存在，因为在转换期间，输入输出关系是非线性的，转换放大器的输出会表现出很大的失真。（5）建立时间建立时间是用来描述电路的输出信号的稳定状况，输入的信号经过工作电路后，输出信号经过一定时间内的起伏最后趋近稳定。对于阶跃响应信号，建立时间包括建立时间和保持时间。（6）电源抑制比运算放大器的电源线上的噪声也会对输出信号造成影响，因此必须适当地“抑制”噪声。而电源抑制比就是测量运算放大器抑制这种偏差的程度的量。一般定义它为：从输入到输出的增益除以从电源到输出的增益。因为现在的运算放大器逐渐出

22、趋向于低压低功耗，对供电电源的要求也越来越高。（7）共模抑制比共模抑制比是用来说明差分式放大电路抑制共模信号的能力的一项技术指标，其定义为放大电路对差模信号的电压增益与对共模信号的电压增益之比的绝对值，即： （2-24）差模电压增益越大，共模电压增益越小，则共模抑制能力越强，放大电路的性能越优良，因此希望值越大越好。共模抑制比有时也用分贝(dB)数来表示： （2-25）（8）功耗由于越来越多运算放大电路应用于便携式设备以及电池电源供电，电路的功耗就值得关注了。特别是现在的笔记本电脑，由于发热以及工作时间等问题，对电脑性能有一定的影响，也对使用者引起一些不方便。所以减小功耗能够使得系统更加精简，

23、也使得电源的寿命更长久，而且也能使得芯片在一个适当的温度下工作。（9）噪声噪声限制了电路能够正确处理的最小信号电平，所以它与功耗速度忽然线性度之间是相互制约，是一个重要的参数。而集成电路处理的模拟信号主要会受到两重不同类型的噪声损坏：器件噪声和“环境”噪声，环境噪声(表面上)指电路所受到的电源或地线或者衬底的随即干扰。这里主要讨论器件噪声：热噪声和闪烁噪声()的概念。 热噪声：由导体中的电子随机热运动产生，也称之为约翰逊噪声。其表达式为： （2-26）其中k是波尔兹曼常数，R是热噪声等效电阻。MOS晶体管也有热噪声，最大噪声是在沟道中产生，可以证明，对于工作在饱和区的长沟道MOS器件，可以用一

24、个连接在漏源两端的电流源来模拟，在长沟道器件中，y一般取值为，在亚微米模型中，还有待研究。闪烁噪声（噪声）：是由半导体中的载流子的陷阱随机捕获或者释放载流子而形成。在实际中，其噪声平均功率并不容易测得。噪声一般作为一串联于晶体管栅极的电压源，在低频时起主要作用。典型的噪声功率谱密度表达式为： （2-27）3 运算放大器的研究前面我们介绍了电路的一些指标，这里对具体的电路进行分析。主要介绍当前的一些运放的结构，主要是基本的差分结构、折叠式和套筒式的运算放大电路结构，介绍其性能特性以及详细的电路分析。3.1 差分式运算放大电路（1）基本结构图3.1 基本全差分运放的结构如图3.1所示的运放是一种最

25、简单全差分运放电路，它是由PMOS管作为输入管，NMOS管作为负载管组成。这种运算放大电路的最大优点就是能够提供大的输出摆幅。通过计算有： （3-1）（2）性能分析这种结构虽然能够提供高的输出摆幅，但是其开环增益有限13，分析其小信号增益有： （3-2）用器件的尺寸表示有： （3-3）公式(3-3)虽然说明了在一定工艺下晶体管参数对其的影响，但是实际中因为从输出管的漏端看到的输入阻抗最大只能达到100K欧姆，如果该电路的输入跨导只有5mS，那么这种结构能够提供的最大增益就只有40dB了。3.2 折叠式运算放大电路（1）折叠运放的拓扑结构 图3.2 折叠结构的拓扑图如图3.2所示，这种结构主要的

26、优点在于对电压电平的选择10，它在输入管上端并不“层叠”(stack)一个共源共栅管。所以输出摆幅的最小值为(，)，最大值为(，)，输出摆幅为(，)。（2）增益的计算利用图3.3所示的小信号图，利用，我们分别计算出和。在图3.3中，电路的输出电流约等于晶体管Ml的漏电流，并且从晶体管M3看到的阻抗大大地低于即： （3-4）则有： （3-5）选择计算：图3.3 折叠结构的分析图在图3.4中， （3-6）那么有： （3-7）所以 （3-8）在如图3.4的折叠式共源共栅运放结构，采用的是PMOS管对作为输入管，而相对于NMOS管对而言，它的跨导是比较低的，并且在图3.4中，晶体管M5和M1并联，减小

27、了输出阻抗，特别是流过M5的电流既有流经输入管的，也有流经共源共栅管的，所以对电路的性能也有影响。而且相对于下面将要介绍的套筒式结构运放而言，折叠运放的开环增益要小到。图3.4 折叠结构的等效分析图3.3 套筒式运算放大电路(1)电路的拓扑结构电路的拓扑结构如图3.5，这种结构相对于基本的全差分对结构，如上文提到的第一种结构而言，式采用共源共栅来增大PMOS和NMOS的输出阻抗，还是一种共源共栅的差动形式，但是极大的提高了电路的差动增益11。这种电路虽然能够极大的提高增益，但其代价是要消耗更多的电压余度，这表现在输出端为电路的输出摆幅相对与相同条件下的折叠式结构来讲，其值要小一些。对于现在的低

28、压电路而言，这种缺点就表现得尤为要紧。套筒结构还有一个最大的问题就是输出不能直接反馈到输入端，而且必须使用共模反馈以确保电路的稳定性。这个我们在后面对共模反馈结构进行了具体的研究，在设计中也采用了其中的一种结构来保证性能。图3.5 套筒结构的拓扑图(2)增益的计算对电路的性能做一个简要的分析，增益值的表达式为： （3-9）和可以表示为： （3-10） （3-11）假设有，化简上述两式，有 （3-12） （3-13）则，增益可以详细的表示为： (3-14)(3)套筒式运放电路的噪声分析由于电源电压比较低，就必须考虑噪声因素的影响。前面提到的几种噪声，在这里作一个具体的分析。如图3.6所示，晶体管

29、M1的噪声电流和负载上的电流流经负载，这时，这两个器件所产生的噪声可以量化位一个噪声可以忽略的共源级电路。则其噪声的表达式为： （3-15） （3-16）图3.6 套筒结构的噪声等效分析图在相当的频率工作状况下，套筒结构中共源共栅产生的噪声相对于M1、M2、M7、M8这四个晶体管而言，是可以忽略的，因为这四个晶体管是主要的噪声源。利用的表达式，则总的噪声我们可以表示为：（3-17）4 运算放大器的发展趋势运算放大器历经数十年的发展，从早期的真空管演变为现在的集成电路，根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压/低功耗型、高速型、高精度型四大类运放产品。一般而言,高速运放主要用于通信设备、视频系

30、统以及测试与测量仪表等产品；低电压/低功耗运放主要面向手机、PDA等以电池供电的便携式电子产品；高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控制系统等。通用运算放大器应用最广，几乎任何需要添加简单信号增益或信号调理功能的电子系统都可采用通用运放。信息家电、手机、PDA、网络等新兴应用的兴起，为运算放大器提供了活跃的舞台，同时也对其提出新的技术要求。未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一，便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长；其二，高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器；其三，由于性能和价格压力持续上扬，因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。测试和测量、

31、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力；DSL和消费类视频应用是最大的市场，而且未来将继续此趋势。其中，DSL运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及DC恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。从应用的角度讲，不同的系统对运放有不同要求，选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用，交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统，直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等；而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。4.1 通信和视频应用使高速运放

32、成为焦点高速运放泛指频宽高于50MHz的运放，而现在为了与信号链后端组件(例如高速ADC或处理器)的需求相匹配，运放的频宽记录已突破GHz。这主要源于后端组件的效能近年来显著提升，因而位居信号链前端的运放为了与后端组件相匹配，以避免拖累信号链的整体效能表现，于是开始向高速化发展,未来高速运放可能跃升为主流运放产品。总体而言，高速运放主要应用在xDSL调制解调器、机顶盒以及视频系统中，或是担任高速ADC的前级信号调整角色。这类运放对于信噪比和失真度的要求最为严格，因此半导体厂商在设计这种运放时，普遍采用差动输出的形式。与传统采用“二入一出”架构的运放相比，“二进二出”的差动输出由于同时输出两个反

33、相的信号，因此系统工程师可以通过两个信号的比较得知输出信号在未受噪声或失真影响前的波形，从而使设计工程师可以及时解决信号链上可能出现的问题。4.2 便携式应用催生低电压/低功耗运算放大器随着手机、PMP等依赖电池供电的便携式产品出现，强调低功耗、低电压的运放应运而生。一般定义下的低电压运放,指工作电压低于2.5伏特，而所谓的低功耗运放，通常指供电电流低于1mA。这类运放大多用在音频系统或是电压比较电路、滤波器等不需要太高频宽的应用。此外，在测试、测量和医疗系统，工程师也希望在低功耗水平下获得改进的性能(例如，更高的带宽、更快的转换率和更低的失真度)，所以在这些领域低功耗运放也有创新机会。4.3

34、 精密运算放大器精密放大器最初设计用于测试和测量设备，随着汽车和生产线上的性能监视子系统的需要，具有低输入偏移电压和偏移电流以及低温度系数和噪声特征的精密放大器开始用于传感器监视。汽车OEM对性价比的要求甚于对使用的精度放大器的要求。这意味着芯片制造商不得不寻找出路，以使用仅仅5V或者甚至3V达到它们使用15V才能得到的精度。这促进了许多架构和微调技术方面的创新，在一定程度上，也促进了裸片上为了处理滤波或者校准、自动置零和数字微调的有关附加电路的集成。CMOS工艺线宽的不断缩小让芯片上可以增加额外电源。CT、MRI(核磁共振)和超声波机等医疗系统中的通道计数急剧增加让放大器必须跟上ADC的发展

35、。就工艺而言，0.25m芯片规格似乎是最佳点。高精度运放一般指失调电压低于1mv的运放。与低电压/低功耗运放不同，这类产品由于对信号精准度的要求极高，如果将这类运放整合到后端芯片中形成SoC，其他电路的噪声将严重干扰此类运放的正常运作，因此就现阶段的技术来看，这类运放将是最不容易被整合的组件。高精度运放可用于工业自动化、医疗器材、量测仪器、汽车电子、甚至军事国防等不同领域。4.4 通用运放在传统应用领域仍有发展空间虽然随着应用需求不断变更，运放供货商必须顺应市场变化推出相应的新产品。然而因为运放在业界已被广泛采用数十年之久，有些应用产品的生命周期也长达十多年，因此很多传统产品仍有其一定的市场需

36、求，例如在汽车与工业自动化领域，就有很多设备还是需要用到传统的通用运放。通用运放对工程师而言，可以说是最常用的半导体组件之一。通过外部电阻的不同配置，一颗运放可以对输入信号进行各种微调后再输出，以符合信号链后端的ADC、电源管理芯片等组件的输入信号要求。正因为其简单易用的特性，再加上极为经济实惠的价格，因而使得这类放大器始终在出货量上稳居运放市场的主流地位。然而，为顺应PCB板尺寸不断缩水，以及制造工艺发展所造成的输入电压下降的趋势，通用型运放也必须革新应变。例如凌特推出的LT1990/1/2/5/6放大器就集成了精度匹配电阻，不同型号按照高精度、高速度或高电压应用进行优化，可用作反相、非反相

37、或差分放大器连接。综上所述，未来高速运放有望取代通用运放成为主流产品，但从整体看，各类运放的市场规模都将呈现增长态势。便携式音频/视频播放器、无线通信、医疗成像、工业和仪器仪表等应用领域都将为下一代运放创造新的机会。5 小结当前电子产品，特别是半导体集成电路芯片的需求日益广泛，在性能方面的要求也越来越高。运算放大器广泛用于各种模拟电路、数模混合电路中，而随着每一代集成工艺的发展，由于电源电压和器件尺寸的减小，对运放的设计不断提出新的课题。本论文就MOS管的基本理论，运算放大器的性能指标进行了阐述，对差分放大电路进行了简单的研究，最后就运算放大器的发展趋势做了相关的描述，由于能力有限没有设计出相

38、应的电路出来，希望通过以后的学习对这方面的学术作进一步的研究尽可以做出自己的东西来。参考文献：1Kush Gulati and Hae-seung Lee.A High-Swing CMOS Telescopic Operational AmplifierJ.IEEE Journal of solid-state circuits, December 2008,2010-20192Shying Xiong and Min She.A Fully Differential Transconductance AmplifierM.EE240 final project, 2009,14-163朱臻

39、，王涛.一种用于高速A/D转换器的全差分的功耗CMOS运算放大器(OTA)J.复旦学报(自然科学版)，2009，2，4-84黄中立，陈贵灿.10位20Msample/s CMOS流水线A/D转换器的设计J.西安大学学报(自然科学版)，2010，7，8-115Behzad Razavi.Design of Analog CMOS Integrated CircuitsM.New York：Mc Graw-Hill ,2001 ,15-196孔宪君，王东兵等.集成运算放大器的发展与应用M.混合微电子技术，1997，8（4），25-297刘凯.可调式低电压全摆幅运算放大器研究.复旦大学,硕士论文，2

40、002，23-308康华光.电子技术基础模拟部分M.第五版.北京：高等教育出版社，2006，199-2779孙艳，吴建辉，陆生礼等.一种动态开关电容运算放大器共模反馈电路J.电路与系统学报，2004，9(1)，55-5810林武平，国良权，李亮等.一种快速全差分CMOS运算放大器J.电子与封装， 2008，1211李杨先，顾晓峰等.一种高增益CMOS全差分放大器的设计J.电子设计，2009，10（2），15-1612毕查德拉扎维.模拟CMOS集成电路设计M.陈贵灿,程军,张瑞智等译.西安:西安交通大学出版社，2003，165-20113何开全，谭开洲，李荣强等.高性能模拟集成电路工艺技术M.微

41、电子学，2004，34（4）：398-401致 谢在论文的写作过程中，我首先向关心帮助和指导我的老师黄雪莲表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！黄老师认真负责的工作态度，深厚的理论水平都使我受益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导！感谢我的所有任课老师，他（她）们治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。老师让我不仅学到了扎实的专业知识，还教会了我如何做人，面对问题养成了沉着冷静，努力解决。从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！word文档 可自由复制编辑