一种宽带轨至轨运算放大器的设计

简介：
本设计提出了一种宽带轨至轨运算放大器，具备宽工作电压范围和高增益特性，适用于高性能模拟信号处理应用。 我们设计了一种宽带轨对轨运算放大器，在3.3V单电源供电条件下工作。该运算放大器通过电流镜和尾电流开关控制来确保输入级总跨导的恒定，从而能够处理宽广的电平范围并提供足够的增益。 这种新型运算放大器是为满足现代电子设备对低功耗、高动态范围的需求而设计的。特别适合在低压环境下使用（如3.3V单电源供电），其主要目标是在整个输入共模范围内保持跨导恒定，从而减少信号失真并提高整体性能。 该运算放大器采用电流镜和尾电流开关控制来维持输入级总跨导不变，这是非常关键的。在PMOS与NMOS互补差分对组成的输入级中，根据电压变化自动选择合适的MOS管对进行导通操作，实现了轨对轨输入特性。当电源电压（Vdd）和负电源电压（Vss）之间的输入电压发生变化时，通过调整电流镜比例及开关控制来确保跨导的恒定。 中间放大阶段使用了折叠式共源共栅结构，这种设计能够提供更高的增益同时减少寄生效应，从而改善频率响应。输出级则采用了AB类驱动电路，在保持高效率的同时提供了宽范围的输出电压摆幅，并且减少了失真现象以及具备良好的频带特性。 通过结合A类和B类放大器的优点，AB类控制电路降低了静态功耗并减少了交越失真，使得该运算放大器能够向负载提供正负双向电流。集成折叠式共源共栅结构与AB类驱动电路可以节省芯片面积，并保证输出级的高效能。 这种宽带轨对轨运算放大器设计的关键在于输入级恒定跨导控制和中间、输出级优化架构的选择，确保在低电源电压条件下能够处理宽范围的输入电平并提供高增益、宽带宽及低失真的性能。这满足了现代便携式设备对于高性能且功耗较低的运算放大器的需求。