【摘 要】
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放大器的失调限制了高精度信号的获取,甚至在放大倍数较大时会使放大器饱和,从而无法获取信号,为此需要研究如何降低放大器的失调。目前国内对失调抑制技术和低失调精密运放的研究较少,国内相关研究中放大器的失调仍比国外顶尖研究差一到两个数量级,国外厂商仍占据着低失调精密运放的绝大部分市场。在美国加大限制对我国出口半导体技术和产品的背景下,研究设计基于国产半导体工艺的低失调运放对保障相关产业的发展至关重要。本
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放大器的失调限制了高精度信号的获取,甚至在放大倍数较大时会使放大器饱和,从而无法获取信号,为此需要研究如何降低放大器的失调。目前国内对失调抑制技术和低失调精密运放的研究较少,国内相关研究中放大器的失调仍比国外顶尖研究差一到两个数量级,国外厂商仍占据着低失调精密运放的绝大部分市场。在美国加大限制对我国出口半导体技术和产品的背景下,研究设计基于国产半导体工艺的低失调运放对保障相关产业的发展至关重要。本文研究了放大器失调的来源和失调的抑制方法。目前主流的失调抑制方法有修调技术、斩波调制技术和自动调零技术。修调技术不能降低失调的温漂,自动调零技术会导致宽带噪声混叠,斩波调制技术虽也有缺陷但更具优势。本文采用斩波调制来抑制运放失调,并用以下方法来解决斩波调制导致的带宽受限及纹波问题。首先采用复合路径结构,将运放分为高频低增益的主路径和低频高增益的辅助路径,用于降低失调的斩波调制位于辅助路径,它决定了运放的失调,而运放的带宽由主路径决定。其次采用斩波调制和自动调零相结合,以降低斩波调制导致的输出纹波。本文采用华虹宏力0.13μm CMOS工艺,完成了运放的电路和版图设计,运放版图的核心面积为630μm x 630μm,使用Cadence Spectre软件对运放进行了仿真。本文设计的运算放大器工作电压为3.3V,单位增益带宽为3.53MHz,输入等效失调电压小于14.9μV,失调温漂为63nV/℃,输出纹波等效到输入端的峰峰值电压小于175μV,经仿真验证运放可以放大频率大于斩波频率的信号。该运放具有低失调、低纹波特性,能适用于大部分低频微弱信号的放大场景。
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