适用于高精度流水线ADC的运算放大器的研究与设计

【摘要】运算放大器电路被广泛应用于采样保持电路和乘法型数模转换器(Multiplying-DAC,MDAC)中,是流水线式模数转换器(PipelinedADC)的核心模块之一,它的性能直接影响了流水线式模数转换器的各项关键性能指标。因此,设计实现高增益、宽带宽、低功耗的运算放大器对高转换速度、高分辨率、低功耗的流水线ADC的设计具有重要意义。为了实现高增益和输出摆幅,我们采用两级运算放大器架构,第一级采用套筒式共源共栅运算放大器,并利用增益自举技术(Gainboostingtechnique)来进一步提高增益,第二级采用MOS管负载的共源极运算放大器,来获得较大摆幅,为了获得更好的幅频特性,频率补偿采用了共源共栅补偿方式。本文的工作主要有以下两个方面：(1)应用0.35um/3.3V硅基CMOS工艺,设计了一款应用于流水线式模数转换器中第一级MDAC电路中的全差分、高增益的两级运算放大器,采用了共源共栅补偿技术(Cascodecompensation)来进行频率补偿,通过阻断前馈通路的方式消除了右半平面低频零点,同时降低了补偿电容容值,针对两级运算放大器的频率补偿进行了零极点分析,并对电路结构做出优化,通过增加并联于输入管的分流管,提高了系统稳定性,使系统的相位裕度满足了稳定性要求。仿真结果显示整体运算放大器增益达到了93.77dB,单位增益带宽为767MHZ,相位裕度为30deg,满足了稳定性要求。(2)采用增益自举技术设计了一款单级共源共栅运算放大器,增益自举技术可以在不改变原运算放大器直流工作点的基础上提高运算放大器的增益,为了减小辅助运算放大器的引入对系统建立时间的影响,对增益自举共源共栅运算放大器的的频域模型进行建模和数值分析,优化了增益自举型运算放大器的系统建立时间,基于0.35um/3.3V硅基CMOS工艺进行了版图设计及后仿真,版图仿真结果显示运算放大器直流增益为60dB,单位增益带宽为646.6MHz,相位裕度为75.7deg。最后,本文对MPW芯片中的单级增益自举运算放大器进行了增益测试,得到其直流增益为51.4dB,与软件仿真结果基本接近。
【作者】张维琛；
【导师】李晓潮；
【作者基本信息】厦门大学，集成电路工程，2014，硕士
【关键词】流水线模数转换器；两级增益自举运算放大器；共源共栅补偿；

【参考文献】
[1]秦淼.候鸟客栈的创业构想[D].吉林大学,工商管理,2004,硕士.
[2]崔战友,钟其顶,李国辉,高红波,肖冬光.酒醅中氰化物的测定方法研究[J].酿酒科技.
[3]朱胜,孙明轩,王雪洁,李艳君,方志刚.具有输入死区的非线性系统的鲁棒重复控制[J].自动化学报,2013,06:908-912.
[4]陈佳.基于SIOP模式的教师教育微课程虚拟学习环境构建[D].首都师范大学,教育技术学,2014,硕士.
[5]张春玲.基于小波变换和应变能的导管架式海洋平台结构的损伤识别研究[D].辽宁工程技术大学,结构工程,2012,硕士.
[6]杨德鸿.以丽江模式四（合作机制）论述丽江古城、安平聚落、西门町红楼与淡水老镇之保护策略[D].清华大学,2004.
[7]汤艳梅.中学生交流意愿、学习策略和英语成绩的关系研究[D].南京师范大学,发展与教育心理学,2012,硕士.
[8]刘宁,蒋金水,陆心丹.面向并行工程(CE)的现代板带钢冷连轧机软件系统的总体设计[J].一重技术.1999(01)
[9]刘涵,梁莉莉,黄令帅.基于分块奇异值分解的两级图像去噪算法[J].自动化学报,2015,02:439-444.
[10]赵占伟.GDDR在幽门螺杆菌感染相关的胃癌形成中的作用[D].第四军医大学,外科学,2014,硕士.
[11]郑敏锐.慢性鼻—鼻窦炎患者鼻内镜手术后生活质量和中医体质的关系研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[12]祝翯.重度子痫前期患者血清高敏C反应蛋白、正五聚蛋白-3及血脂水平及三者相关性的研究[D].河北医科大学,妇产科学（专业学位）,2013,硕士.
[13]周小健.银杏内酯B脑靶向前药的设计、合成及性质研究[D].合肥工业大学,农产品加工及贮藏工程,2012,硕士.
[14]孙海君.以法润生—丰子恺[D].山西师范大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[15]章玉迁.同质化背景下非普教高等教育区域整合模型设计[D].浙江工业大学,工业工程,2012,硕士.
[16]杨帆.基于切换系统理论的电力电子电路稳定性研究[D].华中科技大学,电气工程,2013,硕士.
[17]张国.城市社区内社会主义核心价值观传播研究[J].宁夏党校学报,2015,03:51-53.
[18]刘梭.基于人口预测模型的我国养老保险研究[D].安徽大学,数量经济学,2013,硕士.
[19]梁文文.桩—网复合地基的静力与动力有限元分析[D].重庆交通大学,岩土工程,2012,硕士.
[20]韩建龙.化工进出口贸易公司绩效管理研究[D].北京化工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[21]柴振华.HXD1C机车传动系统齿轮强度分析[D].西南交通大学,载运工具运用工程,2013,硕士.
[22]赵文靖.经济转型期的生态道德教育研究[D].杭州电子科技大学,思想政治教育,2013,硕士.
[23]汪伟.电动汽车高性能异步电机的直接转矩控制研究[D].武汉理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[24]李倩.SiC颗粒增强镁基/铝基复合材料的制备[D].吉林大学,材料加工工程,2013,硕士.
[25]任龙.溶液剥离法制备几种二维纳米结构及其性能研究[D].湘潭大学,2012.
[26]郭柯,刘长成,董鸣.我国西南喀斯特植物生态适应性与石漠化治理[J].植物生态学报,2011,10:991-999.
[27]王伊蕾.农产品供应链辅助决策支持系统的研究与设计[D].山东师范大学,2004.
[28]朱永安.远程教育系统负载均衡技术研究与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[29]全权,杨德东,蔡开元.带有自适应补偿的不确定时滞系统鲁棒跟踪控制(英文)[J].自动化学报,2010,08:1189-1194.
[30]沈懿静.微反应器内4，6-二硝基间苯二酚的制备[D].华东理工大学,化学工程,2014,硕士.
[31]侯忠诚.海外运营商的用户群细分策略[J].世界电信.2005(02)
[32]陈瑛.西安灞桥区帝景公园会所建筑设计研究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[33]罗鹏.一代人称诗画工[D].湖南师范大学,美术学,2013,硕士.
[34]董庆玲.结果加重犯问题研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[35]姜书凯.浙江工业大学“上虞颖泰精细化工有限公司农药研发中心”揭牌仪式举行[J].农药市场信息,2013,13:12.
[36]本报见习记者王志国编译.石墨烯或将成新材料发展主流[N].中国建材报,2013-01-21004.
[37]张猛.金代水利机构研究[D].吉林大学,专门史,2013,硕士.
[38]杨武韬.一款高性能高稳定性的BUCK型DC-DC稳压器的分析与设计[D].湖北大学,无线电物理,2011,硕士.
[39]邹晶晶.瞿麦中大黄素及总黄酮的提取纯化工艺的研究[D].辽宁医学院,生药学,2012,硕士.
[40]侯丽洁.对外汉语初级名量词教学现状考察分析及应对策略[D].安阳师范学院,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[41].第二届中西语言哲学高层论坛会讯[J].现代外语,2013,01:24.
[42]魏志华,林亚清,吴育辉,李常青.家族企业研究:一个文献计量分析[J].经济学(季刊),2014,01:27-56.
[43]顾文辉.积累类胡萝卜素的绿藻类囊体膜蛋白组学研究[D].中国科学院研究生院（海洋研究所）,海洋生物学,2014,博士.
[44]常保华.宁夏六盘山国家级自然保护区脊椎动物资源调查分析[D].西北大学,生态学,2013,硕士.
[45]翁窈瑶.市政给排水管道的耐蚀设计与优化[J].热加工工艺,2015,06:216-218+222.
[46]刘娇.替代100W白炽灯的新型12WLED球泡灯散热性能研究[D].重庆大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[47]刘春华.带有感染年龄及脉冲接种策略的肺结核模型的全局稳定性[D].信阳师范学院,系统理论,2013,硕士.
[48]关永刚,刘卫东,钱家骊,陈水明.整流桥式过电压抑制装置的工作机理及应用分析[J].电力系统自动化,2009,09:73-76.
[49]刘利霏.我国传统耻感文化对当前大学德育的价值研究[D].海南大学,思想政治教育,2014,硕士.
[50]张玲.脂炎消煎剂防治非酒精性脂肪性肝炎的实验研究[D].湖北中医学院,中西医结合临床,2004,硕士.