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你可能喜欢CMOS全差分低噪声运算放大器的研究与设计--《合肥工业大学》2005年硕士论文
CMOS全差分低噪声运算放大器的研究与设计
【摘要】：运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用,如A/D与D/A转换
器、有源滤波器、自动增益控制器等,针对不同的应用领域出现了不同类型的
本文详细介绍了一种可以用在微弱信号测量系统和高保真要求的音频系统
中的全差分结构低噪声运放,使用0. 18微米的CMOS工艺实现,供电电压是
1. 8V,根据低噪声的要求选择了合适的结构,在第一级采用PMOS作为输入端
的套筒式共源共栅放大电路,第二级使用共源电路,在减少运放内部器件产生
的噪声同时,考虑了减少外界的电源串扰噪声影响,完成了主电路的设计,另
外为了使差分电路的输出直流电压偏置在理想位置,分析并设计了基于负反馈
原理的共模反馈电路。文章的最后对电路的重要参数如直流增益、相位裕度及
输入参考噪声做了比较详细的分析与推导,并在SUN工作站上使用Cadence
的模拟设计工具IC5033对电路进行了全面的仿真,仿真的结果显示在1KHz处
的输入参考噪声可以达到6nV(Hz)~(1/2) 左右,这是一个相当好的结果。
【学位授予单位】：合肥工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2005【分类号】：TN722.77
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【引证文献】
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运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。&由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。全球知名半导体制造商ROHM（总部位于日本京都）面向处理微小信号的光传感器、声纳及硬盘中使用的加速度传感器等需要高精度感测的工业设备应用，开发出业界顶级的低噪声CMOS*1运算放大器“LMR1802G-LB”。近年来，随着IoT的普及，为实现更高性能并进行高级控制，包括移动设备在内，汽车、工业设备等所有应用中均搭载了诸多传感器。传感器是将各种环境、物理变化转换为信号的元器件，要求具备高精度，而同时在节能化（省电化）的大趋势下，传感器外围电路的电压呈日益降低趋势。另一方面，运算放大器被配置于传感器后端，用来将传感器输出信号放大，传感器输出多为微小的模拟信号，为了高精度地传输信号，对运算放大器自身的噪声要求已经越来越严苛。ROHM通过发挥模拟设计技术和独有的工艺等垂直统合型生产体制优势，去年面向车载市场开发出超强抗噪声（抗外部噪声性能优异）运算放大器，此次则面向工业设备及家电等领域开发出业界顶级的低噪声（电子电路产生的噪声少）运算放大器。LMR1802G-LB融合ROHM的“电路设计”、“工艺”、“布局”三大模拟技术优势开发而成，是一款等效输入电压噪声密度（以下简称“噪声性能”）仅为市场流通产品（以下简称“传统产品”）的1/2左右（1kHz 时2.9nV/√Hz，10Hz 时7.8nV/√Hz）、低噪声性能具有绝对优势、传感器信号检测性能显著提升的运算放大器。另外，与低噪声性能呈矛盾关系的相位裕量和容性负载驱动也分别实现了业界顶级性能（相位裕量68°，容性负载500pF），还是一款具备业界顶级的低噪声性能，并具有卓越的稳定性（不易振荡，易于操作）的运放产品。这使得准确地放大仅几uV的电压也成为可能，非常有助于促进需要高精度感测的工业设备和家电发展。本产品从2018年6月开始出售样品（样品价格：500日元/个，不含税），预计于2018年10月开始暂以月产50万个的规模投入量产。前期工序的生产基地为ROHM Hamamatsu Co.,Ltd.（日本滨松市），后期工序的生产基地为ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.。同时，新产品在AMEYA360、Right IC、Mouser开始网售。未来ROHM还会将低噪声运算放大器开发技术应用到本公司的其他产品中，不断为实现应用的更高精度和系统的更高可靠性贡献力量。&&&&&＜特点详情＞1．低噪声且更易用，业界顶级性能的低噪声CMOS运算放大器新产品作为融合ROHM的“电路设计（差分输入级新电路）”、“布局（多年积累的模拟布局）”、“工艺（为了低噪声而优化）”三大模拟技术优势开发而成的低噪声CMOS运算放大器，等效输入电压噪声密度实现1kHz 时2.9nV/√Hz、10Hz 时7.8nV/√Hz，与市场流通品相比，噪声量仅为1/2左右，低噪声性能具有绝对优势。&另外，以往在追求运算放大器的低噪声性能时，存在相位裕量和容性负载特性恶化、容易振荡等电路设计方面的难题。而ROHM通过在运算放大器的差分输入级采用新电路，不仅实现了业界顶级的低噪声性能，还同时实现了业界顶级的68°相位裕量和500pF容性负载驱动。这使得传感器信号检测性能显著提升（例如提高至传统产品的2倍等），仅几uV的电压也可准确地放大，非常有助于以“高精度”为关键词的搭载传感器的设备实现更高性能。&2．引发误差的输入失调电压和输入偏置电流也力求极小化运算放大器当输入电压为0V时输出电压应为0V，不过因其结构方面的原因将产生失调电压而出现误差。另外，当传感器输出的阻抗较高时，如果运算放大器的输入偏置电流较大，则将影响到传感器输出电压。这两个特性作为导致运算放大器误差的主要因素，要求其值要尽量小。新产品的输入失调电压仅为450uV（传统产品的1/4），输入偏置电流仅为0.5pA（传统产品的1/2），从减少误差的角度看也可实现高精度放大。&&＜应用示例＞■搭载声纳和光传感器的测距设备■安保设备、红外线遥控器及夜视装置等搭载红外传感器的设备■硬盘等精密工作设备■流量计、气体检测仪等设备管理装置■其他搭载传感器并需要高精度检测的工业设备、消费电子设备&&产品型号电路数电源电压范围输入失调电压输入偏置电流等效输入噪声电压工作温度范围封装封装尺寸LMR1802G-LB12.5V ～ 5.5V±450uV0.5pA2.9nV/√Hz (1kHz)7.8nV/√Hz (10Hz)-40℃～125℃SSOP52.9 x 2.8 x 1.25mm＜产品规格其他数据＞&&＜术语解说＞*1) CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor的缩写，互补型MOS的简称)与Bipolar相比，具有输入电流小、适合低电压工作的特点。源自：深圳市铭顺信电子有限公司网址：www.msxic.cn您身边的专业电子元器件配套供应商联系方式:电话：5 林小姐手机： 林小姐QQ：真诚期待与您合作共赢！
公司主营产品：您好，欢迎来到捷配电子市场网
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品牌：TI 德州仪器型号：OPA2314AIDR封装：SOP库存：42600单价：请来电
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VIP会员 第 3 年
类型：贸易/代理/分销
联系人：李先生/李先生
地址：广东深圳深圳市福田区国利大厦1220室
(2012)N (2012) (7) (1)
OPA2314AIDR 器件是一款双通道运算放大器（运放），代表了新一代的低功耗通用 CMOS 放大器。 该系列器件特有轨到轨输入和输出摆幅，并且兼具低静态电流（5 VS 时的典型值 150μA）、3MHz 的较宽带宽和超低噪声（1kHz 时为 14nV/√Hz），因此对于要求在成本和性能间达到良好平衡的各类电池供电应用而言极具吸引力。 低输入偏置电流支持带有兆欧级源阻抗的应用。
OPA2314AIDR器件的稳健耐用设计方便了电路设计人员的使用：负载电容高达 300pF 时单位增益稳定、一个集成的 RF/EMI 抑制滤波器、在过驱情况下无相位反转以及高静电放电 (ESD) 保护（4kV HBM）。
该器件经优化可在低至 1.8V (±0.9 V) 和高达 5.5V (±2.75V) 的低压下工作，指定工作温度范围为整个扩展级温度范围 C40°C 至 125°C。
OPA2314AIDR该器件采用 SO-8 封装。产品特性符合汽车应用要求具有符合 AEC-Q100 的下列结果：器件温度等级：-40°C 至 125°C 的环境工作温度范围器件人体模型 (HBM) 分类等级 2器件充电器件模型 (CDM) 分类等级 C6器件温度等级：-40°C 至 125°C 的环境工作温度范围器件人体模型 (HBM) 分类等级 2器件充电器件模型 (CDM) 分类等级 C6低 IQ：每通道 150μA宽电源电压：1.8V 至 5.5V低噪声： 1kHz 下为 14nV/√Hz增益带宽：3MHz低输入偏置电流：0.2pA低偏移电压：0.5mV单位增益稳定内部射频 (RF) / 电磁干扰 (EMI) 滤波器指定温度范围：
-40°C 至 125°C &OPA2314AIDR应用范围电池供电仪器：消费类应用、工业应用、医疗应用笔记本电脑、便携式媒体播放器消费类应用、工业应用、医疗应用笔记本电脑、便携式媒体播放器光电二极管放大器有源滤波器远程感测无线仪表手持测试设备
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ROHM开发出业界顶级的低噪声CMOS运算放大器
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[摘要] ROHM面向处理微小信号的光传感器、声纳及硬盘中使用的加速度传感器等需要高精度感测的工业设备应用，开发出业界顶级的低噪声CMOS*1运算放大器“LMR1802G-LB”。
近年来，随着IoT的普及，为实现更高性能并进行高级控制，包括移动设备在内，汽车、工业设备等所有应用中均搭载了诸多传感器。传感器是将各种环境、物理变化转换为信号的元器件，要求具备高精度，而同时在节能化（省电化）的大趋势下，传感器外围电路的电压呈日益降低趋势。另一方面，运算放大器被配置于传感器后端，用来将传感器输出信号放大，传感器输出多为微小的模拟信号，为了高精度地传输信号，对运算放大器自身的噪声要求已经越来越严苛。ROHM通过发挥模拟设计技术和独有的工艺等垂直统合型生产体制优势，去年面向车载市场开发出超强抗噪声（抗外部噪声性能优异）运算放大器，此次则面向工业设备及家电等领域开发出业界顶级的低噪声（电子电路产生的噪声少）运算放大器。LMR1802G-LB融合ROHM的“电路设计”、“工艺”、“布局”三大模拟技术优势开发而成，是一款等效输入电压噪声密度（以下简称“噪声性能”）仅为市场流通产品（以下简称“传统产品”）的1/2左右（1kHz 时2.9nV/√Hz，10Hz 时7.8nV/√Hz）、低噪声性能具有绝对优势、传感器信号检测性能显著提升的运算放大器。另外，与低噪声性能呈矛盾关系的相位裕量和容性负载驱动也分别实现了业界顶级性能（相位裕量68°，容性负载500pF），还是一款具备业界顶级的低噪声性能，并具有卓越的稳定性（不易振荡，易于操作）的运放产品。这使得准确地放大仅几uV的电压也成为可能，非常有助于促进需要高精度感测的工业设备和家电发展。未来ROHM还会将低噪声运算放大器开发技术应用到本公司的其他产品中，不断为实现应用的更高精度和系统的更高可靠性贡献力量。}