摘要: 近年来，随着模拟集成电路的发展，新的需求与挑战促使运算放大器不断地完善和发展。低功耗、低失调的运算放大器的研究与设计一直是当前模拟电路发展研究中的热点。在许多测量和控制系统中，通常用集成运放对微弱的电信号进行放大和处理，要求所使用... 展开 近年来，随着模拟集成电路的发展，新的需求与挑战促使运算放大器不断地完善和发展。低功耗、低失调的运算放大器的研究与设计一直是当前模拟电路发展研究中的热点。在许多测量和控制系统中，通常用集成运放对微弱的电信号进行放大和处理，要求所使用的运算放大器具有超低的失调电压和漂移，低偏置电流以及较高的共模抑制比。展望未来，超低失调运算放大器将在精密测试仪器、医疗设备、甚至国防军事等不同领域扮演日趋重要的角色。 论文首先阐述了运算放大器的理论基础，对比分析了BJT工艺和 CMOS工艺失调的来源和减小失调的方法。着重分析了超低失调运算放大器的设计方法，以及在设计过程中所使用的关键技术，从电路结构和版图设计考虑如何降低偏置电流和失调电压。同时，还介绍了运算放大器的指标参数和仿真方法。 论文围绕着低失调电压和低偏置电流为目标，在电路设计上采用三级放大结构，实现高电压增益，偏置电路采用PTAT电流源以及与一阶温度无关的复合电流源为各级电路提供合适的静态工作点；输入级使用基极电流补偿电路降低输入偏置电流和二极管修调电路减小失调电压；增益级采用JFET差分对管提高增益，运用嵌套式密勒补偿提高电路的稳定性；为实现大功率输出采用全N管的乙类输出级。 本文选用国内某公司 40V 双极型工艺，基于 Cadence 软件进行电路设计，使用Spectre 软件完成电路仿真。仿真结果表明：在电源电压为±15V，-55℃~125℃温度范围内，最大输入失调电压为-2.2μV；输入偏置电流为 0.7nA；输入失调电流为 1.026nA；最低开环电压增益为 138.7dB；共模抑制比为 154.5dB；最大单通道电源电流为 928μA；仿真结果均达到设计要求。基于 Virtuoso 工具完成了双通道版图的绘制及验证，提取寄生参数进行后仿真验证。流片完成后进行晶圆测试，抽检芯片具备正常功能，修调完成后进一步封装测试。测试数据表明：在全温度范围内，失调电压最大为-25.3μV；失调电压温漂为 0.025μV/℃；输入偏置电流-3.535nA；输入失调电流为-0.825nA；电源抑制比为 130.5dB；共模抑制比为 146.9dB；开环电压增益为 134.2dB；电源电流为679μA，除偏置电流外各项指标均符合预期要求。 收起