BentlyNevadaP/N146031-01引言电源电压逐步下降，晶体管的阈值电压并没有减小，但是运放的共模输入范围越来越小，这使设计出符合低压低功耗要求，输入动态幅度达到全摆幅的运放成为一种必须。本文所设计的具有轨至轨(R-R)输入功能的低压低功耗CMOS运算放大电路，在各种共模输入电平下有着几乎恒定的跨导，使频率补偿更容易实现，适合应用于VLSI库单元及其相关技术领域。理论模型基本的轨至轨输入结构在较低的电源电压下，运算放大器的输入级设计是非常重要的。传统的PMOS差动输入级的共模输入电压范围VCM可表示为:跨导恒定结构图1所示的轨至轨输入级电路采用互补折叠式结构，使共模输入电压可以在整个从地到电源电压的范围内工作，如果输入级工作在饱和区，电路的跨导由下面的公式确定：式中mn和mp分别代表NMOS和PMOS的迁移率。从上面的公式可以看出，输入级的跨导会随栅源电压和便置电流的变化而变化。因此，当共模输入电平从VDD到VSS变化时，轨至轨输入差分对的跨导从PMOS差分对的跨导变化到PMOS+NMOS差分对的跨导之和，再变化到NMOS差分对的跨导。中间部分跨导gm几乎是其它部分的一倍，这种跨导的变化会使运放的增益误差发生变化，从而使频率特性变差，因此，需要设计一种电路，使轨至轨输入电路具有恒定的跨导。目前，可保证R-R输入级的gm恒定不变的设计方法主要有以下几种：1.采用双极(BJT)线性互补差分对形式的输入级。2.由齐纳二极管将P、N差分对的偏置电流连起来实现。3.采用冗余的差分对来实现。4.用电流镜技术，使偏置电流的大小随输入共模电压的变化而变化。上述第4种方法的电路不仅结构简单，而且对gm的控制也易于实现。因此，本文运用了对输入跨导的控制原理，采用了一种全新的保持R-R输入级gm为常数的电路结构。电路设计本文所设计的电路如图2所示，该电路由输入互补差分对、恒定gm电路、共源共栅求和电路组成。M1~M4构成了输入互补差分对。当低共模输入时，P输入差分对M1、M4处于工作状态，N输入差分对M2、M3截止，开关管M17、M18开启，抽取M16上的电流；M13、M14截止。M15的电流全部流入P差分对，则此区间的等效差分跨导为:当共模输入电压在中间值附近时，P差分对M1、M4与N差分对M2、M3均导通，控制开关M17、M18、M13、M14开启，分别调节它们的栅电压，使其从M15、M16均抽取3/4的电流，INSTMACVALVEPID-110AA*USED*ELECTROSWITCH2410C*USED*ELECTROSWITCH2424E*USED*ADVANCEHM-2SP20-TP*USED*ELSTERDG-4705*USED*LOTOF2SIEMENS3VE1010-2F*USED*MACVALVE612B-11-111CA*NICE*CONTROLENGINEERINGSTRTA25K*USED*SPRINGERRC-30810-2THERMOSTAT120VAC*USED*BANNERS18SP6FF50*USED*DAYTON6X602F*USED*REULANDMAGNETICBRAKE0BCA-H16Z21-B77?0*USED*CUTLER-HAMMER10370H679A120V*USED*PARKERPC-M600S*USED*NAMCOEE230-10420*USED*NAMCOEA140-31200*USED*OMRONE2Q-N15F3*USED*LIBERTYINDUSTRIESR-12340PCREV.2*USED*VIBROMATICH002*USED*PROPORTION-AIRPSR-8*USED*SPEEDAIRE3JV80*USED*IDMCONTROLS,INC.CIMR-XCBD20P4*USED*UPACD-6B*USED*LOTOF2SCHNEIDERAUTOMATIONTSXMPM100*USED*LOTOF3FAEL4-19160-A*USED*POLYPHASERIS-MT50LN*USED*BODINETORQUEMOTOR5626QCA0115*NICE*JOKABSAFETYEDEN0-10MMCONTACTSAFETYSENSOR*USED*TEXASINSTRUMENTS500-5018*USED*PECOMODULARCONTROLMODELMMC3006-0402*USED*KOBOLDPDA-253N2B075*USED*JOKABSAFETYJSHD4FE*USED*LOTOF2MULTICOMATCSE3-S220V*USED*B&RM2R111-011SLOTRACK*USED*KEYSTONETYPEASWITCHBOX150-954-020-792?-111*USED*PEAKTRONICS,INC.DHC-100DIGITALHIGHRESOLUTIONCONTR...PARKER33417AKDN74N0MC?11P3*USED*CRYDOMA2425SOLIDSTATERELAY*USED*ARPACCORP.2000-B(ASPICTURED)*USED*LOTOF2MICROSWITCH12MA3*NEWINABOX*POTTER&BRUMFIELDCB-1022B-78*USED*VISHAYST180S12P0SCRTHYRISTOR*USED*NTER50-11A10-120*NEWINBOX*CUTLER-HAMMERCIRCUITBREAKERHMCP050K2CA02*NICE*INDRAMATCLM01.2/CLM01.3*USED*SPRECHER+SCHUHCA3-16-10*USED*FISHER846DM1J1K5CURRENTTOPRESSURETRANSDUCER*USED*AUTOMATIONDIRECTABM2E71Z11400VLIMITSWITCH*USED*LOTOF2ALLENBRADLEY1794-N2SERIESA*USED*NIBD40074176REV.CL-3EXTRUSIONPCBANALOGINPUT*USED...FISHER1U230224492*NEWINBOX*ALCOCONTROLSREFRIGERANT200RB4T3TSOLENOIDVALVE*NE...TRANE6400-0417-01*NEWINABOX*FRICK640D0011H010079?1RWB2PLUSFACEPLATE*NEWNOBOX...TURCKRK4T-6*USED*BEHA250240NGNG7JJA*NEWINABOX*INVENSYSC3-42*NEWINBOX*PARKERAPU16PNEUMATICACTUATORS*USED*ATLASCOPCO1900-0590-44PCBOARD*USED*VSEV5004GP012-V-*NEWOUTOFABOX*WEKSLERGAUGEAA446*NICE*STIMINISAFE42687-0040*USED*PASS&SEYMOURLEGRANDWSP200-W*NEWINBOX*FANUCA02B-0094-C103*USED*YASKAWASGDH-08AESERVOPACK(MISSINGCOVER)*USED*BAUTZE-723A-MTBSERVOMOTOR*USED*AUTOMATIONDIRECTTRD-SH1200BDINCREMENTALENCODER*NEW...P-CII491SPROTECTIONCONTROLS*NEWINABOX*ENERTROLSSALD3/4X3P581*USED*REDINGTON5-2936*USED*ELECTRONICSCORP.TRAN***ITTEDBEAMRECEIVER42SRR-6002ADLAKECOIL1140-55-7*NICE****CEXHAUSTCLEANERAMC510-06*USED*GE15D1G004COIL*USED*MERCOIDCORPORATIONDA-33-3*USED*PARKER15R213EBPNEUMATICREGULATOR*USED*EDWA***876-N5(HOUSINGONLY)*USED*MIMICRONCONTROLSC050-0053-3TRANSFORMER*USED*MICROSWITCHLIMITSNAPSWITCHYZLN-LH*USED*DECCOCOIL9-291M-056115/60*USED*CROUZETRTMA4*USED*MARCHAIRMAGNETICDRIVEPUMPMDK-MT3*USED*BAILEYNA***01ANALOGMODULE*NICE*ALFAL***ALVALVEARC*NEWOUTOFBOX*MACVALVEINC.TM-DDAP-1DAPILOTOPERATORVALVE*USED*PARKERM2D33912T20NBHYDRAULICPUMP/MOTOR*NEWOUTOFA...UNERWRITERSLABORATORIESLUMARKLIGHTINGPH120*NICE*STAHLINENCLOSURESCF1144*USED*CROUSE-HINDSVXH15*USED*GRUNDFOS345145*NEWINABOX*HECONCOUNTERG0465189*USED*BALMARINC.MODEL242VIBRATIONMETER*USED*TEL-TRULT225RTHERMOMETER0-100CELSIUS*NEWINABOX*DEHNGUARD952315*NEWINABOX*CONTINENTALPVR15-15B15-RM-?P-1-JPUMP*USED*LOTOF2SOLA83-24-260-03*NEWOUTOFABOX*MACROMATICSS57122-C-830TIMER5-7SEC.*USED*MICROMOTIONF200S341CCAAEZZ?ZTRAN***ITTER*NEWINABOX...EILINSTRUMENTSINC.I-131*USED*MERLINGERINC60N-16A*USED*AMPROBEDECA-TRANA50-1*USED*OPCON1161A-110*USED*HOWARDINDUSTRIESE1/32IS-120*USED*LSGMC(D)-22120VCONTACTOR*USED*TELEMECANIQUECOF-EN***-5*USED*DEWITT5-654-82451/2"SHANK*USED*DAYTRONIC9305A/001*USED*MODICONAS-C916-100CPUMODULE*USED*PINN***ESYSTEMS203560527504417?471*USED*LOTOF8SPRAYINGSYSTEMCO.1/8GGA*USED*ASTECACV5N6-1POWERSUPPLY*USED*TORKPHOTOCONTROL2001*USED*120VPHD7970-03-1101*USED*031214006*USED*BAUMERELECTRICIFR12.23.15K414PROXIMITYSWITCH*US...SYLVANIA061101HEATERINFRAREDCERAMIC*NEWINABOX*LOTOF6TURCKBi5-M18-AP6X-H1?141*USED*LOTOF2TURCKNI4-M12-AN6X-H1?141*USED*TURCKNi2-Q6,5-ADZ32-?0,16-FSB5.4X4/S?304*USED*CARLINAUTOMATIONINC.RBF1852P31-002(?3/4)-00-F3B120-?2...TURCKBi15-CK40-ADZ30?X2-B1131/S34*USED*TURCKBi1,5-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