CMOS 模拟两级运算放大器电路的设计文献综述

文献综述（或调研报告）：

在线性有源电路中，最常用的有源元件是运算放大器（运放），其在电路中的主要功能是创建一个虚拟接地，即在其输入端具有零（或恒定）电压的节点，而不产生任何电流。使用带MOS输入晶体管的运算放大器，低频下的运算放大器输入电流确实可以变得非常小；然而，实际运算放大器的输入电压通常意味着很大（通常为1-10 mV的阶数），因为它受到几个非理想效应的影响。其中包括噪声（最重要的是，1/f和热噪声）、输入参考的直流偏移电压以及产生所需输出电压的运放所需的信号电压。热噪声通常占用较宽的频带，而1/f噪声、偏移量和输入信号都是窄带低频信号。

而一些旧的和新的电路技术来补偿放大器这些最重要的非理想效应包括噪声（主要是热噪声和1/f噪声）、输入端的直流偏移电压以及在输入端产生非理想虚拟接地的有限增益, 旨在降低运放级虚拟接地处窄带噪声源的影响。通过减小运算放大器输入端的低频噪声和偏移，提高了电路的动态范围；通过减小虚拟接地端的信号电压，减小了运算放大器的有限低频增益对级信号处理特性的影响。这两种改进对低电源电压电路都特别重要，因为低电源电压电路的信号波动有限，并且由于没有足够的空间进行共源共编码，因此运算放大器增益可能很低。

用于降低运算放大器的失调和低频噪声的两种基本技术，即自动调零（AZ）和斩波稳定（CHS）技术。自动调零是一种采样技术，而CHS是一种调制技术，其主要影响因素是对放大器宽带噪声的影响。相关双采样（CDS）技术则是AZ的一种特殊情况，如其名称所示，放大器噪声和偏移在每个时钟周期内采样两次。

提高增益最直接的办法就是多个单级放大器级联，而从单级放大器的结构优化出发，是最行之有效的方法。

在考虑沟道调制效应的情况下，共源极放大电路的电压增益可以表达为：

(1)

其中，R_L是共源极负载电阻，r₀为MOS管的输出阻抗，g_m为MOS管跨导。可以看出，增大MOS管跨导或者负载电阻都能提高增益。但增大跨导会增大MOS管的尺寸，会引入较大的寄生电容，增加噪声和功耗。因此考虑增大负载电阻来提高增益。