一种增益提升和摆率增强的运算跨导放大器
2020年电子技术应用第7期
吴锋霖，李思臻，余 凯，章国豪
广东工业大学 信息工程学院，广东 广州510006
摘要： 为了解决传统电流镜运算跨导放大器(OTA)在低压、低功耗条件下增益和摆率严重受限的问题，提出了一种基于互补翻转电压跟随器(FVF)的运算跨导放大器，有效提升跨导和最大输出电流，从而达到增益提升和摆率增强的目的。采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行设计和验证。仿真结果表明，在1.8 V电源电压下，与同等静态功耗的传统电流镜OTA相比，提出的互补FVF型OTA增益提高了11 dB，单位增益带宽提升了2倍，正、负摆率分别提升了6.7倍和6.1倍，比单FVF型OTA有更好的性能提升效果。
中图分类号： TN432
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200079
中文引用格式： 吴锋霖，李思臻，余凯，等. 一种增益提升和摆率增强的运算跨导放大器[J].电子技术应用，2020，46(7)：65-69.
英文引用格式： Wu Fenglin，Li Sizhen，Yu Kai，et al. An operational transconductance amplifier with gain boosting and slew rate enhancement[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(7)：65-69.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200079
中文引用格式： 吴锋霖，李思臻，余凯，等. 一种增益提升和摆率增强的运算跨导放大器[J].电子技术应用，2020，46(7)：65-69.
英文引用格式： Wu Fenglin，Li Sizhen，Yu Kai，et al. An operational transconductance amplifier with gain boosting and slew rate enhancement[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(7)：65-69.
An operational transconductance amplifier with gain boosting and slew rate enhancement
Wu Fenglin，Li Sizhen，Yu Kai，Zhang Guohao
School of Information Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China
Abstract： The gain and the slew rate of conventional current-mirror operational transconductance amplifiers(OTAs) are seriously limited under low voltage and low power consumption conditions. To solve the problem, an OTA based on complementary flipped voltage follower(FVF) is proposed. By effectively increasing the transconductance and the output current, the proposed OTA improves the gain and the slew rate. The design and verification is performed under SMIC 0.18 μm CMOS process. The simulation results show that, at 1.8 V supply voltage, compared with the conventional current-mirror OTA which has the same static power consumption, the proposed OTA with complementary FVF improves the gain by 11 dB, enhances the unit gain bandwidth by 2 times, boosts the positive and negative slew rates by 6.7 and 6.1 times, respectively. The proposed OTA achieves a better performance than the OTA with single FVF.
Key words : operational transconductance amplifier；gain boosting；slew rate enhancement；low voltage；low power
0 引言
随着集成工艺特征尺寸的减小和电池供电便携式设备的普及，要求系统能在低压、低功耗条件下工作。运算跨导放大器(OTA)作为模拟与混合集成电路中重要的基本模块，广泛应用于电源管理、数据转换、开关电容电路等领域[1]。在多数应用中，高增益、宽带宽、大摆率已成为各类OTA的共性追求[2-5]。
共源共栅结构能提高增益，但不适合低压低功耗应用。多级放大器能实现增益、带宽、摆幅等性能参数的折中，但存在结构复杂，稳定性差的问题[3]。传统电流镜OTA具有结构简单，无需频率补偿，适合低压环境等优点，但增益较低，且带宽和摆率受限于偏置电流。尽管增大偏置电流可以提高带宽和摆率，却增加了静态功耗和输出噪声，同时降低了增益导致精度下降[6]，因此如何在低压低功耗条件下提升传统电流镜OTA的性能成为研究热点。
本文首先分析了传统电流镜OTA的特性，研究限制其增益和摆率的因素；再讨论文献[7]和[8]提出的FVF型OTA，指出其优点和可改进之处；接着阐述本文提出的互补FVF型OTA的性能提升原理和设计考虑要点；最后对电路的仿真结果进行讨论。
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作者信息:
吴锋霖，李思臻，余 凯，章国豪
(广东工业大学 信息工程学院，广东 广州510006)
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