余国义，张 乐，郑梅军，钟建福

(华中科技大学电子科学与技术系，武汉430074)

近年来随着物联网的推广，传感器的应用越来越广泛，对低压低功耗的信号处理系统要求也越来越高。在物联网中，同一款传感器可能分布在不同环境中，传感器输出信号的共模电平会有较大变化范围，在低电源电压下，迫切要求信号提取电路能够处理宽共模信号［1］。一般放大器在宽共模输入时，它的一些重要性能会变差，如增益、带宽、失调电压、稳定性等［2-5］，而采用 BiCMOS 工艺［1，7-8］或 BCD 工艺［6，9］固然可以扩大输入共模范围，但其工艺价格比CMOS工艺要昂贵许多。

本文分析了CMOS工艺的传统的宽动态共模运放输入级的一般电路形式和其带来的问题，然后提出一种新的方法来设计宽共模输入运放。本文采用TSMC 0.13 μm CMOS工艺设计了一个新型宽共模动态范围运算放大器，通过稳定输入共模电平方法，在3.3 V电源电压时实现-1.5 V～4.8 V的共模输入范围。

1 传统的宽共模运放输入级

运算放大器的输入级一般采用差分输入结构;差分输入结构具有高的电源噪声抑制、较大的输出摆幅的优点，而且同单端的同类电路相比差动电路偏置电路的设计更加简单，而且具有更高的线性度。

CMOS工艺的传统宽共模运放输入级电路如图1所示。采用NMOS和PMOS互补作为放大管，利用NMOS可以有较高共模电平和PMOS可以有较低共模电平的特点相结合实现宽的共模输入范围［10-12］。

图1 传统的宽共模运放输入级电路

各MOS管工作状态为:

当VCM＞Vdd-(VIp+Vt)时，NMOS 管 M1、M2工作，PMOS管M3、M4截止(Vt为MOS管阈值电压);