李　威,张兆浩,吴次南

(贵州大学 大数据与信息工程学院,贵州 贵阳　550025)



低噪声低功耗斩波运放的分析与设计

李威,张兆浩,吴次南

(贵州大学 大数据与信息工程学院,贵州 贵阳550025)

摘要CMOS运放的噪声尤其是低频1/f噪声会随着整体功耗的降低而急剧增加,针对传感器读出电路应用,文中在传统斩波运放的基础上设计了一个低噪声、低功耗的嵌套式斩波运算放大器。基于SMIC0.18 μm工艺,通过Spectre仿真工具进行仿真与验证。高频斩波(fchop,high)频率为500 kHz,低频斩波频率(fchop,low)为2 kHz时的仿真结果表明,运放在100 Hz处的噪声功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)降为23 ,总消耗电流14 μA,放大器的增益带宽积(GBW)为16.7 MHz,运放的电流效率(GBW/Itot)达到了1 193,该设计的整体性能与以往的设计相比具有一定优势。

关键词嵌套式斩波;低噪声;低功耗;残余失调;放大器

20世纪90年代以来互联网改变了世界,进入新世纪,学术界开始思考互联网的未来,于是便出现了“物联网”(Internet of Things,IOT)概念[1]。在物联网中,传感器是物质世界和互联网的接口,是物联网的重要组成部分,所以物联网在最初也称为“传感网”。随着传感器技术的发展,尤其是微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的发展,物联网同时也获得了更广阔的发展空间。

传感器接口电路是物联网概念中一项重要的研究内容。一方面,若要长时间大规模地使用传感器网络,传感器接口电路必须有较低的功耗或有稳定的能量来源。例如在医疗电子应用中,植入生物体的芯片必须具有极低功耗,以确保生物芯片能在很长一段时间内使用;另一方面,传感器信号非常微小,且基本处于低频段,这就需要传感器信号读出电路具有极低的噪声[2]。……