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芯片设计中的轨到轨输入输出放大器设计.docx
资料介绍
轨到轨（Rail-to-Rail）输入输出放大器在低电源电压（<2 V）下可处理接近电源轨的输入信号，并将输出信号摆幅扩展到接近电源轨，是低电压模拟电路设计中的关键技术。随着CMOS工艺向纳米尺度演进，电源电压已降至1 V以下，轨到轨设计成为运放设计的必要条件。轨到轨输入级使用互补差分对（NMOS和PMOS差分对并联）在宽共模输入范围内保持恒定的跨导。轨到轨输出级使用共源级输出，在接近电源轨时保持低输出阻抗。本文将从轨到轨输入级、恒定跨导技术、轨到轨输出级、AB类输出控制以及低电压设计等方面，系统阐述轨到轨输入输出放大器的设计方法。
轨到轨输入级
轨到轨输入级使用互补差分对，在输入电压接近VSS时PMOS对工作，在输入电压接近VDD时NMOS对工作，在中间电压范围两个差分对同时工作。
1. 互补差分对结构：轨到轨输入级将PMOS差分对（输入共模电压靠近VSS时工作）和NMOS差分对（输入共模电压靠近VDD时工作）并联连接。PMOS差分对的共模输入范围从VSS到
，NMOS差分对的共模输入范围从到VDD。两个差分对的并联使输入共模范围覆盖整个电源电压区间。
2. 输入共模范围：PMOS差分对的共模输入范围下限为VSS（可低于VSS 0.2 V），上限为。NMOS差分对的共模输入范围下限为，上限为VDD（可高于VDD 0.2 V）。两个差分对的共模输入范围在中间重叠，总输入共模范围为VSS~VDD。
3. 输入级跨导变化：在输入共模电压接近VSS时，仅PMOS对工作，总跨导。在输入共模电压接近VDD时，仅NMOS对工作，总跨导。在中间电压范围，两个差分对同时工作，总跨导。跨导在中间电压范围加倍，导致运放的频率响应和增益变化。
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