全差分电流饥饿型运算放大器设计：反相器应用

"基于反相器的全差分电流饥饿型运算放大器的设计，朱昱光，周健军。文章介绍了一种应用于CT机低功耗Sigma-Delta调制器的跨导运算放大器，通过对比传统运放结构，提出了反相器为基础的全差分电流饥饿型跨导运算放大器设计，旨在优化能量效率。在XFAB 0.18μm mixed signal CMOS工艺下设计，仿真结果显示该运放具有99.51dB的直流增益，73.73MHz的单位增益带宽，71.29°的相位裕度，以及仅718μW的低功耗，满足了低功耗需求。关键词包括：跨导运算放大器，高能效，电流饥饿型，全差分，反相器型。" 这篇论文详细阐述了一种新型的运算放大器设计，特别关注于低功耗应用，如CT机内的Sigma-Delta调制器。运算放大器是电子电路中的关键组件，通常用于信号放大和处理。传统的运放结构在功耗方面可能不理想，尤其是在需要长时间运行且功率限制严格的医疗设备中。 论文中提出的是一种基于反相器的全差分电流饥饿型跨导运算放大器（OTA）。"电流饥饿型"是指这种设计通过限制流过晶体管的电流来提高能效，从而降低整体功耗。全差分设计意味着它能够处理差分输入信号，提供更高的噪声抑制和信号质量。 跨导运算放大器在开关电容电路中扮演着重要角色，尤其是Sigma-Delta调制器，这种调制器常用于实现高精度的数字信号转换。由于OTA在这些系统中占据了大部分功耗，因此优化其能效至关重要。文章指出，该新型OTA在保持高性能的同时，成功地将功耗降低到718μW，这是一个显著的进步，符合低功耗系统的需求。 在设计过程中，研究人员采用了XFAB 0.18μm的混合信号CMOS工艺，这是一种常见的集成电路制造技术，能够同时处理模拟和数字信号。利用Cadence/Spectre仿真器进行验证，显示了该设计在实际应用中的可行性和优良性能。 论文的关键指标包括直流增益（99.51dB）、单位增益带宽（73.73MHz）和相位裕度（71.29°），这些参数反映了放大器的线性度、频率响应和稳定性。这些特性对于确保系统在整个操作范围内正确无误地工作至关重要。 这项工作为低功耗模拟集成电路设计提供了新的思路，特别是在医疗设备和能源敏感的应用中。通过优化运算放大器的能效，不仅可以减少系统的总体能耗，还能够在不影响性能的前提下延长设备的工作时间。这种创新设计为未来的研究和开发奠定了基础，有望推动低功耗电子技术的进一步发展。