在本課題中帶隙基準源、誤差放大器、比較器等模塊都用到了運算放大器。為了滿足這些模塊的要求，運算放大器設(shè)計為工作電壓為5V，工作溫度范圍為-40~80℃，增益大于90dB,輸出擺幅大于1.5V，相位裕度為60?。通過對上述條件進行分析，可以選擇折疊式共源共柵電路和一個簡單放大器級聯(lián)的二級運放結(jié)構(gòu)來設(shè)計所需的電路。這樣可以在較高的增益下，保證其他參數(shù)的實現(xiàn)。由于兩級運放往往會產(chǎn)生兩個低頻極點，所以采用米勒補償來做頻率補償^[2]。電路圖如圖3所示。

　　完成運算放大器的基本電路設(shè)計之后，下面就得考慮共源共柵管和電流鏡的柵端偏置電壓從何來，即偏置電路。偏置電路可以保證所有MOS管在整個工作范圍內(nèi)，工作于飽和區(qū)，不會出現(xiàn)線性失真。本設(shè)計中采用電壓偏置方法，偏置電路如圖4所示。

　　經(jīng)過調(diào)整各MOS管的寬長比，經(jīng)過多次仿真優(yōu)化，得到的結(jié)果為增益達到95.5dB，單位增益帶寬約為36.5MHz，相位裕度為63?，基本滿足設(shè)計要求。仿真結(jié)果如圖5所示。

　　帶隙基準電壓源的設(shè)計

　　電壓基準是模擬電路設(shè)計中不可缺少的一個單元模塊，它為系統(tǒng)提供直流參考電壓，這個電壓的要求必須是具有確定溫度特性，并且與電源和工藝無關(guān)。在大多數(shù)應(yīng)用中，所要求的溫度關(guān)系采取下面三種形式中的一種^[3]：

　　(1)與絕對溫度成正比(PTAT);

　　(2)常數(shù)(Gm)特性，也就是，一些晶體管的跨導(dǎo)保持常數(shù);

　　(3)與溫度無關(guān)。

　　在芯片內(nèi)部產(chǎn)生基準電源的方法很多，可用有源分壓器，電阻器件分壓帶隙基準電壓等方法實現(xiàn)。其中帶隙基準是公認的電壓性能和溫度性能最好的基準電壓產(chǎn)生方法。下面我們就對帶隙基準電壓源的基本原理進行研究，并且設(shè)計出一個滿足芯片需求的帶隙基準電壓源。

　　帶隙電壓源的基本原理是將兩個擁有相反溫度系數(shù)的電壓以合適的權(quán)重相加，最終獲得具有零溫度系數(shù)的基準電壓^[4]。

　　正溫度系數(shù)電壓的獲取：如果兩個同樣的晶體管偏置的集電極電流分別為nI₀和I₀，并且忽略它們的基極電流，電路如圖6所示。

　　圖7給出了一個常用的帶隙基準電壓源的電路圖。