近年来,随着通讯、网络及消费电子等应用领域的发展,半导体集成电路(IC)芯片种类及数量的需求日益增加,性能要求也越来越高,迫使设计者们对IC性能加以改进和优化,其途径主要是从工艺、材料、电路结构等几个方面入手。系统的总体性能往往由其内部的模块承担,运算放大器(运放)作为许多模拟和数模混合系统中一个完整的部分,也是构成这些系统的基本单元,其精度与速度对整个系统的效能起着决定性的作用,因而在设计和优化过程中占据着一个重要的位置。本文主要针对高速运放进行研究。通过对运放增益、带宽、摆率、相位裕度和建立时间等性能参数及其相互联系的分析,通过对比几种典型的运放结构,确定了全差分共源共栅两级结构的基本框架；考虑到高速运放对信噪比与失真度的严格要求,设计了一个基准电压源电路为运放提供电压电流偏置；从系统稳定性及电路面积方面考虑,频率补偿电路采用了共源共栅密勒补偿方法；此外,为了使电路的直流工作点及输出共模电平稳定在一定的范围内,本文还设计了一种共模反馈电路。对本文所设计的高速运放用HSPICE进行了仿真,并基于0.18μm CMOS工艺和Cadence设计平台,对运放的版图进行了初步的设计。仿真结果显示,在5pF电容负载情况下,其单位增益带宽为104.32MHz,开环增益达到105.11dB,相位裕度为67.5。,摆率达208 V／μs,功率损耗约为6.4mW,频率为1kHz时等效输入噪声电压不到0.8nV,所有参数均达到了预期指标。上述结果表明,该高速运放具有开环增益大、频带较宽、建立时间快、失真和噪声小、直流特性好等特点,可应用于对精度与速度均有较高要求的高速模／数转换器、开关电容滤波器、采样-保持电路、流水线模／数转换器等电路与系统中。此外,本文为确定各MOS管具体参数所作的理论推导及全差分运放的仿真方法均具有普适性。