在CMOS集成电路中,除了面积,速度之外,功耗早已是需要考虑的第三个维度。同时低电压低功耗也成为了模拟集成电路的设计热点。而轨到轨运算放大器由于其宽输入,输出范围等特性受到广泛应用。如何在低电压低功耗的条件下设计稳定跨导、性能指标优异的轨到轨运算放大器是本文的研究重点。首先,本文在充分调研的基础上,深入了解国内外低电压低功耗运算放大器研究进展。然后,建立3.3V稳定跨导轨到轨运算放大器的研究平台,对电路主要模块进行深入研究。本文所设计的输入级基于电平位移技术,有效解决了低电压下由于阈值电压不变而导致的共模输入范围受限问题。偏置电路部分采用的是PTAT基准源,该基准电流通过cascode电流镜结构镜像到输出支路,为运算放大器提供稳定的静态工作点;增益级采用折叠式共源共栅结构,并以低压宽摆幅共源共栅电流镜结构作为电路负载,在提高开环增益的同时也扩大了增益级级的输出摆幅;输出级采用以MOS管为浮动电压源的AB类输出结构,不仅提高输出效率并有效的避免了交越失真,同时也增强了大负载驱动能力,并达到了轨到轨的输出范围。最后,基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,采用Cadence Virtuoso工具对电路进行仿真,并完成版图绘制及版图后仿真工作。仿真结果为:运算放大器共模输入范围和输出电压摆幅达到轨到轨范围,在整个共模输入范围内跨导的变化程度为0.47%,开环增益为94.8d B,相位裕度为60.8°,单位增益带宽为6.6MHz,共模抑制比和电源抑制比分别为117d B和124d B,转换速率和建立时间分别为9.3V/μs和0.41μs,运算放大器的功耗为0.52m W;版图的有效面积约为310×190μm2,满足设计指标。