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　　1 引言

　　本文在0.35微米N阱工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了單電源供電的全差分?jǐn)夭ㄟ\(yùn)放電路，同時(shí)，為了減小殘余電壓的失調(diào)， 采用了T/H(跟蹤-保持)解調(diào)技術(shù)，該電路在斬波頻率150KHz工作時(shí)，輸入等效噪聲達(dá)到31.12nV/Hz。

　　在D類音頻放大器的運(yùn)放電路設(shè)計(jì)中，信號(hào)的低諧波失真(Total Harmonic distortion)和噪聲對(duì)運(yùn)放的設(shè)計(jì)形成挑戰(zhàn)。對(duì)于20～20KHz范圍的音頻信號(hào)而言，運(yùn)放的失真主要是由電壓失調(diào)和低頻1/f噪聲引起的。而CMOS工藝相對(duì)較高的1/f噪聲和電壓失調(diào)，使得這一問題尤為嚴(yán)重。當(dāng)要求電路的失調(diào)電壓低于1mV且輸入等效噪聲低于100nV/Hz時(shí)。普通的CMOS運(yùn)放很難滿足需求。而常見的靜態(tài)失調(diào)消零技術(shù)，如trimming修調(diào)，雖然能很好地消除電壓失調(diào)的影響，但是卻不能降低1/f噪聲。解決這個(gè)問題的最好方法就是采用動(dòng)態(tài)消零技術(shù)(dynamic offset—cancellation techniques)，如自動(dòng)穩(wěn)零和斬波技術(shù)。自動(dòng)穩(wěn)零技術(shù)(Auto zero tiechnique)是通過對(duì)低頻噪聲和失調(diào)進(jìn)行采樣，然后在運(yùn)算放大器的輸入或輸出端將它們從信號(hào)的瞬間值中減去，實(shí)現(xiàn)對(duì)失調(diào)和噪聲的降低。由于自動(dòng)穩(wěn)零技術(shù)使用的是電容采樣的原理，因此在電路工作中極易將寬帶熱噪聲折疊到基帶頻率內(nèi)，并且運(yùn)放的帶寬越寬，采樣電容上的噪聲也越多，通常高達(dá)70nV/Hz。斬波技術(shù)(Chopper Technique)是采用調(diào)制和解調(diào)原理，將低頻噪聲和失調(diào)搬移到高頻部分，使用低通濾波濾除，由于沒有熱噪聲的混疊，因此運(yùn)放的噪聲電壓比自動(dòng)穩(wěn)零技術(shù)的更低。但是斬波開關(guān)電荷注入和電荷饋通效應(yīng)的影響，仍然可以產(chǎn)生100uV左右的殘余電壓失調(diào)(residual offset)。而且斬波開關(guān)的使用，器件的熱噪聲電平將會(huì)有所增加。

　　2 斬波運(yùn)放的工作原理

　　斬波運(yùn)放的原理如圖1所示，其中Vin是輸入音頻信號(hào)，被頻率為fch，幅度為1的斬波開關(guān)調(diào)制，根據(jù)奈奎斯特采樣原理，為了避免信輸入信號(hào)的混疊，fch必須遠(yuǎn)大于2倍的信號(hào)帶寬。

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　　圖1 斬波運(yùn)放的原理

　　經(jīng)過調(diào)制后，信號(hào)的被搬移到斬波方波的奇次諧波頻率上。此信號(hào)被增益為Av的運(yùn)算放大器放大，同時(shí)運(yùn)放的輸入噪聲和輸入失調(diào)電壓也被運(yùn)放放大，運(yùn)放的輸出經(jīng)過幅度為1，頻率為fch的斬波開關(guān)調(diào)制后，輸出信號(hào)為：

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　　從式(1)可以看出，經(jīng)過第2次斬波后，輸入音頻信號(hào)被解調(diào)到低頻段，而運(yùn)放的電壓失調(diào)和低頻噪聲只經(jīng)過一次調(diào)制后被搬移到斬波方波的高頻奇次諧波上，通過低通濾波后，輸出信號(hào)中的高頻分量被濾除，低頻分量還原為音頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)音頻信號(hào)的精確放大。

　　對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行傅立葉分析，得到運(yùn)放的最終輸入噪聲譜密度(PSD)為：

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　　其中系數(shù)K與工藝的噪聲參數(shù)有關(guān)。