本文档属于类型a，即报告了一项原创研究。以下是针对该研究的学术报告：
主要作者及机构
本研究的作者是郭国发，来自成都芯海芯为科技有限公司。该研究发表于《中国集成电路》杂志（总第306期），时间为2024年11月。
学术背景
本研究属于模拟集成电路设计领域，特别是高性能CMOS运算放大器的设计。随着芯片技术向高速电路发展，运算放大器作为模拟电路和数模混合电路的核心组件，其性能要求日益提高。然而，随着CMOS工艺尺寸的缩小和电源电压的降低，MOS晶体管的增益受到限制，设计高增益运算放大器的难度增加。为此，本研究旨在设计一款具有高带宽、高增益性能的运算放大器，以适应高速电路的需求。
研究流程
1. 设计理论方法
本研究采用了增益自举增强技术（gain bootstrap enhancement）结合共源共栅结构（cascode structure）来提高放大器的增益。随着晶体管特征尺寸的缩小和电源电压的降低，传统级联共源共栅结构的增益提升受到限制。增益自举技术通过局部负反馈提高输出阻抗，从而在不增加级联结构的情况下提升增益。
研究首先对共源共栅电路模型进行了理论分析，推导了输出阻抗和增益的数学表达式，并指出通过增益自举技术可以显著提高电路的增益。
电路设计
本研究设计了一款单级运算放大器，其结构包括偏置电路、辅助放大器（auxp和auxn）以及主体折叠共源共栅放大器。辅助放大器通过提高自身输出阻抗来提升增益，并通过负反馈为主体放大器提供增益支持。辅助放大器采用单MOS晶体管结构，通过堆叠增加输出阻抗，同时尽量减少电流消耗以降低总功耗。
具体设计中，辅助放大器的输入端口与模拟电源和模拟地连接，以保持常开状态，从而增加输出阻抗。通过调整偏置电压，确保MOS管工作在饱和区，实现增益放大。
仿真验证
在Cadence工具环境下，研究完成了电路设计，并使用Spectre仿真工具进行了验证。仿真内容包括直流增益、单位增益带宽、电源电压抑制比（PSRR）、压摆率（slew rate）和功耗等性能指标。
仿真结果显示，所设计电路的直流增益达到96 dB，单位增益带宽为251 MHz，电源电压抑制比为86.7 dB，压摆率为33 V/μs（负载电容为1 pF），功耗低于0.15 mW。
主要结果
1. 增益提升
采用增益自举增强技术的运算放大器，其直流增益比单级放大器提升了约40 dB，提升率达到72%。这表明增益自举技术能够显著提高电路的增益性能。
带宽性能
所设计电路的单位增益带宽为251 MHz，表明其在高速电路应用中具有较高的速度性能。
电源电压抑制比
在100 Hz至1 MHz的频率范围内，电路的电源电压抑制比均保持在较高水平，特别是在100 Hz和1 kHz时达到86.7 dB，表明电路具有良好的噪声抑制能力。
功耗优化
电路的总功耗低于0.15 mW，实现了低功耗设计，这对于高速电路的应用具有重要意义。
结论
本研究通过增益自举增强技术结合共源共栅结构，成功设计了一款高性能的单级运算放大器。该电路不仅具有高增益和高带宽，还实现了低功耗，适用于高速电路的比较、滤波等应用。研究结果表明，所设计电路的性能优于传统的单级放大器，为高速电路设计提供了重要参考。
研究亮点
1. 创新性设计
本研究采用了增益自举增强技术，在不增加级联结构的情况下显著提高了电路的增益，这是一种创新性的设计方法。
高性能指标
所设计电路的直流增益、单位增益带宽和电源电压抑制比等性能指标均达到了较高水平，展示了其在高速电路应用中的潜力。
低功耗优化
电路的总功耗低于0.15 mW，实现了低功耗设计，这对于现代集成电路的能效优化具有重要意义。
其他有价值内容
本研究还对比了近年来其他学者设计的运算放大器性能，展示了深亚微米CMOS工艺在增益和带宽方面的优势。此外，研究详细介绍了增益自举技术的理论分析和实现方法，为相关领域的研究提供了理论基础和实践指导。