近年来,随着微电子技术和计算机科学的不断发展,便携式电子产品和智能可穿戴设备席卷全球电子市场。在这一形势下,为延长电子产品的待机时间,降低电源电压成为主要的技术手段。然而,在模拟电路中电源电压的降低将会使得电路的信噪比下降,甚至不能工作。为充分利用日渐降低的电压、保持高的信噪比,轨到轨运算放大器成为研究的热点。本文介绍了轨到轨放大器在业界的研究进展,并结合一般运放的设计方法和轨到轨运放的关键技术设计了一款输入和输出轨到轨的运算放大器。输入级由在高低电平分别导通的互补差分输入对并联组成,并以电流开关和一倍电流镜作为辅助电路,实现轨到轨恒跨导输入。针对所用工艺,提出了两种解决输入级相位翻转的办法;采用共射-共基结构作为中间级实现高增益,并设计共模电压反馈电路以提高共模抑制比;输出级使用AB类运放实现轨到轨的电压摆幅,并承担一定的增益。采用米勒补偿方式设计补偿电路,使得环路在整个共模输入范围内都正常工作。基于西岳提供的器件模型,通过对本项目中使用到多器件并联时的寄生电容进行计算和归一化处理,利用Cadence Spectre进行电路仿真,结果表明:在3V单电源电压、2kΩ电阻和100pF电容并联做负载的条件下,直流开环增益达到99.6dB,相位裕度为63~°,低频下的共模抑制比和电源抑制比分别达到125dB和113dB;电路响应速度方面,上升和下降沿的转换速率分别为0.47V/μs和0.5V/μs,建立时间为22μs。输入共模范围为0~3V,输出共模范围为0.017~2.92V,达到了设计指标要求。