集成电路论文

湖南大学集成电路课程设计

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引言

集成电路可分为数字和模拟两大类。模拟集成电路用于模拟信号的产生和处理，其种类繁多，包括集成运算放大器、集成模拟乘法器、集成锁相环、集成功率放大器、集成稳压电源、集成宽带放大器、集成数模和模数转换电路等。运放是运算放大器的简称。在实际电路中，运放通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。集成运放是技术功能的通用性最大、应用最广泛、以展最快、品种与数量最多的一种线性集成电路。

集成运放裨上是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号，下限频率可到零；又能放大交流信号，上限频率与普通放大器一样，受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件。集成运放和外部反馈网络相配置后，能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系，故而称它为“运算”放大器。

集成运算放大器的主要特点有以下几个：增益高（可达60~180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。模拟集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。运算放大器除具有+、-输入端和输出端外，还有+、-电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的闭环放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。

其主要参数有很多，例如，电压增益，单位增益带宽 相位裕度以及共模抑制比，这些主要参数决定运放的性能；

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电压增益：电压增益表示的是放大电路对输入信号的放大能力，使用的表示方法是分贝表示法，其定义为：Gu＝20lg（Uo/Ui）＝20lgAu，增益的单位是分贝，用符号dB表示。

单位增益带宽：增益带宽积(GBW)增益带宽积AOL ?是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。

相位裕度：相位裕量是分析运算放大器稳定性的一个重要参数，相位裕量是指运算放大器开环增益为0dB时的相位与180 ° 的差值。

共模抑制比：定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，是为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量。

基本要求

在st02工艺库中完成一下指标运算放大器的设计。电源电压VDD?5V,负载

A?60dB电容CL?10pF，电压增益v,单位带宽带宽GB?10MHz,相位裕度

PM?30o，共模抑制比KCMRR?80db，最终实现单端输出。St02工艺库中的的

?p?0.（9V?1）?n?0.（3V?1）?nCox?100(uA/V2）一些参数如下：，，，?pCox?30(uA/V2）。（工作电流根据自己需要设定），提示：考虑是否需要做

频率补偿运放闭环才能稳定工作。

加分项

1）、做完运放后可以利用所做运放构成一个模拟加法器，所做加法器应在cadence中仿真验证加法器的功能正确与否。该项可做可不做，做者可加分。

2）、做完后可尝试画反相器的版图，熟悉版图软件后，进一步画运算放大器的版图。该项可做可不做，做者可加分。

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设计思路

普通一级运放输出对管产生的小信号电流直接流过输出阻抗，单级电路增益被抑制在输出对管的跨导与输出阻抗的乘积，因此，一级运放达不到规定的增益要求，在单级放大器中，增益是与输出摆幅是相矛盾的。为了缓解这种矛盾引进了两级运放，在两级运放中将这两点各在不同级实现，大的增益靠第一级与第二级相级联而组成，而大的输出电压范围靠第二级这个共源放大器来获得。 首先可以假设，放大器的工作电流为40uA，若给定20uA的电流，设M2管的W2?1u,L?300n由于需要40uA的电流，故M1的W2?2u,L?300n，由Rout?1?ID和Av?gmRout可求出Rout?27.78K?,接着可求出gm?359.97us，再由W0W?5gm?2ID?nCoxLL可确定0。 2.经过第一步后得到的管子参数，进行仿真时发现M0完全线性化了，所以要针对线性化的M0管进行参数调整。由工作在线性区的电流ID??nCoxVW[(VGS?VTH)?DS]VDSVVL2可知，当ID和GS都不变时，若要增大DS，WW1.5?LL0.3则需减小。所以接下来减小M0管的宽长比。当M0管的宽长比减小到时，仿真结果即达到所需要的指标。