運算放大器ic設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上IC課程設計論文 題目： 運算放大器電路的設計 2012/1/5 摘要 本次課程設計主要內容為：利用MOS管設計一個運算放大器。放大器具有放大小信號并抑制共模信號的功能。首先從放大器理論參數(shù)及結構下手，然后經過Hspice網(wǎng)表的生成及仿真調整最后得到滿足參數(shù)要求的MOS管設定。關鍵詞： 運算放大器 ， 共模電壓 ，電壓擺幅 ， 功耗電流 Hspice仿真 ，增益帶寬ABSTRACT The main content of course design for: use the design a MOS operational amplifier. Amplifier h

2、as put size and control signal common mode signal function. Starting from the first amplifier parameters and structure theory laid a hand on him, and then after the formation of the Hspice nets table and adjust the final simulation parameters of the requirements to meet the MOS set.Keywords: operati

3、onal amplifier ，common-mode voltage ， voltage swing current consumption ， Hspice simulation ，Gain bandwidth1.題目理解及要求 1.1運算放大器介紹 運算放大器（operational amplifier ）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網(wǎng)絡共同組成某種功能模塊。由于早期應用于模擬計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學運算，故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發(fā)展，大部分的運放是以單芯片的形

4、式存在。運放的種類繁多，廣泛應用于電子行業(yè)當中。1.2 實驗要求及設計指標利用MOS管設計一個運算放大器。放大器具有放大小信號并抑制共模信號的功能。運算放大器工藝要求如下：1 基于0.35um 3.3V工藝進行設計。2 功耗電流小于10uA。3 輸入共模電壓范圍為1V3.1V。4 輸出電壓擺幅0.33V。5 電壓增益大于35dB。6 帶寬大于15M。2設計及計算過程2.1電路設計2.2理論計算過程：第一步：有輸入共模范圍確定MP2，MP3，MN3，MN4的寬長比（W/L)分流 2uA，3uA，3uA(1)共模范圍min部分; Vth可以有元件庫讀取共模范圍max部分： 綜上： =1V =3.2

5、V可求MN3，MN4的W/L 可求MP2，MP3的W/L第二步：確定MP1的W/L 工程取 則 MP1 寬長比：第三步：鏡像電流源的寬長比 工程上取 則 MN1管： MN2管： 綜上：已經確定6個管的W/L了電壓增益的推導過程：小信號等效圖：對節(jié)點A使用KCL知， 則 ：又 則： 對節(jié)點B使用KCL知：有管的對稱性知： 所以：則： 其中：關于MP1的W/L：取為0.0114，令 L=44um W=0.5um關于MN1，MN2： MN1：w=1.5um l=0.5um MN2：w=3um l=1umVth0=0.588v 取 Vds2=0.2v，則則： W/L=0.取W/L=0.03512則MN

6、3 MN4的寬長為W=5.5um L=1.5um則：則：（W/L)=0.0354故寬長比可以為0.0354 MP2 MP3的長寬為W=1.25um，L=0.45um3網(wǎng)表文件3.1輸入共模電壓擺幅gong.lib "D:CMOS_035_Spice_Model.lib" ttMP1 4 Vb Vcc Vcc P_33 w=5u l=5uMP2 1 1 Vcc Vcc P_33 w=1.25u l=0.45uMP3 2 1 Vcc Vcc P_33 w=1.25u l=0.45uMN1 4 4 0 0 N_33 w=1.5u l=0.5uMN2 3 4 0 0 N_33 w=

7、3u l=0.5uMN3 1 Vin 3 0 N_33 w=5.5u l=1.5uMN4 2 Ving 3 0 N_33 w=5.5u l=1.5uVcc Vcc 0 3.3VVb Vb 0 2.1VVin Vin 0 1V.DC Vin 0 3.3 0.01 .be dc v(2).probe dc i(MN2).options ingold =2 csdf =2.end3.2輸出電壓擺幅baifu.lib "D:CMOS_035_Spice_Model.lib" ttMP1 4 Vb Vcc Vcc P_33 w=5u l=5uMP2 1 1 Vcc Vcc

8、 P_33 w=1.25u l=0.45uMP3 2 1 Vcc Vcc P_33 w=1.25u l=0.45uMN1 4 4 0 0 N_33 w=1.5u l=0.5uMN2 3 4 0 0 N_33 w=3u l=0.5uMN3 1 Vin 3 0 N_33 w=5.5u l=1.5uMN4 2 Ving 3 0 N_33 w=5.5u l=1.5uVcc Vcc 0 3.3VVb Vb 0 2.1VVin Vin 0 1VVing Ving 0 1V.DC Vin 0 3.3 0.01 .be dc v(2).options ingold =2 csdf =2.end3.

9、3增益帶寬zeng.lib "D:CMOS_035_Spice_Model.lib" ttVcc Vcc 0 3.3Vb Vb 0 2.1vin vin 0 1 ac 1ving ving 0 1MP1 4 Vb Vcc Vcc P_33 w=4u l=4uMP2 1 1 Vcc Vcc P_33 w=1.25u l=0.45uMP3 2 1 Vcc Vcc P_33 w=1.25u l=0.45uMN1 4 4 0 0 N_33 w=1.5u l=0.5uMN2 3 4 0 0 N_33 w=3u l=0.5uMN3 1 Vin 3 0 N_33 w=5.5u l=1.5

10、uMN4 2 Ving 3 0 N_33 w=5.5u l=1.5u.OP.ac dec 20 1 20be ac vdb(2)vp(2).options ingold =2 csdf =2.end4仿真結果與分析4.1輸入共模電壓擺幅：結果顯示： 共模電壓擺幅在13.1V,滿足要求。4.2輸出電壓擺幅：結果顯示： 輸出電壓擺幅在0.33V,滿足要求。4.3增益帶寬：顯示： 增益>35.5dB, 帶寬>15M,滿足要求。5實驗結論根據(jù)上述仿真波形的顯示，我們設計出的運算放大器各方面性能指標均滿足實驗要求。6致謝 這次課程設計的順利進行離不開老師在課程設計開始前對實驗要

11、求及注意事項的細心講解，他們的教導使我們對IC課程設計有了大致的了解，確定了我們在課程設計過程中的大方向。離不開助教老師在課程設計中期對實驗課題的解析與分析，他們與我分享了很多知識技巧以及以往的經驗，讓我少走很多彎路，是他們的悉心教導使我有了一定的專業(yè)知識，這是課設能夠得以完成的重要助力。離不開同組同學的協(xié)調分工、相互幫助，是他們耐心的幫我安裝應用軟件，講解演算過程、也離不開其他同學對我們實驗提出的各種建設性意見，是他們的靈光一現(xiàn)使我醍醐灌頂，從死胡同里走出來，更加順利地完成課程設計任務。7參考文獻劉剛 微電子器件與IC設計（第二版） 科學出版社劉剛 微電子器件與IC設計（第二版） 科學出版社

12、康光華電子技術基礎模擬部分（第五版）高等教育出版社謝自美電子線路設計-實驗-測試（第四版） 電子工業(yè)出版社熊發(fā)明新編電子電路與信號課程實驗指導 國防工業(yè)出版社8心得體會這次課程設計是對我們動手能力、自學能力、分析能力以及之前學習過的知識的一次大型考察。在課設的開始，由于對之前學習的IC知識認識不夠深入、踏實，導致我在題目面前茫然失措，只認識幾個mos管，卻不知到它們分別工作在什么狀態(tài)下，更別說它們要怎么組合參數(shù)才能滿足題目的要求了。迷茫之下，毫無頭緒的借了Verilog、硬件設計等各種參考書籍，結果發(fā)現(xiàn)書上講的內容和實驗內容不太吻合。而又由于種種原因錯過了第一次答疑機會，課程設計這個任務就這么

13、擱置下來了。 后來和同組的同學帶著一腦袋的問題與疑惑去參加了第二次答疑，看見別的組同樣題目的同學已經完成的七七八八，可以和助教老師有聲有色的討論起參數(shù)的調整，網(wǎng)表的生成，頓時覺得無地自容。于是下定決心把答疑的作用發(fā)揮到最大，力圖追上別組同學的進度。當天晚上我們先是聽著別的同學和老師的討論，在對題目的理解更加深入后參與了進去，從助教老師那里問到了參數(shù)調整的具體方案等關鍵性的知識，信心滿滿地回到寢室才發(fā)現(xiàn)已經很晚了，但還是迫不及待地想要把剛學習到的知識付諸實踐。 但是問題總是以緩解這一環(huán)，由于之前沒有相關接觸，也沒有助教老師的幫助，在設計輔助軟件的安裝以及使用可以說是一無所知，軟件的使用手冊并不詳

14、細，而且網(wǎng)上又不容易找到相關材料，第二天在軟件的安裝上就花了很長時間。在我一籌莫展的時候，我想到了班上其他同樣抽到模電題目的同學，在他們的幫助下我了解了軟件的基本應用方法并在實驗過程中逐步摸索，可以熟練駕馭軟件為我所用了。 之后在同組同學的提醒下我們進行了任務的劃分，我所選取的是網(wǎng)表的生成。在畫過電路圖分析完電路連接關系之后我就直接列寫了網(wǎng)表文件，用網(wǎng)表反映各個電路的鏈接與參數(shù)。在網(wǎng)表的生成過程中，助教老師給出的模板給了我很大啟發(fā)，讓我順利做出了前兩項。但在最后一步測定帶寬的網(wǎng)表編寫上同樣遇到了一定的困難，試過幾種方法就是不能達到預期的結果，這個時候我翻遍了圖書館借來的資料，也詢問了別的同學。

15、功夫不負有心人，原來我之前一直被固定的模式所困，一直在同一個死胡同里打轉。認識到了這一點，我干脆把最后一個網(wǎng)表文件整個重新列寫，寫出自己的風格。雖然并不算完美，在同組同學對數(shù)據(jù)調試的過程中也做過許多次改動，我還是非常滿意的。 但是，在準備撰寫實驗報告的時候又出現(xiàn)了狀況，由于我只圖一是省事，沒有繪制原理圖，而且實驗的原理分析中也缺乏一些電路圖來說明問題，我又做起了繪制電路圖的工作。一次偶然的機會，我看到其他班上同學的實驗報告上的電路圖清晰、明了，便詢問了他繪制的方法，原來他是用windows visio 繪制的 。于是我在電腦上安裝了這個軟件又開始了另一番摸索。最后解決了報告書上電路圖的問題。以上，便是我承擔的工作，我認為可以占總實驗內容的30%。 最后便是正式撰寫報告，我注意到，老師要求參考畢設論文的格式，這對于我來說，是個學習論文格式和總結資料的機會，雖然最后由于復習、學生工作的活動