二階多功能電流模式濾波器的設(shè)計(jì)

摘要IV二階多功能電流模式濾波器的設(shè)計(jì)摘要隨著集成電路的快速發(fā)展，大功率電子器件的出現(xiàn)，為了解決諧波干擾的阻礙，濾波器是不可或缺的器件，對(duì)集成電路產(chǎn)品的性能有著很大的影響?？梢哉f(shuō)凡有電子產(chǎn)品的地方必有濾波器產(chǎn)品。本次研究針對(duì)電流傳輸器展開(kāi)展開(kāi)多維度、深層次的研究和分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新型電流傳輸電路，該電路的特點(diǎn)是基于緩沖器和放大器的基礎(chǔ)上成型的傳輸設(shè)備，和傳統(tǒng)電路相比，該電路本身的優(yōu)勢(shì)在于能耗低、電壓低、傳輸精確度高等優(yōu)勢(shì)，最后以多輸出第二代二階電流模式濾波器電路通常由CCCII電路和電流傳輸器組成，和其他電路不同的是，該電路具備高通、帶阻、低通、帶通等適配性較高的功能。通過(guò)分析與仿真，所設(shè)計(jì)的電路在常溫下，加入3.3V電源電壓，從100KHz-100MHz可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)的頻率低于1.21赫茲，并將通過(guò)其中的信號(hào)因干擾而減弱的濾波降到最低；當(dāng)信號(hào)高于截止頻率正常通過(guò)時(shí)，低于截止頻率的信號(hào)將會(huì)被降到最低；為特定區(qū)間內(nèi)的信號(hào)通過(guò)時(shí)得以降到最低，從而實(shí)現(xiàn)大多數(shù)信號(hào)都能在較為合理的范圍中通過(guò)，此外，將7.42KHz-4.66MHz區(qū)間內(nèi)的信號(hào)最大限度減弱的帶阻濾波，中心角頻率為1.83MHz，通過(guò)改變電流源的數(shù)值可以調(diào)節(jié)濾波器的增益，從仿真可以驗(yàn)證電路可以實(shí)現(xiàn)所需求功能。本次研究是基于Cadence環(huán)境下開(kāi)展的，采用的工藝器件以0.35μmCMOS為主，以此作為搭建電路和仿真的主要軟硬件設(shè)備，設(shè)計(jì)可以在常溫、3.3V電源電壓下工作，所設(shè)計(jì)的整體版圖面積為29912.0307。關(guān)鍵詞：濾波器，電流傳輸器，低通濾波，高通濾波，帶通濾波，帶阻濾波AbstractDesignandImplementationofSecondOrderMultifunctionalCurrentModeFilterBasedonCMOSAbstractWiththerapiddevelopmentofintegratedcircuitsandtheemergenceofhigh-powerelectronicdevices,inordertosolvetheobstructionofharmonicinterference,filterisanindispensabledevice,whichhasagreatimpactontheperformanceofintegratedcircuitproducts.Itcanbesaidthatwherethereareelectronicproducts,theremustbefilterproducts.Inthispaper,thestructureofcurrenttransmitterisanalyzed,andasecondgenerationcurrenttransmittercircuit(CCCII)basedonoperationalamplifierandbufferisdesigned.Comparedwiththepreviouscircuit,thiscircuithastheadvantagesoflowvoltage,lowpowerconsumption,smalltransmissionerrorofvoltageandcurrent,highbandwidthandadjustableharmonicfiltergain,Finally,asecond-ordermultifunctionalcurrentmodefiltercircuitiscomposedofmultioutputsecond-generationcurrenttransmitter(MOCCCII)andCCCIIcircuit.Thecircuitcanrealizefourfilterfunctionsoflow-pass,highpass,band-passandbandstopatthesametime.Throughanalysisandsimulation,thedesignedcircuitcanpassthesignalbelowthecut-offfrequency(1.21MHz)from100kHzto100MHzbyadding3.3Vpowersupplyvoltageatroomtemperature,andthesignalabovethecut-offfrequencycanbeattenuatedtoverylow-passfiltering;Thesignalabovethecut-offfrequency(1.21MHz)passesthrough,andthesignalbelowthecut-offfrequencyattenuatestoaverylowhighpassfilter;Letthesignalintherangeof7.42KHz-4.66MHzattenuatetoverylowband-passfilteringthroughsignalsinotherranges;Letmostofthesignalspassthrough.Thesignalintherangeof7.42KHz-4.66MHzattenuatestoaverylowbandstopfilter,andthecenterangularfrequencyis1.83MHz.Thegainofthefiltercanbeadjustedbychangingthevalueofthecurrentsource.Itcanbeverifiedfromthesimulationthatthecircuitcanrealizetherequiredfunction.Thisdesigniscompletedincadenceenvironment,basedon0.35μmCMOSprocessdevicelibrary,completedtheconstructionandSimulationofthecircuit,thedesigncanworkatroomtemperatureand3.3Vpowersupplyvoltage,andtheoveralllayoutareais29912.0307.Keywords:Filter,Currenttransmitter,Lowpassfilter,Highpassfilter,Bandpassfilter,Bandstopfilter大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究的背景與意義 11.2課題研究的內(nèi)容與方法 11.3課題研究現(xiàn)狀 2第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 32.1電流模式電路 32.2濾波器 42.2.1電流模式濾波器特點(diǎn) 52.2.2電流模式濾波器分類 52.3電流傳輸器 62.3.1第一代電流傳輸器（CCI） 62.3.2第二代電流傳輸器（CCII） 62.3.3電流控制電流傳輸器（CCCII） 72.4電流鏡 82.5運(yùn)算放大器 82.6電壓跟隨器 92.7反饋電路 10第3章電路整體設(shè)計(jì) 113.1二階多功能電流模式濾波器 113.2CMOSCCCII電路 123.3CMOSMOCCCII電路 133.4設(shè)計(jì)工具 133.4.1Virtuoso軟件 133.4.2Calibre軟件 14第4章電路的搭建與仿真 154.1總體電路搭建 154.2電路的各部分模塊 154.2.1CCCII電路 154.2.2MOCCCII電路 164.3電路的仿真 174.3.1低通濾波 174.3.2高通濾波 184.3.3帶通濾波 184.3.4帶阻濾波 194.4本章小結(jié) 19第5章版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證 215.1版圖的繪制 215.1.1MOCCCII模塊 215.1.2CCCII模塊 215.1.3匯總模塊 225.2版圖DRC和LVS驗(yàn)證 225.2.1DRC驗(yàn)證 225.2.2LVS驗(yàn)證 245.3本章小結(jié) 26第6章結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28致謝 29大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-第1章緒論課題研究的背景與意義伴隨著大功率電子器件的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，諧波干擾逐漸發(fā)展成為科研工作和工業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的影響因素，濾波器由此產(chǎn)生，從未來(lái)的發(fā)展來(lái)看，濾波器的應(yīng)用場(chǎng)景將不斷深化，其與電子產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)性也會(huì)隨著應(yīng)用場(chǎng)景增加不斷提升。一直以來(lái)，模擬電子電路設(shè)計(jì)長(zhǎng)期的傳統(tǒng)觀念中，衡量信號(hào)變量的指標(biāo)以電壓為主，電流往往被忽略，大部分人對(duì)于電路功能的判斷和使用主要體現(xiàn)在電壓信號(hào)的處理上，從而催生了不少電壓信號(hào)處理電路的出現(xiàn)。不過(guò)電壓信號(hào)處理電路同樣存在不小缺陷，尤其在高速和高頻的電壓環(huán)境下更為明顯。濾波器根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的方式將通過(guò)的信號(hào)以頻率為劃分，并選擇性地讓部分頻率的信號(hào)通過(guò)，它作為一門學(xué)科發(fā)展至今已有八十多年的歷史。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛。濾波器的研究與發(fā)展經(jīng)歷了無(wú)源分立元件、集成線性元件、混合集成電路和單片全集成電路。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，材料工業(yè)和計(jì)算機(jī)計(jì)算開(kāi)始有所起步，也為濾波器的誕生與發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)，隨著數(shù)十年的發(fā)展，濾波器技術(shù)得以優(yōu)化和完善，其呈現(xiàn)更小、更快、更精準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)。電流模式電路，就是能夠有成效地傳送、放大和處理電流信號(hào)的電路。電流模式濾波器由于具有高速、低功耗、動(dòng)態(tài)范圍大、且與超大規(guī)模集成電路（VLSI，VeryLargeScaleIntegration）技術(shù)兼容的特點(diǎn)，引起了濾波器研究領(lǐng)域的極大關(guān)注。二階多功能電流模式濾波器不僅能夠有效通過(guò)各類頻率的信號(hào)，也能夠?qū)⒉煌敵龆说男盘?hào)形成排列組合的形式，從而達(dá)到有效的帶阻濾波功能。在實(shí)際使用過(guò)程中，濾波器自身的品質(zhì)因數(shù)和角頻率可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行和調(diào)試，具備極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，整體電路結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，使用靈活。課題研究的內(nèi)容與方法濾波器是使輸出端口所需要的頻率分量能夠順利通過(guò)，而抑制或削弱不需要的頻率分量，是模擬集成電路不可缺少的一部分。本次研究圍繞MOCCCII濾波器電路由若干個(gè)RC無(wú)源元件和有源器件的組合基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出與輸入信號(hào)形成特定比例，從而實(shí)現(xiàn)不同類型的濾波，同時(shí)該濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)固有頻率和品質(zhì)因素的獨(dú)立運(yùn)行和調(diào)試狀態(tài)。本課題主要設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型的電流模式濾波器，電路具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈敏度低和模塊優(yōu)化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用0.35μm工藝，利用Cadence軟件，最終電路能夠?qū)崿F(xiàn)高通、低通、帶通、帶阻的功能，并根據(jù)所畫電路圖畫出版圖并進(jìn)行驗(yàn)證。課題研究現(xiàn)狀從上世紀(jì)40年代開(kāi)始，運(yùn)算放大器逐漸走進(jìn)人們的視野，該技術(shù)主要建立在模擬電壓模式的基礎(chǔ)上展開(kāi)的，從不同維度推動(dòng)電路設(shè)計(jì)理論持續(xù)優(yōu)化和完善，并逐漸發(fā)展出大量的應(yīng)用場(chǎng)景和電路設(shè)計(jì)。從誕生時(shí)間來(lái)看，最早的電流模式有緣元件問(wèn)世時(shí)間比運(yùn)算放大器提前20年，但在發(fā)展之初并不被關(guān)注，相對(duì)于電壓模式，電流模式電路的發(fā)展存在長(zhǎng)期滯后的困境，針對(duì)電流模式電路的研究可通過(guò)電壓模式的轉(zhuǎn)換就能實(shí)現(xiàn)，并確保轉(zhuǎn)換過(guò)程中的相關(guān)函數(shù)不發(fā)生變動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)電壓模式的電路設(shè)計(jì)與電流模式電路設(shè)計(jì)的匹配性，為其的優(yōu)化和應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。為了能有效緩解和釋放電壓運(yùn)放性能，針對(duì)電壓運(yùn)放存在的缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，電路模式電路設(shè)計(jì)逐漸受到行業(yè)專家的重視。如果用電流表示被處理信號(hào)的變化，電路可以理解為電流模式電路。從實(shí)踐來(lái)看，電流模式電路本身具備較高的輸出阻抗特點(diǎn)，此外，該電路模式可用于擴(kuò)展，成為電流放大器的重要構(gòu)成部分，能夠有效降低電路在運(yùn)行過(guò)程中的損耗。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1電流模式電路所謂電流模式電路通常指的是用電流作為信號(hào)變量的代表，針對(duì)電流變量進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)各類電動(dòng)功能的實(shí)際需求，該電路模式的特征主要體現(xiàn)在以下幾方面：1.存在明顯差異的阻抗水平，兩種型號(hào)的本身不同在于阻抗水平的不同，在實(shí)踐過(guò)程中，選擇何種模式處理信號(hào)，很大程度上受到電路阻抗水平的影響。如果排除所有干擾因素，理想環(huán)境下的電壓放大器需要達(dá)到輸入阻抗的無(wú)窮大，同時(shí)確保輸出阻抗為0，這無(wú)疑對(duì)電壓信號(hào)傳輸提供便利的條件。在排除其他干擾因素的情況下，理想狀態(tài)下的電流信號(hào)放大器應(yīng)當(dāng)保證輸出阻抗無(wú)窮大，且輸入阻抗為0的條件，唯有如此，才能為電流信號(hào)傳輸提供良好的條件。基于此，選擇電壓模式電路的重點(diǎn)要求其阻抗足夠高；相對(duì)來(lái)說(shuō)，選擇電流模式電路的重點(diǎn)在于具有低阻抗的條件，同時(shí)通過(guò)電壓的擺幅較小。2.擁有較高的傳輸速度和比較寬的頻帶，通常情況下，對(duì)傳輸速度和傳輸頻帶的因素一般集中在晶體管極間電容運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的較低的阻抗水平時(shí)。從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，這部分的阻抗節(jié)點(diǎn)普遍較低，此外，受到結(jié)電容整體阻抗節(jié)點(diǎn)不高的影響，該節(jié)點(diǎn)的阻容時(shí)間相對(duì)較小，就算此時(shí)經(jīng)過(guò)的電流存在大幅度的改變的，對(duì)電壓變化的影響極小，因此結(jié)電容的過(guò)渡時(shí)間相對(duì)較短，達(dá)到電容快速充放電的效果，有效提升整體相應(yīng)的效率。基于此，當(dāng)電流模式電力處于較大信號(hào)的運(yùn)行條件下運(yùn)行時(shí)，其做工效率遠(yuǎn)高于電壓模式。不僅如此，受到電容處于低阻抗節(jié)點(diǎn)的影響，也會(huì)有效提升電容與節(jié)點(diǎn)阻抗較低，極大極點(diǎn)頻率，全面提高上限頻率，與結(jié)晶體的fT工作效率處于同一水平。3.電源功率小、電壓低，為了有效提升集成電路的整體密度，最大限度降低做工損耗，控制并降低電源電壓成為大勢(shì)所趨。通常情況下，將其降低到3.3V-1.5V的功率下即可。從電壓模式電路的角度出發(fā)，對(duì)其電源電壓的降低實(shí)際上是對(duì)最大電壓范圍設(shè)定限制。此外，降低電源電壓與高速傳輸?shù)碾妷耗Ｊ诫娐穼?shí)際需求不匹配。另外，電流放大器本身并不會(huì)將電壓擺幅和電壓增益納入考量范圍，因此其無(wú)法產(chǎn)生足夠大的電機(jī)電阻，所以在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電源電壓的使用必要性并不大。不僅如此，該電路在輸出過(guò)程中通常與低阻抗的節(jié)點(diǎn)相連接，即便過(guò)程中的輸出電流擺幅增大，依然不會(huì)改變其壓降，基于此將電流模式電路運(yùn)用在低電源電壓的條件下，能夠有效降低整個(gè)電路的功耗。4.非線性失真小，由于在電流模式電路中引入匹配技術(shù)，因此確保電流傳輸符合規(guī)定的前提下，應(yīng)當(dāng)保證電路的對(duì)稱性。確保電路和信號(hào)形成較高的匹配性，從而有效消除晶體管中的非線性效應(yīng)，從而極大降低失真造成的影響。如今不少電流設(shè)備中，整體功能受到一致認(rèn)可的器件是電流傳輸器，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，該器件的應(yīng)用深度和廣度不斷加強(qiáng)，多集中在阻抗變換器、濾波器等場(chǎng)景中。其主要特征在于，兼容性強(qiáng)、功能豐富、高頻性能好。新一代電流傳輸器在性能和功能上不斷升級(jí)。近些年廣泛應(yīng)用的電流模式濾波器是基于MOCCII的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高效電流設(shè)備，該濾波器不但繼承了CCIl濾波器的所有優(yōu)勢(shì)，該設(shè)備在不斷優(yōu)化和改進(jìn)中提升了整體兼容性，從而使得濾波器的電路更簡(jiǎn)單、功耗更低、設(shè)計(jì)更方便。5.引入跨導(dǎo)線電路運(yùn)算模式，有效精簡(jiǎn)了運(yùn)算流程，該模式的原理主要指的是，如果在電路中存在跨導(dǎo)線環(huán)路，其中的每個(gè)晶體管都產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)系、相互制約的關(guān)聯(lián)性?；谶@種關(guān)聯(lián)性，可有效簡(jiǎn)化計(jì)算的難度，該原理在非線性和線性電路中同樣適用。6.動(dòng)態(tài)范圍大，該類型的電路的電路和動(dòng)態(tài)范圍中的最大值與電流限額相匹配，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，并不會(huì)受到電壓降低造成的影響。其晶體管的電流動(dòng)態(tài)幅度相對(duì)較寬，此外，通常通過(guò)電流放大器的阻抗本就不高，因此其在運(yùn)行階段基本很少受到電壓限制的影響，基于此，電流模式電路的動(dòng)態(tài)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電壓模式電路。2.2濾波器濾波器是一種按規(guī)定方式讓某些頻率的信號(hào)通過(guò)，而阻止另一些頻率的信號(hào)通過(guò)的電路，它作為一門學(xué)科發(fā)展至今已有八十多年的歷史。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器在多種場(chǎng)景中的得以應(yīng)用。針對(duì)濾波器的研究從無(wú)到有，從追逐的無(wú)源分立元件逐步發(fā)展到單盤全集集成電路，該過(guò)程歷經(jīng)多個(gè)電路元件的發(fā)展和演變。隨著集成工藝、計(jì)算機(jī)計(jì)劃的發(fā)展和演變，為濾波器的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)為將濾波器推向更小、更快、更精準(zhǔn)的發(fā)展高度。早期的無(wú)源RLC濾波器中的電感存在固有缺陷，如：損耗大、體積大、非線性、易引入干擾噪聲，因而迫使人們開(kāi)始研究有源濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。上世紀(jì)50年代中期，Linvill在研究中首次采用負(fù)阻抗變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)移，研制出全球首個(gè)有源濾波器。該濾波器是基于有源濾波器的基礎(chǔ)上發(fā)展和演變，并在改進(jìn)過(guò)程中擯棄電感器的束縛，此類濾波器整體體積更小，同時(shí)能夠達(dá)到1000的Q值。七十年代發(fā)展起來(lái)的混合集成電路技術(shù)把有源RC濾波器推向成熟，成為濾波器學(xué)科發(fā)展史上的重要里程碑。作為一種專門的作用于補(bǔ)償無(wú)功、有效限制諧波的電子裝置，有源電力濾波器主要通過(guò)改變諧波的頻率和大小進(jìn)行調(diào)制和改變運(yùn)行。所謂有源，指的是該設(shè)備通過(guò)電源的工作才能正常運(yùn)行，該設(shè)備的應(yīng)用有效緩解傳統(tǒng)濾波設(shè)備單只能通過(guò)固定補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)諧波進(jìn)行抑制的缺陷，真正實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償?shù)膶?shí)踐需求。2.2.1電流模式濾波器特點(diǎn)伴隨著集成電路領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展和演變，大型集成電路的應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大，新一代電控電流傳輸器受到相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，該設(shè)備的優(yōu)勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面。1．該設(shè)備兼具了電流和電壓兩種模式的傳輸優(yōu)勢(shì)。2．該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)較快速度的跟隨效果，同時(shí)能夠根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整較大的動(dòng)態(tài)范圍。3．該設(shè)備具備較寬的頻帶，能夠在多種高頻應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮作用。4．該設(shè)備的電壓相對(duì)較低。電流控制傳輸器使濾波器可以電調(diào)諧。電控電流傳輸器的電調(diào)諧功能是由它的X端的內(nèi)部寄生電阻實(shí)現(xiàn)的。如果基于CCII的電路包含外部電阻，并且串聯(lián)到CCII的X端，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)勢(shì)。2.2.2電流模式濾波器分類有源濾波的主要功能為針對(duì)部分符合設(shè)定要求的范圍的頻率正常通過(guò)，對(duì)設(shè)定范圍之外的信號(hào)進(jìn)行有效弱化和抑制。該設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在抵消干擾、關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸、信息處理等方面，由于該設(shè)備需要運(yùn)算放大器頻帶的匹配，因此更多時(shí)候應(yīng)用于相對(duì)頻率較低的范圍中?？梢苑譃橐韵聨最?。低通濾波器并不會(huì)對(duì)低于截止頻率范圍的信號(hào)進(jìn)行抑制作用，不過(guò)對(duì)于高于截止頻率的信號(hào)的抑制性較強(qiáng)。高通濾波器與之相反，并不會(huì)對(duì)高于截止頻率范圍的信號(hào)進(jìn)行抑制作用，但是對(duì)低于截止頻率范圍的信號(hào)進(jìn)行抑制的設(shè)備。該設(shè)備的主要特點(diǎn)通常應(yīng)用于頻率響應(yīng)和沖激響應(yīng)的信號(hào)中。其中頻率響應(yīng)通常的以函數(shù)來(lái)表示，一般而言它是以復(fù)變量j為自變量的復(fù)變函數(shù)，以H（j）表示。它的模H（）和幅角（）為角頻率的函數(shù)，分別是“幅頻響應(yīng)”和“相頻響應(yīng)”其產(chǎn)生激勵(lì)作用的根源信號(hào)在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)過(guò)程中呈現(xiàn)出相位和幅度之間的變化。由此來(lái)看，可以將頻率響應(yīng)視為傅里葉變換的一種呈現(xiàn)。通常情況下，當(dāng)線性無(wú)源系統(tǒng)可以用一個(gè)N階\t"/item/%E9%AB%98%E9%80%9A%E6%BB%A4%E6%B3%A2/_blank"線性微分方程表示時(shí)，頻率響應(yīng)H（j）為一個(gè)有理分式，它的分子和分母分別與微分方程的右邊和左邊相對(duì)應(yīng)。帶通濾波器可以理解為將特定范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行分量處理，并在此基礎(chǔ)上將高于或低于該區(qū)間的頻率采取弱化處理的濾波器，其整體概念和帶阻濾波器存在異曲同工之處。對(duì)該設(shè)備的模擬可以通常以電阻-電感-電容電路(RLCcircuit)來(lái)展開(kāi)。在特定條件下可見(jiàn)低通和高通濾波器進(jìn)行組合。帶阻濾波器通常指的是對(duì)大部分頻率采取分量處理，針對(duì)部分高于或低于特定范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行弱化處理的設(shè)備，其本身阻帶范圍很小，普遍具備較高的Q值。在實(shí)踐過(guò)程中，可將電壓分別輸入高通和低通濾波器中，將兩個(gè)輸出電壓相加，從而獲得帶阻濾波器，全通濾波器的特點(diǎn)在于不同經(jīng)過(guò)的信號(hào)做任何弱化處理，此類濾波器本身與信號(hào)幅度之間的關(guān)聯(lián)性很小，其主要用于對(duì)特定相位進(jìn)行彌補(bǔ)，在特殊情況下，也可用以對(duì)零極點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性2.3電流傳輸器電流傳輸器的功能極為強(qiáng)大，其和運(yùn)算放大器的重要性一樣，該設(shè)備的主要任務(wù)在于將多種電子元器件形成組合狀態(tài)，形成多種類型的電路結(jié)構(gòu)。該電路設(shè)備在精確度、轉(zhuǎn)換率、穩(wěn)定性方面呈現(xiàn)出良好的表現(xiàn)。2.3.1第一代電流傳輸器（CCI）上世紀(jì)60年代末期，Smith和Sedra在研究中認(rèn)為電流傳輸器分別由三個(gè)元器件構(gòu)成，其主要符號(hào)如下圖2.1所示，其中X和Y是輸入端，Z是輸出端。圖2.1第一代電流傳輸器符號(hào)電流傳輸器的作用在于：當(dāng)電壓輸入Y端，相應(yīng)的，其輸入X端的電壓也會(huì)保持一致。相反，有電流進(jìn)入X端，其流入Y端的電流同樣保持一致，不僅如此，電流I將被傳輸至Z端，如此一倆，可將Z端視為能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出阻抗、電流控制系數(shù)為1的電流控制電流源。2.3.2第二代電流傳輸器（CCII）為了提升該設(shè)備兼容性和通用性，Smith和Sedra在隨后的70年代中持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)CCI的性能，并以此為基礎(chǔ)提出新型CCI電流傳輸器，其符號(hào)如圖2.2所示。圖2.2第二代電流傳輸器符號(hào)通常情況下，設(shè)定CCII的Y端電流為0，X端電壓和Y端電壓的存在緊密關(guān)聯(lián)性，Z端電流與X端電流相適應(yīng)。和CCI相比，CCII最大的特征在于其抵消了Y端口產(chǎn)生的電流。從中發(fā)現(xiàn)，Y端口的電壓阻抗無(wú)窮大；X作為電流輸入端，其與Y端的電壓呈現(xiàn)特定比例，所以可將X端的阻抗設(shè)為0；當(dāng)X端輸入端口的電流傳輸至Z端時(shí)，該區(qū)域的輸出電流與X端存在緊密關(guān)聯(lián)性，與之相適應(yīng)的是電流方向，通常采用CCII-或CCII+進(jìn)行區(qū)分。由此看來(lái)，傳輸至Z端的電流可通過(guò)X端輸入，也可以由Y端輸入電壓。2.3.3電流控制電流傳輸器（CCCII）CCCII元件的源自CCII，隨著CCII于上世紀(jì)70年代被提出之后，其在模擬電路設(shè)計(jì)上得到廣泛應(yīng)用，不過(guò)由于X端本身存在寄生電阻，但是在傳輸特性上缺乏對(duì)該電阻的考量，無(wú)形中導(dǎo)致兩端的電壓產(chǎn)生與預(yù)期效果不相符，從而導(dǎo)致其傳輸函數(shù)存在一定程度的誤差?；诖?，1995年由法國(guó)學(xué)者Fabre提出CCCII，通過(guò)X端寄生電阻受到直流偏壓影響的特點(diǎn)，從而呈現(xiàn)出能夠被正常調(diào)制的特點(diǎn)。大部分電路元件自身具備不同程度的電阻效應(yīng)，在設(shè)計(jì)階段能夠有效降低無(wú)源元件的使用頻率，能夠有效簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，其底層邏輯在于X端寄生電阻本身的大小往往有偏置電流來(lái)把控，通常以內(nèi)部直流流Io偏壓對(duì)X端寄生電阻進(jìn)行控制，能夠有效調(diào)制其特性。它的電路符號(hào)如圖2.3所示。圖2.3CCCII符號(hào)圖CCCII主要通過(guò)CCII的升級(jí)版，本身的輸入特性和原有系統(tǒng)存在異曲同工之處，設(shè)定輸入端為X和Y，并設(shè)定輸出端為Z，不過(guò)和原有系統(tǒng)相比，其增加了R調(diào)節(jié)電阻，從而讓該設(shè)備存在一定程度的電阻效應(yīng)。2.4電流鏡電流鏡是本次設(shè)計(jì)MOCCCII的關(guān)鍵部件，它是模擬集成電路中必備的部件之一。通常其作用主要是在電壓模式運(yùn)算放大器中對(duì)有源負(fù)載和電流進(jìn)行偏置。而在升級(jí)的電流模式電路設(shè)計(jì)中，該設(shè)備的作用不僅于此，其也被用于進(jìn)行信號(hào)的復(fù)制。大部分電流鏡可劃分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種，目前靜態(tài)電流鏡可細(xì)分為級(jí)聯(lián)電流鏡、Wilson電流鏡、Widlar電流鏡等。圖2.4標(biāo)準(zhǔn)共源共柵電流鏡圖2.4電流鏡運(yùn)用了共源共柵技術(shù)，可以減小由于輸出和輸入電流不同所引起的比例誤差。圖中輸入端一側(cè)為M1、M3串聯(lián)，輸出端一側(cè)為M2、M4串聯(lián)。M1、M3管柵、漏極接在一起，在電路中構(gòu)成等效的二極管，兩管都工作于飽和區(qū)，使得輸入端呈現(xiàn)低輸入電阻。M2、M4的柵、漏極都不短接，使輸出端具有高輸出電阻。2.5運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器本身包含多個(gè)級(jí)別的電子集成電路，其主要任務(wù)在于根據(jù)實(shí)際情況將電路進(jìn)行分級(jí)放大，能夠?qū)崿F(xiàn)有效抑制零點(diǎn)漂移的作用，此外該器件具備較高的輸入電阻；和輸入級(jí)不同的是，中間級(jí)的放大器的任務(wù)是將電壓放大，該設(shè)備通常由放大電路和共射極組成；在實(shí)際使用過(guò)程中，負(fù)載和輸出級(jí)產(chǎn)生連接關(guān)系，并呈現(xiàn)出極強(qiáng)的帶載能力，其本身輸出的電阻相對(duì)較低。運(yùn)算放大器是本文提出電路的核心部分，因?yàn)楹蠹?jí)的緩沖器電路也是運(yùn)算放大器電路的改進(jìn)，所以運(yùn)算放大器性能的好壞將直接影響CCII電路的性能。高增益放大器的思想基于反饋的概念。在模擬電路中，要能夠精確地定義傳輸函數(shù)。如圖2.4本設(shè)計(jì)采用的運(yùn)算放大器。圖2.4運(yùn)算放大器2.6電壓跟隨器在電壓輸入和輸出過(guò)程中保持電壓的一致性。電壓跟隨器的特征在于，整體輸出阻抗比較低，而輸入的阻抗相對(duì)更高。一般情況下，該設(shè)備的作用在于產(chǎn)生進(jìn)行有效緩沖。通常電壓放大器的輸出阻抗相對(duì)較高，最高可達(dá)上千歐，一旦后級(jí)的輸入阻抗相對(duì)較小，極易造成前級(jí)的輸出電阻受到影響。此時(shí)，電壓跟隨器的作用開(kāi)始顯現(xiàn)，對(duì)能夠有效發(fā)揮緩沖作用，為整個(gè)電路提供平穩(wěn)過(guò)渡的作用。通常情況下，可通過(guò)運(yùn)算放大器達(dá)到有效緩沖的效果，將輸出電壓全部反饋至輸入端，從而實(shí)現(xiàn)輸入和輸出端電壓保持一致，其公式為vout=vin。如圖2.5所示，給出了使用CMOS管應(yīng)用并聯(lián)負(fù)反饋概念實(shí)現(xiàn)低輸出電阻的電路。電路僅僅是具有單級(jí)放大器開(kāi)環(huán)增益的單位增益緩沖器。圖2.5簡(jiǎn)單的并聯(lián)負(fù)反饋緩沖器如圖2.5所示中，晶體管M1、M2組成輸入差分對(duì)；晶體管M3、M8；M4、M6；M7、M9組成三組基本電流鏡提供單端輸出電流，在電路設(shè)計(jì)中，可取M3、M4具有相同的寬長(zhǎng)比，M6、M7、M8、M9寬長(zhǎng)比相同。靜態(tài)偏置電流由電流源IB提供。信號(hào)從M2管的柵極進(jìn)入，給M2的柵極提供交流電壓信號(hào)的輸入，這樣在M2的漏極就得到了一個(gè)相應(yīng)的小信號(hào)電流，小信號(hào)電流通過(guò)電流鏡鏡像到晶體管M6。并通過(guò)M3、M8；M7、M9這兩組電流鏡的作用，最終將電流傳遞給M1管。同時(shí)小信號(hào)電流在M6的漏極轉(zhuǎn)化為輸出電壓vout，輸出電壓vout跟晶體管M1的柵極相連，從而將輸出和輸入聯(lián)系起來(lái)，完成反饋功能。2.7反饋電路反饋電路的主要作用在于回收放大器輸出信號(hào)，根據(jù)不同需求進(jìn)行部分和全部回收，在此基礎(chǔ)上對(duì)輸入和輸出信號(hào)展開(kāi)對(duì)比和分析，使用得出的結(jié)果對(duì)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行控制。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求來(lái)劃分，大致可分為電壓反饋電路和電流反饋電路。通常將不同電路反饋應(yīng)用于電子振蕩電路中，大部分時(shí)候?qū)⒇?fù)反饋電路應(yīng)用于頻率不同的放大電路上，近些年其應(yīng)用深度和廣度不斷加強(qiáng)，在本次研究中，主要圍繞負(fù)反饋電路展開(kāi)研究和分析，通常情況下，負(fù)反饋對(duì)放大器電路性能產(chǎn)生的影響大致可總結(jié)為以下幾個(gè)方面：可有效提升放大器增益的有效性和穩(wěn)定性。可合理加寬放大器的頻帶。可降低失真效果。可最大限度提升信噪比。對(duì)放大器的各方面的電阻產(chǎn)生不同程度的影響。第3章電路整體設(shè)計(jì)3.1二階多功能電流模式濾波器濾波器是一種按規(guī)定方式讓某些頻率的信號(hào)通過(guò)，而阻止另一些頻率的信號(hào)通過(guò)的電路。二階多功能電流模式濾波器是一款結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，功能更加完善的濾波器。如圖3.1所示電路是由一個(gè)MOCCCII模塊電路，一個(gè)CCCII模塊電路，2個(gè)電容，2個(gè)電阻所組成的二階多功能電流模式濾波器，通過(guò)選擇不同端口來(lái)實(shí)現(xiàn)高通、帶通、低通、帶阻功能。圖3.1二階多功能電流模式濾波器設(shè)MOCCCII的電流控制系數(shù)為，CCCII-的電流控制系數(shù)為，由端口特性及電路的基本理論，可得電路的4個(gè)傳輸函數(shù)如下。（3-1）設(shè)由公式（3-1）可得到低通傳輸函數(shù)。（3-2）設(shè)由公式（3-2）可得到高通傳輸函數(shù)。（3-3）設(shè)由公式（3-3）可得到帶通傳輸函數(shù)。（3-4）設(shè)由公式（3-4）可得到帶阻傳輸函數(shù)。由上述方程式可知電路的中心頻率及品質(zhì)因數(shù)。（3-5）（3-6）式（3-5）、（3-6）說(shuō)明中心頻率ω0和品質(zhì)因子Q可以通過(guò)k1和k2調(diào)節(jié)，因此，電路可以分別實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)ω0和Q的獨(dú)立可調(diào)。3.2CMOSCCCII電路圖3.2為CMOS晶體管實(shí)現(xiàn)的電調(diào)諧小信號(hào)電流放大器。它是在小信號(hào)電流放大器電路基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。圖3.2所示該電流放大器能夠調(diào)節(jié)諧波信號(hào)，該設(shè)備由兩個(gè)CMOS平方電路構(gòu)成，分別由晶體管組M1、M2、M3和電流源組成第一個(gè)平方電路，由晶體管組M1'、M2'、M3'和電流源組成第二個(gè)平方電路構(gòu)成。晶體管M4、M5以及電流源形成電流可控的偏置電路，給晶體管M3、M3'提供偏置電壓。圖中所有的管子均工作在飽和區(qū)。圖3.3CCCII電路該電路第一部分是一個(gè)帶緩沖加補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器。M5為源隨器，用于降低X端的輸出電阻。第一級(jí)的運(yùn)算放大器是一個(gè)由晶體管M1、M2、M3、M4組成的差分放大器。該電路具有低功耗、電壓和電流傳輸誤差小、電壓和電流傳輸帶寬高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)電流鏡給M1、M2、M3、M4、M15組成的差分放大器一個(gè)偏置，輸出端X接回本身的輸入端，組成一個(gè)單位增益的反饋，所以X端跟隨Y端，電流也跟隨Y端。3.3CMOSMOCCCII電路MOCCCII是一種由若干個(gè)輸出端口構(gòu)成的電流傳輸設(shè)備，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行延伸，從而發(fā)展成為若干種二階濾波器的結(jié)構(gòu)電路。圖3.4MOCCCII電路圖3.4中M1-M17為單端輸出CCII的主要電路，即前面章節(jié)提出的高帶寬電流傳輸器。M1、M17分別和M18、M19以及M20、M21構(gòu)成兩組同相輸出電流鏡，M22、M25分別和M26、M27以及M28、M29構(gòu)成兩組反相輸出電流鏡。其中M30、M31為PMOS分壓電阻，給整個(gè)電路提供合適的靜態(tài)偏置電流。由M16，M17產(chǎn)生的電流通過(guò)電流鏡M18、M19及M20、M21傳到Z1、Z2端。由M22，M25所產(chǎn)生的電流通過(guò)電流鏡M26、M27以及M28、M29傳到、端。電源電壓維持在±1.2V，與低電壓電路的實(shí)際需求相符，如果在實(shí)際需求中有要求，可進(jìn)行輸出端和輸入端的擴(kuò)展。每個(gè)增加輸出或輸入端口通常只需要增設(shè)MOS管即可。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可增加輸出或輸入端口以適應(yīng)不同電路設(shè)計(jì)的需求。從圖3.3中發(fā)現(xiàn)，數(shù)值型電流源并不存在，也擯棄了偏置電壓，由此看來(lái)，該電路設(shè)計(jì)的實(shí)用性更強(qiáng)。3.4設(shè)計(jì)工具3.4.1Virtuoso軟件本課題使用Virtuoso軟件繪制版圖，Virtuoso軟件是Cadence公司設(shè)計(jì)的一款大型的、功能非常完善的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，Virtuoso有一個(gè)很強(qiáng)大的集成電路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，作為當(dāng)下非常流行的電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，各種不同模塊的電路設(shè)計(jì)都可以在Virtuoso軟件中進(jìn)行，其中涵蓋專用的射頻電路、計(jì)算機(jī)布線設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)等內(nèi)容。和其他類型的電路版圖設(shè)計(jì)工具不同的是，Virtuoso具備極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在版圖驗(yàn)證、電路繪制、電路仿真等方面。該軟件如今受到越來(lái)越多人的認(rèn)可，并在多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。3.4.2Calibre軟件Calibre軟件是業(yè)界進(jìn)行版圖后期驗(yàn)證等工作時(shí)主要使用的軟件之一。Calibre擁有非常完整的版圖驗(yàn)證功能，目前，市場(chǎng)上有很多家集成電路設(shè)計(jì)公司、半導(dǎo)體制造公司、半導(dǎo)體封裝測(cè)試公司以及單元庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議開(kāi)發(fā)商均采用Calibre軟件作為主要的版圖驗(yàn)證工具。與其他驗(yàn)證軟件相比較，Calibre軟件工作容量大、驗(yàn)證速度快，工作效率高而且準(zhǔn)確性好，還能夠?qū)Π鎴D實(shí)現(xiàn)多層次驗(yàn)證。Calibre作為版圖驗(yàn)證工具，涵蓋Calibre版圖電路圖和規(guī)則檢查(DRC)等內(nèi)容，并將兩者進(jìn)行對(duì)比和分析，在進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)嚴(yán)格遵守廠家在版圖規(guī)格、電路性能、元件參數(shù)、工藝尺寸等各方面要求。此外，即使對(duì)于設(shè)計(jì)方法不同的版圖，Calibre也能夠?qū)ζ渫瓿勺R(shí)別和驗(yàn)證等功能，例如針對(duì)次波長(zhǎng)版圖設(shè)計(jì)，Calibre對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)可以新建模型，Calibre庫(kù)包括四種主要的次波長(zhǎng)驗(yàn)證技術(shù)，分別有光學(xué)制程修正、相位移光罩、散射條和偏軸照明技術(shù)。作為實(shí)體驗(yàn)證工具市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，Calibre已經(jīng)成為許多廠商采用的標(biāo)準(zhǔn)。3.5本章小結(jié)本章完成了課題內(nèi)容的主要設(shè)計(jì)與原理介紹，為下面搭建電路做好鋪墊，同時(shí)也對(duì)電路搭建所使用的軟件進(jìn)行了大致介紹，通過(guò)這些準(zhǔn)備工作讓課題的研究進(jìn)行的更加順利。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4章電路的搭建與仿真4.1總體電路搭建如圖4.1所示，總體電路圖一共由59MOS晶體管，加上2個(gè)電阻、3個(gè)電容完成總體電路圖的搭建，總體電路圖的搭建可以分兩個(gè)模塊進(jìn)行，由MOCCCII模塊和CCCII模塊構(gòu)成主要的電路圖，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行搭建連線，加入電阻和電容，由3個(gè)電壓源（vdc）充當(dāng)電路圖的vdd、gnd、vss，由2個(gè)電流源（idc）為輸入端，從而組成總體電路圖。圖4.1總體電路4.2電路的各部分模塊4.2.1CCCII電路根據(jù)原理圖搭建CCCII電路，如圖4.2所示。電路圖由13個(gè)PMOS管、19個(gè)NMOS管、1個(gè)電容組成、3三個(gè)電流源，其中電容是作為補(bǔ)償?shù)淖饔?。本設(shè)計(jì)在電流相減的部分選擇反向端作為輸出。圖4.2CCCII電路CCCII電路圖CMOS管參數(shù)如下表4.1。表4.1CCCII管子參數(shù)器件名稱寬長(zhǎng)比器件名稱寬長(zhǎng)比器件名稱寬長(zhǎng)比MP060u/1uMP160u/1uMP260u/1uMP360u/1uMP460u/1uMP560u/1uMP660u/1uMP760u/1uMP860u/1uMP960u/1uMP1060u/1uMP1160u/1uMP1260u/1uMN040u/1uMN1160u/1uMN240u/1uMN340u/1uMN420u/1uMN520u/1uMN640u/1uMN740u/1uMN840u/1uMN910u/1uMN1010u/1uMN1110u/1uMN1210u/1uMN1310u/1uMN1410u/1uMN1510u/1uMN1610u/1uMN1710u/1uMN1810u/1uC01pf4.2.2MOCCCII電路根據(jù)原理圖搭建MOCCCII電路，如圖4.3所示，該電路由11個(gè)PMOS管、16個(gè)NMOS管組成，本設(shè)計(jì)只用到兩路輸出，所以另外兩端輸出端口省去。圖4.3MOCCCII電路MOCCCII電路圖CMOS管子參數(shù)如下表4.2。表4.2MOCCCII管子參數(shù)表器件名稱寬長(zhǎng)比器件名稱寬長(zhǎng)比器件名稱寬長(zhǎng)比MP024u/400nMP124u/400nMP211u/400nMP324u/400nMP424u/400nMP524u/400nMP624u/400nMP724u/400nMP824u/400nMP924u/400nMP1024u/400nMN012u/400nMN112u/400nMN24u/400nMN340u/400nMN440u/400nMN540u/400nMN68u/400nMN740u/400nMN840u/400nMN940u/400nMN108u/400nMN118u/400nMN128u/400nMN138u/400nMN148u/400nMN158u/400n4.3電路的仿真在CCCII電路圖中設(shè)置Ia=50u，Ib=50u，Ic=100u，C0=C1=10pf，R0=R1=10K。采用交流仿真的方式，頻率設(shè)置在100K-100MHz，如圖4.4、圖4.5、圖4.6、圖4.7可以得到四種功能的仿真，從所示波形圖可以得出所搭建電路的正確性。4.3.1低通濾波如下圖4.4所示，通過(guò)波形仿真不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波形低于1.2赫茲的頻率時(shí)，能夠全部通過(guò)，但一旦仿真波形高于截止頻率，將會(huì)設(shè)備持續(xù)弱化，所以該仿真為低通濾波仿真波形。圖4.4低通濾波4.3.2高通濾波如下圖4.5所示，從仿真波形中可以看出波形低于截止頻率（1.21MHz）頻率會(huì)衰減到接近于0，高于截止頻率信號(hào)會(huì)通過(guò)，所以該仿真為高通濾波仿真波形。圖4.5高通濾波4.3.3帶通濾波如下圖4.6所示，從仿真可以看出仿真波形在7.42KHz-4.66MHz的范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，其他范圍內(nèi)的波形逐漸衰減到接近于0，所以該仿真為帶通濾波仿真波形。圖4.6帶通濾波4.3.4帶阻濾波如下圖4.7所示，從仿真中可以看出仿真大部分范圍內(nèi)的信號(hào)可以通過(guò)，在7.42KHz-4.66MHz為阻帶在其范圍內(nèi)的波形逐漸衰減到接近于0，所以從該仿真為帶阻濾波仿真波形。圖4.7帶阻濾波4.4本章小結(jié)本章完成了電路的搭建與仿真，通過(guò)仿真驗(yàn)證了所搭建電路圖的可以實(shí)現(xiàn)低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波的功能。在搭建過(guò)程中出現(xiàn)了電路線路錯(cuò)誤和管子尺寸不合適導(dǎo)致仿真波形出現(xiàn)誤差，通過(guò)細(xì)心檢查進(jìn)行改正。所設(shè)計(jì)的電路圖中的CMOS晶體管尺寸還可以進(jìn)一步優(yōu)化，電路圖的設(shè)計(jì)希望可以更加簡(jiǎn)便。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第5章版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中有個(gè)尤為重要的過(guò)程—版圖設(shè)計(jì)。版圖的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接反應(yīng)出所設(shè)計(jì)的電路能否很好的將各個(gè)指標(biāo)完全的實(shí)現(xiàn)。所以一個(gè)好的電路設(shè)計(jì)非常需要一個(gè)好的版圖設(shè)計(jì)。版圖設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換為一組光刻掩模，根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行布局布線，在芯片制造過(guò)程中使用這些掩模版。在集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展下，制造材料和工藝階段的快速發(fā)展先進(jìn)的集成電路和集成電路布局設(shè)計(jì)已經(jīng)從初步的簡(jiǎn)易圖形設(shè)計(jì)發(fā)展到需要綜合考慮各種因素的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。本章開(kāi)始就是版圖的設(shè)計(jì)，涉及到布局布線以及對(duì)版圖和電路的驗(yàn)證，該環(huán)節(jié)主要是針對(duì)（DRC）電路版圖的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行一致性驗(yàn)證（LVS）。5.1版圖的繪制5.1.1MOCCCII模塊MOCCCII電路一共有27個(gè)器件，其中有11PMOS管，16個(gè)NMOS管，畫版圖時(shí)采用源漏共用，將兩個(gè)管子合成一個(gè)管子，如圖5.1所示，版圖含有6個(gè)PMOS管和12個(gè)NMOS管，版圖面積為2474.2278。圖5.1MOCCCII模塊版圖設(shè)計(jì)5.1.2CCCII模塊CCCII電路一共有33個(gè)器件，其中有13個(gè)PMOS管，19個(gè)NMOS管，1個(gè)電容，其版圖如圖5.2所示，版圖含有7個(gè)PMOS管和15個(gè)NMOS管，版圖面積為8390.849。圖5.2CCCII模塊版圖設(shè)計(jì)5.1.3匯總模塊匯總模塊在兩個(gè)子模塊相連的情況下加入3個(gè)電容，3個(gè)電阻而成，如圖5.3所示，面積為29912.0307。圖5.3匯總模塊版圖設(shè)計(jì)5.2版圖DRC和LVS驗(yàn)證5.2.1DRC驗(yàn)證DRC驗(yàn)證過(guò)程如下。1.導(dǎo)出版圖文件（gds文件），在Virtuoso主界面選擇File→Export→StreamOut，在彈出的XStreamOut界面將版圖文件導(dǎo)出。2.成功導(dǎo)出版圖文件后需要在所操作的DRC文件夾路徑下進(jìn)入Calibre，這樣才能確保DRC文件的正常運(yùn)行。3.在Calibre中打開(kāi)從Vrituoso中所導(dǎo)出的版圖文件，在菜單中選擇RunnmDRC選項(xiàng)在對(duì)應(yīng)的對(duì)話窗口選擇符合設(shè)計(jì)要求的內(nèi)容--drc_header_1k_00以及版圖模塊文件然后進(jìn)行DRC的驗(yàn)證。運(yùn)行DRC驗(yàn)證后輸出兩個(gè)文件，一個(gè)是DRCSummaryReport，這個(gè)是對(duì)版圖驗(yàn)證后的總結(jié)，另外一個(gè)報(bào)告是驗(yàn)證后的具體錯(cuò)誤報(bào)告，將根據(jù)具體的錯(cuò)誤報(bào)告來(lái)修改版圖文件。如圖5.4、5.5、5.6所示為各個(gè)模塊版圖以及整體版圖所進(jìn)行驗(yàn)證后的報(bào)告結(jié)果，其中“CheckMD*_CHK”是金屬密度檢查的錯(cuò)誤報(bào)告，可以忽略。圖5.4MOCCCII模塊版圖DRC驗(yàn)證報(bào)告如圖5.4所示，忽略金屬密度問(wèn)題，所以MOCCCII模塊版圖DRC驗(yàn)證通過(guò)。圖5.5CCCII模塊版圖DRC驗(yàn)證如圖5.5所示，忽略金屬密度問(wèn)題，所以CCCII模塊版圖DRC驗(yàn)證通過(guò)。圖5.6匯總版圖DRC驗(yàn)證如圖5.6所示，忽略金屬密度問(wèn)題，所以匯總版圖DRC驗(yàn)證通過(guò)。5.2.2LVS驗(yàn)證當(dāng)DRC驗(yàn)證結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)針對(duì)版圖設(shè)計(jì)電路進(jìn)行全面檢查，LVS的驗(yàn)證方式顯著區(qū)別在于，其在研究過(guò)程中需要將gds文件和網(wǎng)表文件全部導(dǎo)出到LVS驗(yàn)證的文件夾下，驗(yàn)證過(guò)程如下。1.成功導(dǎo)出兩個(gè)文件后，就需要在LVS驗(yàn)證的文件下打開(kāi)Calibre，這里需要注意在跑LVS之前需要在Calibre中對(duì)版圖上所打的標(biāo)號(hào)進(jìn)行加層——4024層，其目的是因?yàn)樵贑alibre中識(shí)別不出來(lái)在Vrituoso中所加的MET1的標(biāo)識(shí)，需要更換為Calibre中的MET1層即4024層。2.所有標(biāo)識(shí)修改完畢后進(jìn)行保存，然后退出或新建一個(gè)控制臺(tái)界面修改source_me文件，修改兩個(gè)文件中的網(wǎng)表文件、版圖文件的名稱以及所在路徑然后保存。3.執(zhí)行命令./source_me，這時(shí)候打開(kāi)Calibre進(jìn)入所修改好的版圖文件選擇菜單欄中的StartRVE進(jìn)行LVS驗(yàn)證，查看LVS檢查結(jié)果并定位LVS錯(cuò)誤，對(duì)版圖和電路圖的檢查報(bào)告進(jìn)行對(duì)比然后修改，直至電路圖和版圖相匹配為止。在每次修改過(guò)后都需要重新導(dǎo)入gds文件和cdl文件，否則LVS運(yùn)行的一直是第一次跑過(guò)的結(jié)果。修改時(shí)要回到Cadence上進(jìn)行修改。如圖5.7、5.8、5.9所示為各個(gè)模塊版圖以及整體版圖所進(jìn)行驗(yàn)證后的報(bào)告結(jié)果。圖5.7MOCCCII模塊版圖LVS驗(yàn)證如圖5.7所示，MOCCCII模塊版圖LVS驗(yàn)證通過(guò)。圖5.8CCCII模塊版圖LVS如圖5.8所示，CCCII模塊版圖LVS驗(yàn)證通過(guò)。圖5.8匯總模塊版圖LVS如圖5.8所示，匯總模塊版圖LVS驗(yàn)證通過(guò)。5.3本章小結(jié)本章完成了版圖的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了DRC和LVS驗(yàn)證，在版圖設(shè)計(jì)工程中可以選擇單獨(dú)插入器件和一鍵插入，面對(duì)插入器件的格點(diǎn)錯(cuò)誤，通過(guò)修改DRC規(guī)則文件中的格點(diǎn)尺寸來(lái)進(jìn)行改正，其余格點(diǎn)錯(cuò)誤通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)進(jìn)行修改。在LVS驗(yàn)證過(guò)程中，版圖中管子的尺寸與電路圖中的尺寸不對(duì)應(yīng)，需要進(jìn)行細(xì)心的檢查來(lái)找出問(wèn)題管子所在，面對(duì)所畫版圖的邏輯錯(cuò)誤，在LVS驗(yàn)證報(bào)告中找到所出現(xiàn)問(wèn)題的器件部分并進(jìn)行改正。所設(shè)計(jì)的版圖面積還可以進(jìn)一步優(yōu)化，版圖中連線部分還可以刪減簡(jiǎn)化。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第6章結(jié)論在Cadence環(huán)境下基于0.35μmCMOS工藝完成了一種二階多功能電流模式濾波器設(shè)計(jì)。通常涵蓋電路模塊的搭建與設(shè)計(jì)，以及關(guān)于電路版圖的設(shè)計(jì)和多種模式的驗(yàn)證方法。通過(guò)分析電流模式電路設(shè)計(jì)的原理，以及電流傳輸器的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)主要包括了兩個(gè)模塊電路設(shè)計(jì)，其中有多端輸出電流傳輸器MOCCCII電路模塊、單端輸出電流傳輸器CCCII電路模塊。為了優(yōu)化電路，設(shè)計(jì)了一種CCCII電路。本設(shè)計(jì)由兩個(gè)模塊進(jìn)行搭建構(gòu)成的二階多功能電流模式具備若干種濾波功能，分別為帶通、高通、低通以及帶阻，此外，該電路設(shè)備整體性能穩(wěn)定性較強(qiáng)，相較于傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)有所簡(jiǎn)化。當(dāng)電路搭建程序結(jié)束之后，開(kāi)始仿真程序，本次研究中引入Cadence對(duì)主要的電路設(shè)計(jì)展開(kāi)仿真工序。從仿真結(jié)果看，通過(guò)分析與仿真，設(shè)計(jì)的電路符合100KHz-100MHz區(qū)間內(nèi)的帶通、高通、低通、帶阻等濾波的需求。1.21MHz為低通濾波和高通濾波的截止頻率，7.42KHz-4.66MHz為帶通濾波的通帶范圍，7.42KHz-4.66MHz為帶阻濾波的阻帶，1.83MHz是中心角頻率，通過(guò)改變電流源的數(shù)值可以調(diào)節(jié)濾波器的增益。電路功能驗(yàn)證完畢，針對(duì)該濾波器展開(kāi)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為版圖設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電路布局、模塊等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用LVS和DRC對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，進(jìn)行整體版圖的拼接，為了使版圖形狀和面積得到優(yōu)化，部分CMOS管子通過(guò)源漏共用的原理拼接成一個(gè)管子，最終得到一個(gè)較為良好的整體版圖，面積為29912.0307。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，二階多功能電流模式濾波器的設(shè)計(jì)并不是理想的，該設(shè)計(jì)的電路優(yōu)化還需要進(jìn)一步的完善。版圖設(shè)計(jì)中的模塊面積有待更進(jìn)一步優(yōu)化。希望通過(guò)進(jìn)一步學(xué)習(xí)最新的集成電路理論，了解國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的新的集成電路設(shè)計(jì)思想，力爭(zhēng)所設(shè)計(jì)的集成電路可以達(dá)到更好的性能，更進(jìn)一步的電路設(shè)計(jì)水平。隨著現(xiàn)在集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展與革新，相信在以后的集成電路發(fā)展中一定會(huì)出現(xiàn)更加完美的電流模式濾波器。參考文獻(xiàn)[1]黃蘇平．低壓共源共柵電流鏡的偏置電路[J]，集成電路應(yīng)用，2020，37（4）：25-27[2]李志軍，王春華，劉榮．任意電流模式濾波器的綜合實(shí)現(xiàn)[J]，通信學(xué)報(bào)，2010，31（8）：60-65，74[3]蔣品群，顧燊，宋樹(shù)祥，岑明燦