中山學(xué)院集成電路版圖識(shí)別與提取

1、學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別電子信息學(xué)院課程名稱集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)班級(jí)10電科實(shí)驗(yàn)(六、七)集成電路版圖識(shí)別與提取集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測(cè)試姓名實(shí)驗(yàn)時(shí)間2013年5月31日學(xué)號(hào)20100102010指導(dǎo)教師張華斌成績(jī)教師簽名批改時(shí)間2013年月日?qǐng)?bào)告內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)版圖提取與識(shí)別是微電子IC逆向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，一方面可借鑒并消化吸收先進(jìn)、富有創(chuàng)意的版圖設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)，建立自己的版圖庫(kù)；另一方面通過(guò)分析、優(yōu)化已有版圖可將原有芯片的性能加以改進(jìn)提高。本實(shí)驗(yàn)正是基于以上的技術(shù)應(yīng)用背景和集成電路原理課程及其特點(diǎn)而設(shè)置，目的在于：(1)了解對(duì)塑封、陶瓷封裝等不同封裝形式的芯片解剖的方法及注意事項(xiàng)。(2)學(xué)習(xí)并掌握集

2、成電路版圖的圖形識(shí)別、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提取。(3)能對(duì)提取得到的電路進(jìn)行功能分析、確定，并可運(yùn)用PSPICE等EDA工具展開(kāi)模擬仿真。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其主要工藝特點(diǎn)，加深感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與綜合分析能力，掌握學(xué)習(xí)、跟蹤先進(jìn)電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的基本方法，進(jìn)而為今后從事科研、開(kāi)發(fā)工作打下良好基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)原理介紹本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)放在版圖識(shí)別、電路拓?fù)涮崛?、電路功能分析三大模塊，實(shí)驗(yàn)流程如下：總體布局布線觀察=版圖中元器件識(shí)別二電路拓?fù)涮崛〈蛴≥敵鰈/這樣只要測(cè)得交流信號(hào)電壓VS和vo ,就能得到AzovoViVoR/(Ri R2)VsWR2也RVs(2)在信號(hào)頻率固定的條件下，增加

3、輸入信號(hào)電壓幅度，使輸出端獲得最大無(wú)失真的波形。保持輸入電壓不變，增加輸入電壓頻率，當(dāng)輸出電壓的幅值降低到低頻率值的0.707倍，此時(shí)頻率為開(kāi)環(huán)帶寬。2、輸入偏置電流Iib當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出電壓為零（或規(guī)定值）時(shí)流入兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，為輸入偏置電流IIB。設(shè)兩偏置電流為IIB1與I IB2 ,則I IB ( I IB1 I IB2 ) / 2(3)用圖3測(cè)試，若Vs=0, K3斷開(kāi)，當(dāng)Ki閉合，K2斷開(kāi)，測(cè)得輸出電壓Vol。當(dāng)K2閉合,Ki斷開(kāi)，又可測(cè)得輸出電壓Vo2 :直流通過(guò)Rf實(shí)現(xiàn)全反饋，放大器的直流增益很小，故輸入直流電平十分穩(wěn)定，不需進(jìn)行零點(diǎn)Cf,使放大器的反相端交流接地，

4、以保證交流開(kāi)環(huán)的目的。A0VolV022RI舊(1Rf/Ri)iAo(4)IIB2R(1RF/RI)3、開(kāi)環(huán)差模輸入電阻Rid開(kāi)環(huán)差模輸入電阻Rid是指差模輸入電壓變化與對(duì)應(yīng)的輸入電流變化之比。其測(cè)試原理如圖3所示。在該圖中，要取Cf足夠大，使交流短路，構(gòu)成交流開(kāi)環(huán)，而直流是閉環(huán)，穩(wěn)定直流輸出電壓。圖3開(kāi)環(huán)差模輸入電阻和輸出電阻測(cè)試原理測(cè)試Rid分兩步進(jìn)行，將低頻正弦信號(hào)巧輸入電路，先將Ki、K2閉合，測(cè)得輸出正弦信號(hào)V01=AVDV1,再將Ki、K2斷開(kāi)，測(cè)得輸出正弦信號(hào)V02,其值為Vo2A/dV1Rid/(Rd2R)Vo1Rid/(Rid2R)(5)由此求得Rid022R(6)Vo1Vo

5、2輸入正弦信號(hào)vs的頻率一般不超過(guò)1KHz,以清除電容的影響。R不宜太大，以減小噪聲的影響。4.開(kāi)環(huán)輸出電阻Ros開(kāi)環(huán)輸出電阻Ros是指輸出電壓變化與其對(duì)應(yīng)的輸出電流變化之比。仍用圖3的電路進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試分兩步進(jìn)行，先將K1、K2閉合，K3斷開(kāi)，送入低頻正弦信號(hào)Vs,測(cè)得輸出V01=AVDV1,這里V1為輸入端信號(hào)。閉合K3,接入負(fù)載阻抗RL,再次測(cè)得輸出電壓V02為A/dViRl /(RosRl)ViR/(RosRl)Ros(Vol Vo2)RlVo2(7)5 .輸入失調(diào)電壓Vio由于運(yùn)放電路參數(shù)的不對(duì)稱，使得兩個(gè)輸入端都接地時(shí)，輸出電壓不為零，稱為放大器的失調(diào)。為了使輸出電壓回到零，就必須

6、在輸入端加上一個(gè)糾偏電壓來(lái)補(bǔ)償這種失調(diào)，這個(gè)所加的糾偏電壓就叫運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓，用Vio表示。故Vio的定義為使輸出電壓為零在兩輸入端之間需加有的直流補(bǔ)償電壓。輸入失調(diào)電壓的測(cè)量原理如圖4所示。圖中直流電路通過(guò)Ri和Rf接成閉合環(huán)路。通常 Ri的取值不超過(guò)100 , RfRi,這時(shí)若測(cè)得輸出電壓為Vol,就可推算出輸入端的失調(diào)電壓為Vio(8)6、輸入失調(diào)電流IioIio的定義為補(bǔ)償失調(diào)電壓后，使輸出電壓為零，而流入運(yùn)算放大器兩輸入端的電流之差。即11011b11b2I(9)測(cè)試原理仍用圖4,分兩步進(jìn)行。第一步將Ki、K2閉合，測(cè)得輸出電壓為Voi,因這時(shí)的電路和測(cè)試輸入失調(diào)電壓完全一

7、樣，故可得：VoiVio(RiRf)/Ri。第二步將Ki、K2都斷開(kāi)，此時(shí)運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，除了失調(diào)電壓Vio之外，還有輸入電流Ibi和Ib2在電阻上所產(chǎn)生的電壓，即 IbiRIb2R(Ib1 1b2)RIIO R。若這時(shí)測(cè)得輸出電壓為Vo2 ,根據(jù)前面的計(jì)算公式可知Vo 2(VioIioR) (RiRf)/Ri(10)由此可得I IORiRiRfVo 2 VoiR(11)7、共模抑制比kCMRkCMR表不它定運(yùn)放應(yīng)對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。表征這種能力的參數(shù)叫共模抑制比，用義為差模電壓增益Avd和共模電壓增益Avc之比，即kcMR|Avd/Avc|。測(cè)試原理如圖5所示。由于RfRi,該閉環(huán)

8、電路對(duì)差模信號(hào)的增益AvdRf/Ri。共模信號(hào)的增益AvcVo/Vs因此，只要從電路上測(cè)出Vo和Vs,即可求出共模抑制比kCMRIAVD / AVCRf VsRiVo(kCMR的大小往往與頻率有關(guān)，同時(shí)也與輸入信號(hào)大小和波形有關(guān)。測(cè)量的頻率不宜太高，信號(hào)8、最大共模輸入電壓Vivm最大共模輸入電壓是指最大不失真共模輸出正弦波電壓時(shí)的共模輸入電壓。其側(cè)試原理仍用圖5的電路。測(cè)試方法是將Vs由小到大逐漸增加，觀察到輸出波形剛出現(xiàn)失真時(shí)，記下這時(shí)輸入信號(hào)值，就是最大共模輸入電壓。由于輸入電壓加大后，kcMR將下降，故也有將VIVM定義為使kCMR下降6分貝的輸入電壓。測(cè)試時(shí)可將兩種定義的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行

9、比較。9、電壓轉(zhuǎn)換速率Sr的測(cè)試電壓轉(zhuǎn)換速率Sr定義為運(yùn)放在單位增益狀態(tài)下，在運(yùn)放輸入端送入規(guī)定的大信號(hào)階躍脈沖電壓時(shí)，輸出電壓隨時(shí)間的最大變化率。(八(6)圖6電壓轉(zhuǎn)換速率測(cè)試原理圖Sr的測(cè)試原理如圖6(a)所示。測(cè)試時(shí)取Ri=Rf,在輸入端送入脈沖電壓，從輸出端見(jiàn)到輸出波形，如圖6(b)所示。這時(shí)可以規(guī)定過(guò)沖量的輸出脈沖電壓上升沿(下降沿)的恒定變化率區(qū)間內(nèi)，取輸出電壓幅度Vo和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t,然后由計(jì)算公式求出Sr-(V/m)(13)t通常上升過(guò)程和下降過(guò)程不同，故應(yīng)分別測(cè)出Sr+和Sr-。10、脈沖響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試(或稱為建立時(shí)間)圖7讀取響應(yīng)時(shí)間方法脈沖響應(yīng)時(shí)間包括上升時(shí)間，下降時(shí)間、延

10、遲時(shí)間、和脈動(dòng)時(shí)間等，測(cè)試原現(xiàn)仍如圖6(a)所示，取RfRi,Ri遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻、規(guī)定的誤差帶為2。讀取響應(yīng)時(shí)間方法如圖7所示。其中tr為上升時(shí)間，tf為下降時(shí)間，td(r)為上升延遲時(shí)間，td(f)為下降延遲時(shí)間。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.開(kāi)環(huán)電壓增益測(cè)量；* 2.輸入偏置電流測(cè)量；* 3.開(kāi)環(huán)差模輸入電阻測(cè)量。4 .開(kāi)環(huán)輸出電阻測(cè)量。5 .輸入失調(diào)電壓測(cè)量。*6.輸入失調(diào)電流測(cè)量。7 .共模抑制比測(cè)量；8 .電壓轉(zhuǎn)換速率測(cè)量。9 .脈沖響應(yīng)時(shí)間測(cè)量。10 .開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。注：前面加*的參數(shù)測(cè)試為選作內(nèi)容，根據(jù)個(gè)人的進(jìn)度而定，其他參數(shù)測(cè)試必做。以圖8所示的電路進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，步驟如下：100

11、kQ一A.一+ 15VKi10kQ100 QVK3K2100kQ-15V3mA73kQG100 Q10k QAT4K5K6 3kQ3k Q ；Vd,IG(b)圖8運(yùn)算放大器參數(shù)測(cè)試電路1 .測(cè)試運(yùn)放的開(kāi)環(huán)特性參數(shù)用圖8(a)電路。測(cè)試時(shí)將K2接輸入信號(hào)，K1接電容。K3、K4根據(jù)需要可接入Rl和Cl。參照實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的測(cè)試。2 .測(cè)試大信號(hào)脈沖參數(shù)也采用圖8(a)的電路。測(cè)試時(shí)將K2接電阻，K1接脈沖信號(hào)源，Ri根據(jù)需要選取，從輸入和輸出脈沖波形中讀取各個(gè)有關(guān)脈沖的參數(shù)。測(cè)試時(shí)可利用K3和K4接入負(fù)載Rl和Cl以觀察Rl和Cl對(duì)脈沖參數(shù)的影響。3 .測(cè)試失調(diào)特性參數(shù)和共模特性參數(shù)都采用

12、圖8(b)的電路。圖中的AT為被測(cè)電路，A為輔助電路。若采用單電路測(cè)試方法，可將K6和K7斷開(kāi)，K5閉合。變換開(kāi)關(guān)位置，即可測(cè)試各個(gè)參數(shù)。4 .在圖8(b)中將K4、K8接地，分別在K1斷開(kāi)，K2閉合和K1閉合、K2斷開(kāi)兩種情況下，測(cè)出輔助放大器的輸出電壓Voi和vo2,代入式（4）中，即可計(jì)算出I舊。測(cè)Vid和Iid時(shí)，都是將K4、K8接地，通過(guò)Ki和K2的閉合斷開(kāi)，測(cè)出輔助放大器的輸出電壓Voi和VO2,計(jì)算Vio和Iio。，測(cè)試共模特性參數(shù)時(shí)，將Ki,K2閉合，K4接地，從K8送入正弦信號(hào)Vs,測(cè)出輔助放大器的輸出電壓Vl,計(jì)算出KcmRo四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與心得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)一：AVDKCMR1IOIIBVI