運(yùn)算放大器ic設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上IC課程設(shè)計(jì)論文 題目： 運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì) 2012/1/5 摘要 本次課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為：利用MOS管設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)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(jié)構(gòu)下手，然后經(jīng)過Hspice網(wǎng)表的生成及仿真調(diào)整最后得到滿足參數(shù)要求的MOS管設(shè)定。關(guān)鍵詞： 運(yùn)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(yùn)算放大器介紹 運(yùn)算放大器（operational amplifier ）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形

4、式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。1.2 實(shí)驗(yàn)要求及設(shè)計(jì)指標(biāo)利用MOS管設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)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(yùn)算放大器工藝要求如下：1 基于0.35um 3.3V工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)及計(jì)算過程2.1電路設(shè)計(jì)2.2理論計(jì)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(jīng)確定6個(gè)管的W/L了電壓增益的推導(dǎo)過程：小信號等效圖：對節(jié)點(diǎn)A使用KCL知， 則 ：又 則： 對節(jié)點(diǎn)B使用KCL知：有管的對稱性知： 所以：則： 其中：關(guān)于MP1的W/L：取為0.0114，令 L=44um W=0.5um關(guān)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(jié)果與分析4.1輸入共模電壓擺幅：結(jié)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(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)上述仿真波形的顯示，我們設(shè)計(jì)出的運(yùn)算放大器各方面性能指標(biāo)均滿足實(shí)驗(yàn)要求。6致謝 這次課程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行離不開老師在課程設(shè)計(jì)開始前對實(shí)驗(yàn)要

11、求及注意事項(xiàng)的細(xì)心講解，他們的教導(dǎo)使我們對IC課程設(shè)計(jì)有了大致的了解，確定了我們在課程設(shè)計(jì)過程中的大方向。離不開助教老師在課程設(shè)計(jì)中期對實(shí)驗(yàn)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(jīng)驗(yàn)，讓我少走很多彎路，是他們的悉心教導(dǎo)使我有了一定的專業(yè)知識，這是課設(shè)能夠得以完成的重要助力。離不開同組同學(xué)的協(xié)調(diào)分工、相互幫助，是他們耐心的幫我安裝應(yīng)用軟件，講解演算過程、也離不開其他同學(xué)對我們實(shí)驗(yàn)提出的各種建設(shè)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(shè)計(jì)任務(wù)。7參考文獻(xiàn)劉剛 微電子器件與IC設(shè)計(jì)（第二版） 科學(xué)出版社劉剛 微電子器件與IC設(shè)計(jì)（第二版） 科學(xué)出版社

12、康光華電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）高等教育出版社謝自美電子線路設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-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(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 國防工業(yè)出版社8心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是對我們動(dòng)手能力、自學(xué)能力、分析能力以及之前學(xué)習(xí)過的知識的一次大型考察。在課設(shè)的開始，由于對之前學(xué)習(xí)的IC知識認(rèn)識不夠深入、踏實(shí)，導(dǎo)致我在題目面前茫然失措，只認(rèn)識幾個(gè)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(shè)計(jì)等各種參考書籍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)書上講的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不太吻合。而又由于種種原因錯(cuò)過了第一次答疑機(jī)會(huì)，課程設(shè)計(jì)這個(gè)任務(wù)就這么

13、擱置下來了。 后來和同組的同學(xué)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(xué)已經(jīng)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(diào)整，網(wǎng)表的生成，頓時(shí)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(xué)的進(jìn)度。當(dāng)天晚上我們先是聽著別的同學(xué)和老師的討論，在對題目的理解更加深入后參與了進(jìn)去，從助教老師那里問到了參數(shù)調(diào)整的具體方案等關(guān)鍵性的知識，信心滿滿地回到寢室才發(fā)現(xiàn)已經(jīng)很晚了，但還是迫不及待地想要把剛學(xué)習(xí)到的知識付諸實(shí)踐。 但是問題總是以緩解這一環(huán)，由于之前沒有相關(guān)接觸，也沒有助教老師的幫助，在設(shè)計(jì)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(xì)，而且網(wǎng)上又不容易找到相關(guān)材料，第二天在軟件的安裝上就花了很長時(shí)間。在我一籌莫展的時(shí)候，我想到了班上其他同樣抽到模電題目的同學(xué)，在他們的幫助下我了解了軟件的基本應(yīng)用方法并在實(shí)驗(yàn)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(xué)的提醒下我們進(jìn)行了任務(wù)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(guān)系之后我就直接列寫了網(wǎng)表文件，用網(wǎng)表反映各個(gè)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(xiàng)。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(dá)到預(yù)期的結(jié)果，這個(gè)時(shí)候我翻遍了圖書館借來的資料，也詢問了別的同學(xué)。

15、功夫不負(fù)有心人，原來我之前一直被固定的模式所困，一直在同一個(gè)死胡同里打轉(zhuǎn)。認(rèn)識到了這一點(diǎn)，我干脆把最后一個(gè)網(wǎng)表文件整個(gè)重新列寫，寫出自己的風(fēng)格。雖然并不算完美，在同組同學(xué)對數(shù)據(jù)調(diào)試的過程中也做過許多次改動(dòng)，我還是非常滿意的。 但是，在準(zhǔn)備撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)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(shí)驗(yàn)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(jī)會(huì)，我看到其他班上同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(gè)軟件又開始了另一番摸索。最后解決了報(bào)告書上電路圖的問題。以上，便是我承擔(dān)的工作，我認(rèn)為可以占總實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的30%。 最后便是正式撰寫報(bào)告，我注意到，老師要求參考畢設(shè)論文的格式，這對于我來說，是個(gè)學(xué)習(xí)論文格式和總結(jié)資料的機(jī)會(huì)，雖然最后由于復(fù)習(xí)、學(xué)生工作的活動(dòng)