工程設計培訓資料課件

工程設計趙攀第一頁，共四十一頁。在本章中，結合前面所學的理論，舉例說明實際的模擬集成電路設計與數(shù)?；旌霞呻娐吩O計的特點。首先具體設計了一款運算放大器，指出了多級運算放大器設計的指標與結構之間的關系以及運算放大器的設計思路。然后設計了一款10位30Msps的模數(shù)轉換器，以此說明模數(shù)混合集成電路的設計思路。第二頁，共四十一頁。1.運算放大器設計

第三頁，共四十一頁。1.1放大器結構的確定1.由于單級CMOS放大器的電壓增益通常為20~60dB，根據所提出的設計指標，其增益要求不下于85dB，因此至少需要二級放大器級聯(lián)。2.由于要求該放大器驅動大電容負載（60pF），并實現(xiàn)緩沖放大，所以采用源級跟隨器作為輸出級，以避免負載對前一級增益的影響。由以上兩點可以初定運算放大器為三級級聯(lián)結構。由于該運算放大器要求共模輸入范圍大，即第一級的共模輸入范圍較大。而根據前面所學，共模輸入與增益是一對矛盾體，故該級的放大器增益不是很高，所以第一級的增益設計為30~40dB。由于輸出級設計為源級跟隨器，其增益為1，為了實現(xiàn)總的增益要求，第二級的增益要達到60~70dB。另外，為了實現(xiàn)緩沖放大，使放大器能穩(wěn)定工作，在電路中采用RC補償，并為了實現(xiàn)片內補償?shù)囊?，利用密勒補償?shù)姆椒ǎ詼p小補償電容和電阻值。第四頁，共四十一頁。3.具體電路形式假定所采用的為N阱CMOS工藝（1）輸入級的確定由于采用的是N阱CMOS工藝，則采用PMOS管作為差分輸入對管就可避免其襯底偏置效應。（2）中間級的確定為了滿足系統(tǒng)增益要求，第二級采用共源共柵放大器。（3）輸出級的確定為了提高驅動能力，輸出級采用共源電路并以PMOS管作為輸入管，以避免襯底偏置效應，但由于電平位移的作用使輸出幅度下降。另外，由于輸出級電流較大，需要采用獨立的偏置電路。（4）補償方式的確定在本設計中采用RC補償方式，并且電阻R由NMOS管組成。第五頁，共四十一頁。由以上要求可以確定運算放大器如圖18.1所示第六頁，共四十一頁。1.2選擇工藝參數(shù)

第七頁，共四十一頁。1.3各級放大器參數(shù)的初步考慮

第八頁，共四十一頁。

第九頁，共四十一頁。

第十頁，共四十一頁。

第十一頁，共四十一頁。

第十二頁，共四十一頁。

第十三頁，共四十一頁。

第十四頁，共四十一頁。2.驗證共模范圍是否滿足設計要求，此時應假定放大器的輸入信號應為共模電壓。3.驗證放大器的增益是否滿足設計要求，此時放大器的輸入信號應為差模信號。第十五頁，共四十一頁。2.主增益級的設計

第十六頁，共四十一頁。

第十七頁，共四十一頁。

第十八頁，共四十一頁。

第十九頁，共四十一頁。

第二十頁，共四十一頁。3.輸出級的設計

第二十一頁，共四十一頁。

第二十二頁，共四十一頁。4.偏置電路的設計

第二十三頁，共四十一頁。

第二十四頁，共四十一頁。

第二十五頁，共四十一頁。5.頻率補償設計

第二十六頁，共四十一頁。

第二十七頁，共四十一頁。2.模數(shù)轉換器ADC的設計1目標與設計流程1.1工程目標設計一個采樣速度為30Msps，而分辨率為10BIT的模數(shù)轉換器。具體指標如下：采樣頻率：30Msps分辨率：10位功耗：150mW單端或全差分模擬輸入，輸入信號的最大峰-峰值為2V工作電壓：5V3V或5V邏輯輸出第二十八頁，共四十一頁。1.2ADC設計流程第二十九頁，共四十一頁。2.電路結構

第三十頁，共四十一頁。2.電路總體結構的確定采用上面的所示的結構后，根據系統(tǒng)結構、其A/D的其他功能及性能要求，所設計的芯片總的結構框圖如下：第三十一頁，共四十一頁。3.電路設計

第三十二頁，共四十一頁。2.運算放大器的設計在采樣保持電路中，其關鍵模塊是運算放大器，經過系統(tǒng)分析與仿真，提出了運算放大器的具體要求：該運算放大器的增益大于70dB功耗小于20mW輸出電壓的最大擺幅為3V由于所設計的運算放大器運用于10位高速PIPELINEA/D轉換器的采樣電路中，要求其具有良好的線性和很高的速度，并且是單電源工作，但普通的單級CMOS運算放大器的增益都不能滿足要求，所以在設計中選用伸縮式級聯(lián)結構高速高增益全差分運放，其主體電路如圖所示：第三十三頁，共四十一頁。

第三十四頁，共四十一頁。

第三十五頁，共四十一頁。

第三十六頁，共四十一頁。4.編碼緩沖糾錯輸出模塊（1）編碼而根據1.5位FLASHA/D的輸出碼只有‘00’、‘01’、‘10’三種形式，因此必須經過一定的編碼來實現(xiàn)第三十七頁，共四十一頁。由上表及卡諾圖可以設計出如下的電路圖2.第9級的編碼電路第三十八頁，共四十一頁。同理我們可以得到第9級的電路原理框圖第三十九頁，共四十一頁。

Thankyou!第四十頁，共四十一頁。內容總結工程設計。在本章中，結合前面所學的理論，舉例說明實際的模擬集成電路設計與數(shù)?；旌霞呻娐吩O計的特點。然后設計了一款10位30Msps的模數(shù)轉換器，以此說明模數(shù)混合集成電路的設計思路。另外，為了實現(xiàn)緩沖放大，使放大器能穩(wěn)定工作，在電路中采用RC補償，并為了實現(xiàn)片內補償?shù)囊?，利用密勒補償?shù)姆椒?，以減小補償電容和電阻值。2.驗證共模范圍是否滿足設計要求，此時應假定放大器的輸入信號應為共