CMOS运算放大器版图设

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目 录

前 言 ........................................................................................................................... 5 第1章 绪论 ............................................................................................................... 3

1.1 课题背景 ...................................................................................................... 3

1.1.1 研究背景 ........................................................................................... 3 1.1.2研究内容 ............................................................................................ 4 1.2 电路设计流程 .............................................................................................. 5 1.3 主要工作以及任务分配 .............................................................................. 7

1.3.1主要工作 ............................................................................................ 7 1.3.2 任务分配 ........................................................................................... 7

第2章 版图基础知识 ............................................................................................... 8

2.1 版图的设计简介 .......................................................................................... 8

2.1.1 版图的概念 ....................................................................................... 8 2.1.2 版图中层的意义 ............................................................................... 8 2.2 CMOS工艺技术......................................................................................... 11

2.2.1概述 .................................................................................................. 11 2.2.2 CMOS工艺的一些主要步骤.......................................................... 12 2.2.3 CMOS制造工艺的基本流程....................................................... 13 2.3 设计规则 .................................................................................................... 15

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2.4 MOS集成运放的版图设计 ....................................................................... 19 第3章 CMOS运算放大器简介............................................................................. 20

3.1 概述 ............................................................................................................ 20 3.2两级CMOS运算放大器的优点................................................................ 22 3.3 两级运算放大器原理简单分析 ................................................................ 22 第4章 CMOS运算放大器的仿真......................................................................... 25

4.1 概述 ............................................................................................................ 25 4.2 MOS运算放大器技术指标总表 ............................................................... 26 4.3仿真数据 ..................................................................................................... 27

4.3.1 DC分析 ........................................................................................... 27 4.3.2测量输入共模范围 .......................................................................... 28 4.3.3 测量输出电压范围 ......................................................................... 29 4.3.4 测量增益与相位裕度 ..................................................................... 31 4.3.5 电源电压抑制比测试 ..................................................................... 32 4.3.6 运放转换速率和建立时间分析 ..................................................... 34 4.3.7 CMRR的频率响应测量 ................................................................. 37

第5章 算放大器版图设计 ..................................................................................... 38

5.1 Cadence使用说明 ...................................................................................... 38 5.2 版图设计 .................................................................................................... 41 5.3 CMOS运放版图......................................................................................... 41 第6章 总 结 ........................................................................................................... 43 参考文献 ................................................................................................................... 44 致谢词 ....................................................................................................................... 45 外文资料原文 ........................................................................... 错误！未定义书签。 外文资料译文 ........................................................................... 错误！未定义书签。

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第1章 绪论

1.1 课题背景 1.1.1 研究背景

运算放大器（简称运放）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际地电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数字运算，故得名“运算放大器”。运算放大器（简称运放）是许多混合信号系统和模拟系统中的一个组成部分。不同层次的复杂的运算放大器是用来实现多种功能的：高速放大或过滤的直流偏置。每一代 CMOS技术，由于供应减少电压和晶体管沟道长度的运算放大器的设计，继续为运放的设计提出一个复杂的问题。

我们粗略地把运放定义为“高增益的差动放大器”。所谓“高”，指的是对应用，其增益已足够了，通常增益范围在10~105。由于运放一般用来实现一个反馈系统，其开环增益的大笑根据闭环增益电路的精度要求来选取。

20年前，大多数的运放是各种应用的一个通用模块。这些努力试图创造一个“理想”的运算放大器，例如，高电压增益，高输入阻抗和低输出阻抗。然而，却要牺牲成本费用的其他性能如输出幅度，速度和功耗。

与次相反，今天的运放设计，放大器的设计从开始就认识到妥协之间的各种参数，这样一个妥协，最终将需要更多地考虑整体的设计，因此，我们需要知道满足每个人从适当的值的参数。例如，如果高速度的要求，增益误差要求不高的选择电路结构应有利于前者，后者可以牺牲。

运算放大器的版图设计，是模拟集成电路版图设计的典型，利用Cadence对设计初稿加以模拟，然后对不符合设计目标的参数加以修改并进行模拟，重复这一过程，最终得到优化设计方案，其关键在于寻找目标与决定因素之间的关系。

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