《bicmos集成运算放大器-学位论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《bicmos集成运算放大器-学位论文.doc（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、论文题目: Bi-CMOS集成运算放大器的电路分析及版图设计摘 要集成运算放大器是一种重要电子元器件，在电子产品中得到广泛应用,可作为误差放大器、比较器、滤波器等。理想的放大器应该无噪声、具有无穷大增益和输入阻抗、无穷小输出阻抗以及零失调电压等。在这篇论文中，我本文主要研究了运算放大器电路的工作原理和版图设计，同时还了简要解了Bi-CMOS工艺步骤。运算放大器电路主要包括输入级、偏置电路、中间级和输出级，输入信号加载到输入级并在合适的偏置下通过输出级得到放大信号。版图设计主要是熟悉设计规则，布局布线合理美观，并要进行DRC验证和LVS验证。Bi-CMOS工艺可满足现代大规模集成电路对器件性能的
2、要求，特别适用于高压和大电流的功率电路，在今后的高性能集成电路中有很大的发展潜力。通过本次毕业设计，我完成了一个增益为86dB,输出共模范围为3.5V，失调电压为6.5mV，摆率较小的放大器电路设计。绘制出了放大器的版图，并且通过了进行DRC验证和LVS验证。关键词：放大器,电路,版图,工艺Subject: Analysis and layout design of CMOS integrated OPAbstractIntegrated operational amplifier is an important electronic components, it is used in ele
3、ctronic applications is very extensive currently, for example, it can be used as amplifiers, comparators, filters, etc. The ideal amplifier should without noise, has infinite gain and input impedance, infinite output impedance and zero offset voltage.In this paper, I mainly study the works of the op
4、 amp circuit principle and layout design, and also study briefly the solution of the Bi-CMOS process steps. The op amp circuit including the input stage, bias circuit, the middle stage and output stage. The input signal is loaded into the input stage and output stage amplifies the signal in the righ
5、t bias. Layout design main is familiar with the design rules, the layout wiring reasonable and beautiful, and must carry on the DRC validation and LVS verification. Bi-CMOS technology to meet the requirements of modern LVSI device performance, especially suitable for high voltage and high current po
6、wer circuit, there is great potential in future high performance integrated circuits.By the graduation project, I completed a gain of 86dB; the output common-mode range is 3.5V, the offset voltage of 6.5mV, smaller slew rate amplifier circuit design. Map out the territory of the amplifier, and throu
7、gh the DRC verification and LVS verification.Keywords: Amplifier, Circuit, Layout, Process目 录第一章 绪论11.1 集成运算放大器研究的目的和意义11.2 集成运算放大器的发展与前景21.3 本文的主要研究内容4第二章 CMOS运算放大器电路的理论知识52.1 集成电路的设计流程52.1.1 功能设计阶段52.1.2 设计描述和行为级验证52.1.3 逻辑综合52.1.4 门级验证62.1.5 布局和布线62.2 CMOS运算放大器电路的特点62.2.1 集成电路的特点62.2.2 集成运放电路的组成及
8、各部分的作用72.3 CMOS运算放大器的设计原理82.3.1 集成运放电路基本原理82.3.2 集成运放电路主要性能指标92.3.3 集成运放电路的设计流程112.4 CMOS集成运放电路的设计112.4.1 建库112.4.2 CMOS集成运放的电路图132.4.3 CMOS集成运放的电路图仿真132.4.4 CMOS集成运放的参数计算19第三章 CMOS运算放大器后端设计223.1 版图的设计流程223.1.1 整体设计233.1.2 分层设计233.1.3 版图检查233.1.4 寄生参数的提取和后仿真243.1.5 版图的整体检查243.1.6 完成版图253.2 编辑版图253.2
9、.1 建立版图单元253.2.2 建立底层单元253.2.3 编辑电路版图293.3 版图验证的具体过程313.3.1 DRC验证323.3.2提取Extract文件343.3.3 LVS验证35第四章 Bi-CMOS工艺374.1 Bi-CMOS工艺的结构特点374.2 Bi-CMOS工艺的发展与应用374.3 Bi-CMOS工艺的分类384.3.1 以CMOS工艺为基础的Bi-CMOS工艺384.3.2 以双极型工艺为基础的Bi-CMOS工艺394.4 Bi-CMOS工艺的工艺步骤39第五章 总结45致 谢47参考文献48附录（DRC验证规则）49IV第一章 绪论集成运算放大器(Opera
10、tional Amplifier,缩写为OP)，它是带深度负反馈并由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路，其特点是增益很大（可达60dB -180dB），输入电阻大，输出电阻低，共模抑制比高（60 dB -170dB），失调电压小，温度漂移小，可用于正信号和负信号的输入与输出。因为其成本低，功能强大，性能好等优点，所以广泛应用于日常生活、工业生产以及高科技等各个方面。1.1 集成运算放大器研究的目的和意义集成运算放大器在集成电路中的应用非常广泛，它是由偏置电路、输入级、中间级和输出级组成的高增益模拟集成电路。理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压
11、等。集成电路按制造工艺的不同可分为三种：双极型工艺，MOS工艺和Bi-CMOS工艺。双极工艺是早期使用的工艺，凭借其高速度、低噪声以及较高的电流驱动能力等方面的优势，发展速度很快，目前主要的应用领域是模拟集成电路和超高速集成电路。MOS集成电路由于静态功耗很低，电源电压范围较宽、电压输出摆幅宽，而且集成度高，可与TTL电路兼容等优点，所以CMOS工艺使用广泛。随着集成电路规模的不断扩大，以及模拟集成电路与数字集成电路的工艺的兼容要求，现今的集成电路的主流技术仍然是CMOS技术。较CMOS工艺，Bi-COMS工艺的工艺流程相对比较复杂，但是以CMOS工艺为基础的Bi-CMOS工艺不仅能够很好的保
12、证双极型器件的高性能，而且这种工艺可以制造出高精度的电容和电阻。因此Bi-CMOS工艺在今后的超大规模集成电路中有不可估量的价值。一般而言，高精度的集成运放主要应用于测试与测量等精密仪器、汽车电子产品以及工业生产的控制系统等方面；高速集成运算放大器主要用于通信与视频设备以等方面的产品；低电压/低功耗的集成运放主要应用于手机、PDA等便携式电子产品。通用的集成运算放大器应用最为广泛，大部分需要简单信号的放大或信号的调节等电子系统都可以实用通用的集成运放。电压型集成运算放大器是一种放大倍数很大的直接耦合放大器，目前在电子市场广泛应用。当这种集成电路的输入与输出接不同的反馈网络时，可以实现不同功能的
13、电路。可实现的信号运算有加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算、对数数运算、反对数运算、平方运算、开方运算等；利用集成运算放大器还可以非常方便的完成对输入信号的放大以及信号的处理，如波形的产生和变换，以及滤波和调制等。集成运算放大器的种类非常多，可以根据不同的使用场合以及功能要求选择不同类型的集成运算放大器。 随着集成电路的发展，每一代的电子产品在硅晶片上集成越来越多器件，以实现越来越多的功能，集成规模越来越大的模拟电路。随着数字集成电路的广泛应用，模拟集成电路的应用也会相应增加，实现数据转换和接口的功能。随着社会的进步和科学技术的发展，人们对每一代新的电子产品的产生和生产都提出了更新和更高的
14、要求，因此，需要人们不断努力，在集成电路的里程中不断创造新的辉煌！我选择以研究运算放大器作为毕业设计，一方面是想全面利用在大学所学的专业知识做好设计，为大学画上一个圆满的句号；另一方面是想借此机会锻炼自己的工作能力，为以后的工作做好扎实的基础。1.2 集成运算放大器的发展与前景最早生产的放大器只能用于直流放大，其交流放大性能很差。以双极型晶体管为主的放大电路，只能满足较低的性能要求。随着电子科学技术的发展，出现了大规模集成电路，其性能指标大大提高，甚至接近于理想值。集成电路的发展十分迅速。通用的集成运算放大器经历了四代发展更替，同时，发展了应用于特殊需要场合的专用型集成运放，其各项技术指标不断
15、的改进以提高运放的性能。了解各类集成运放的特点以及它们的各项技术指标，以方便在工作中能够根据所要实现的功能要求正确地选用运算放大器。下来简单介绍一下集成运放的发展：第一代集成运放基本上运用数字集成电路的制造工艺，另一方面也采用一些如横向PNP管等特殊元件、共模负反馈、小电流恒流源等电路，它们基本上能够达到中等精度的要求。第二代集成运放的特点是采用有源负载，这样一来可以在不增加放大级的情况下获得较高的开环增益。两级放大电路使防止自激的校正措施变得比较简单。同时电路中还有短路保护模块，可以有效防止过电流对电路造成损坏。第三代集成运放的特点是输入级采用了超管，使反向饱和电流、功耗等各项参数值下降。在版图设计方面，输入采用对称设计，使超管产生的温漂互相抵消，因此在输入失调电压、输入失调电流、共模抑制比、开环增益和温漂等方面的性能指标都得到很大的改善。第四代集成运放的特点是制造工艺达到大规模集成电路的水平。输入级采用MOS场效应晶体管，这样使得输入电阻可达到很高值，同时运用调制和解调技术形成自稳运算放大器，使得输入失调电压和温漂进一步降低。较之通用型集成运算放大器，专用型集成运放通常在某些单项指标的要求比较高。例如高精度型集成运放的特点是漂移和噪声很低，并且共模抑制比和开环增益很高，这样在很大程度上减小了集成运放的误差，是电路达到
