运算放大器。ic设计

IC课程设计论文题目：运算放大器电路的设计华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星12012/1/5摘要本次课程设计主要内容为：利用MOS管设计一个运算放大器。放大器具有放大小信号并抑制共模信号的功能。首先从放大器理论参数及结构下手，然后经过Hspice网表的生成及仿真调整最后得到满足参数要求的MOS管设定。关键词：运算放大器，共模电压，电压摆幅，功耗电流Hspice仿真，增益带宽华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星2ABSTRACTThemaincontentofcoursedesignfor:usethedesignaMOSoperationalamplifier.Amplifierhasputsizeandcontrolsignalcommonmodesignalfunction.Startingfromthefirstamplifierparametersandstructuretheorylaidahandonhim,andthenaftertheformationoftheHspicenetstableandadjustthefinalsimulationparametersoftherequirementstomeettheMOSset.Keywords:operationalamplifier，common-modevoltage，voltageswingcurrentconsumption，Hspicesimulation，Gainbandwidth华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星3摘要.............................................................................................................1ABSTRACT.....................................................................................................21.题目理解及要求.....................................................................................41.1运算放大器介绍............................................................................41.2实验要求及设计指标...................................................................52设计及计算过程.....................................................................................62.1电路设计........................................................................................62.2理论计算........................................................................................73网表文件................................................................................................143.1输入共模电压摆幅......................................................................143.2输出电压摆幅..............................................................................153.3增益带宽......................................................................................164仿真结果与分析...................................................................................184.1输入共模电压摆幅：..................................................................184.2输出电压摆幅：..........................................................................194.3增益带宽：..................................................................................195实验结论................................................................................................206致谢........................................................................................................217参考文献................................................................................................228心得体会................................................................................................23华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星41.题目理解及要求1.1运算放大器介绍运算放大器（operationalamplifier）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，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，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星51.2实验要求及设计指标利用MOS管设计一个运算放大器。放大器具有放大小信号并抑制共模信号的功能。运算放大器工艺要求如下：1基于0.35um3.3V工艺进行设计。2功耗电流小于10uA。3输入共模电压范围为1V—3.1V。4输出电压摆幅0.3—3V。5电压增益大于35dB。6带宽大于15M。华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星62设计及计算过程2.1电路设计VCCVbMP1MP2MP3MN3MN4VoutMN1MN2输入共模信号输入共模信号以及小信号Vss华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星72.2理论计算过程：第一步：有输入共模范围确定MP2，MP3，MN3，MN4的宽长比（W/L)分流2uA，3uA，3uA(1)共模范围min部分;d3MN3S3g3ming2s2d2GNDMN223minVdsVgsV华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星8uAItCoxVVdsVdslwcuIVtVdsVgsVlwcuIVthVgsVthVgslwcuIoxoxoxnoxnoxn32.0)(2hmin)(2))((00220202210Vth可以有元件库读取共模范围max部分：d3MP2S3g3maxg2s2d2MN3vdd华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星9))(2(max)(22)2)((21222max22:20020lwcuIVVlwcuIVthVgsmpVthVgsmplwupCoxIVgsmpVdsmpVdsmpVVVdsmpVgsmpMPoxnDDoxnDD综上：))(2(2)(200lwcuIVVcVdslwcuIVthoxnDDoxnn=1V=3.2V可求MN3，MN4的W/L可求MP2，MP3的W/L第二步：确定MP1的W/LgsdIoMP1Vb华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星10VgsVVbVthVgslwupCoxIuAIDDp200))((212工程取VVthpVgs2.0则VthpVVbDD2.0MP1宽长比：2020)2.0(2)(2)(upCoxIVthVgsupCoxIlwp第三步：镜像电流源的宽长比GNDg1s1d1g2d2s2I1I0MN1MN2uAI20uAI6120))((21VthVgslwCoxuIn工程上取2.0VthVgs则2020)2.0(2)(2)(CoxuIVthVgsCoxuIlwnnMN1管：20)2.0(2)(CoxuIlwnMN2管：20)2.0(6)(CoxuIlwn综上：已经确定6个管的W/L了电压增益的推导过程：小信号等效图：对节点A使用KCL知，华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星11022203011gmVgsrVxrVxVgsgmpmnmVinVgs211｛VxVgs2则：02203011VxgmrVxrVxVgsgmpmnm又2030112mpmnrrgm则：02210211VxgmgmVinVxgmVgsgm对节点B使用KCL知：VxVgsVinVgsVgsxgmrVoutrVoutVgsgmpmnm4210343040330321444030gmVgsrVoutrVoutVingmmnmp有管的对称性知：13gmgm24gmgm所以：0)(40301mnmprVoutrVoutVingm则：)(431omnomprrgmVinVoutAv其中：)(13000uADIIr关于MP1的W/L：011355.010355.11)2.0(10933.4107853294.11022)(32526lw取为0.0114，令L=44umW=0.5um关于MN1，MN2：华中科技大学控制系IC课程设计实验报告运算放大器的设计王星1232526105)2.0(10933047498.410004569.41022100minmaxwl9.3/1085187817.8)/(4569.4001402oxncmFqSVcmuMN1：w=1.5uml=0.5umMN2：w=3uml=1umVth0=0.588v607.09.02)(200VthnVVdslwCoxuIVthn取Vds2=0.2v，则20)093.0()(2VlwCoxuIn591410933047498.4100.79.310854187817.8oxoCox81539.010153903253.8)093.0(10993047498.410004569.4103232526lw则：W/L=0.03511675取W/L=0.03512则MN3MN4的宽长为W=5.5umL=1.5um59142010933