本文關(guān)鍵詞：一種高精度低噪聲運算放大器的設(shè)計

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【摘要】：運算放大器是集成電路中非常關(guān)鍵的部分。例如,放大器是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,濾波器,傳感器等高級系統(tǒng)的核心部件,放大器的性能高低往往決定了一個系統(tǒng)的整體性能,甚至限制了系統(tǒng)的進一步發(fā)展。自從十九世紀六十年代Widlar研制成功第一個商用放大器開始,放大器發(fā)展迅速。從最初的低密度,大尺寸,高功耗等,逐漸向高集成度,極小尺寸,低壓低功耗發(fā)展。如今,特征尺寸已經(jīng)進入納米級。工藝發(fā)展給模擬IC帶來益處的同時也伴隨著諸多挑戰(zhàn)。近些年來,隨著消費電子,通信,計算機和網(wǎng)絡(luò)等的發(fā)展,系統(tǒng)的復雜度也越來越高,對各種子系統(tǒng)(如放大器等)和元器件的要求也更嚴苛。放大器性能的提高又反過來提高了系統(tǒng)的性能�？傊�,各種電子系統(tǒng)和放大器相互促進,相互發(fā)展。即便到了今天,深入研究運算放大器,不斷提出新的運放結(jié)構(gòu)和改進運放的性能,依然具有十分重要的意義。本文主要設(shè)計了一個高精度低噪聲運算放大器,主要用于濾波器和低噪聲應用領(lǐng)域。首先介紹了噪聲的一些基礎(chǔ)知識,然后從工藝,器件,電路結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域探討了如何較小噪聲和失調(diào),這決定了輸入級的選擇。為實現(xiàn)高低頻增益,中間級采用折疊式共射共基結(jié)構(gòu)。為隔離負載,提高線性度,提高驅(qū)動水平,采用了double buffer結(jié)構(gòu)。為得到穩(wěn)定可控的電流,本文采用峰值電流源電路來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)大的帶寬,第二級內(nèi)部采用了前饋補償來旁路特征頻率較低的PNP晶體管。穩(wěn)定性方面,我們采用傳統(tǒng)的調(diào)零電阻式miller補償。本文所用的工藝是上海先進半導體(ASMC)4μm雙極型工藝,采用了Hspice軟件進行仿真,Cadence進行版圖的繪制和驗證,并最終流片測試。仿真得到的等效輸入噪聲電壓是2.465 nV(?),轉(zhuǎn)換速率(SR)為2.61 V/μs,輸入失調(diào)電壓為0.0146 mV,低頻增益131.3 dB,共模抑制比(CMRR)170 dB,單位增益帶寬(GBW)為6.06 MHz,相位裕度(PM)為51.7°。版圖面積為4100μmx2590μm。整個電路具有極低噪聲與失調(diào),實現(xiàn)了預期目標。
【關(guān)鍵詞】：模擬集成電路 放大器 低噪聲 低失調(diào)
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.77
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-13
• 1.1 運算放大器的歷史發(fā)展10-11
• 1.2 課題研究的意義11-12
• 1.3 論文的結(jié)構(gòu)框架12-13
• 第二章 電路中的噪聲13-23
• 2.1 噪聲的性質(zhì)13-15
• 2.1.1 噪聲的統(tǒng)計特性13-14
• 2.1.2 噪聲的功率譜密度14
• 2.1.3 噪聲的幅值分布14-15
• 2.1.4 噪聲相關(guān)性15
• 2.2 常見的噪聲類型15-18
• 2.2.1 熱噪聲16
• 2.2.2 散粒噪聲16-17
• 2.2.3 閃爍噪聲17-18
• 2.2.4 其他類型的噪聲18
• 2.3 電路中的噪聲表示18-20
• 2.4 BJT中的噪聲20-22
• 2.5 小結(jié)22-23
• 第三章 高精度低噪聲放大器的設(shè)計23-44
• 3.1 設(shè)計目標23
• 3.2 整體電路的結(jié)構(gòu)和噪聲精度考慮23-25
• 3.3 偏置電路的設(shè)計25-29
• 3.3.1 偏置電流源的選擇25-27
• 3.3.2 峰值電流源27-28
• 3.3.3 偏置電路28-29
• 3.4 輸入級的設(shè)計29-33
• 3.4.1 輸入級結(jié)構(gòu)的選擇29-31
• 3.4.2 基極電流消除網(wǎng)絡(luò)31-33
• 3.5 中間級的設(shè)計33-39
• 3.5.1 中間級的選擇33-34
• 3.5.2 密勒補償34-38
• 3.5.3 前饋補償38-39
• 3.6 輸出緩沖級的設(shè)計39-43
• 3.6.1 輸出緩沖級結(jié)構(gòu)的選擇39-41
• 3.6.2 過流保護41-43
• 3.7 小結(jié)43-44
• 第四章 仿真驗證44-53
• 4.1 運放直流參數(shù)44-47
• 4.1.1 偏置電流與失調(diào)電流44-45
• 4.1.2 失調(diào)電壓45
• 4.1.3 共模輸入范圍45-46
• 4.1.4 輸出擺幅46
• 4.1.5 功耗46-47
• 4.2 運放交流流參數(shù)47-51
• 4.2.1 開環(huán)增益47
• 4.2.2 帶寬47-48
• 4.2.3 電源抑制比48-49
• 4.2.4 共模抑制比49
• 4.2.5 等效輸入噪聲電壓49-50
• 4.2.6 等效輸入噪聲電流50-51
• 4.3 瞬態(tài)參數(shù)的仿真51-52
• 4.4 小結(jié)52-53
• 第五章 版圖設(shè)計53-56
• 5.1 版圖簡介53-54
• 5.2 小結(jié)54-56
• 第六章 測試56-65
• 6.1 運放測試簡介56-57
• 6.2 常見參數(shù)的測試57-63
• 6.2.1 輸入失調(diào)電壓57
• 6.2.2 輸入偏置電流57-58
• 6.2.3 輸入失調(diào)電流58-59
• 6.2.4 開環(huán)增益59-60
• 6.2.5 輸出電壓擺幅60-61
• 6.2.6 電源抑制比61
• 6.2.7 共模抑制比61-62
• 6.2.8 擺率62-63
• 6.2.9 靜態(tài)功耗63
• 6.3 小結(jié)63-65
• 第七章 總結(jié)65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士期間獲得的研究成果71-72

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本文編號：919085