模拟结构集成电路
模拟集成电路版图基础
模拟集成电路版图基础
Lab3-1 CMOS 无源器件结构与版图 • 知识单元： • 1、电阻 • 2、电容 • 3、电阻和电容画法实例
模拟集成电路版图基础
一、电阻：1、方块电阻
• 方块电阻测量方法： – 用poly 来做一个电阻，先做一个正方形，长，宽相等。通过在其两端加 电压，测量电流的方法，可以得到它的阻值。
• 电阻并联： – 会达到什么结果呢？200ohms。把四个200ohms 的方块组合成一 个更大的方块，可以同样得到200ohms 的电阻值。可以把这个方 块越做越大，但最终测得电阻值将始终为200ohms。
• 对于不同大小的方块来说，阻值是一样的。由此可以用每方块多少电 阻来讨论电阻大小（200ohms/squares）。只考虑方块数，所有相同 材料的方块有相同的电阻值。
模拟集成电路版图基础
3．其他类型电阻
• N+电阻：
– 无需增添任何新的掩模版或层，只是用原先已有的其 他层来替代poly，就可以获得很多种电阻类型。
• P+电阻：
– 一般来说是做在nwell 中，因此必须增加第三个的端点 连接nwell，而且必须连接到最正的电平，一般来说是 vdd。这样可以防止寄生PN 结的影响。
模拟集成电路版图基础
扩散电阻与Poly电阻对比
• 使用工艺中已有的层来做电阻，做一些较小的修 改就可以得到所需要的方块电阻。扩散电阻和 Poly 电阻的一样，也要考虑delta 效应的影响。 扩散电阻是做在衬底上的，因此在边缘变化比较 大，工艺上不那么好控制。而且在做的时候必须 注意第三个端点的连接。
模拟集成电路版图基础
直接nwell电阻
• 直接nwell电阻： – 只不过需要2 个N+作为电阻头。 – 对于较大的阻值的电阻可用nwell 来做。 – Nwell 掺杂低，经过光照，电阻值会降低，呈现不稳定 的现象。 • 处理方法：在nwell 上覆盖金属，并将其电位接到电 源电压上，若无法接到电源电压时，可将其接到电 阻两端较高电位端。 • 在nwell 电阻四周加电源电压，以降低电压系数。当 well 电阻要接到pad，则必须于外围环绕pseudo collector，电位接到地，以防止其对其他的电路造 成latch-up。
集成电路的分类有几种
集成电路的分类有几种集成电路的分类有几种 （一）按功能结构分类 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。
模拟集成电路又称线性电路，用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间边疆变化的信号。
例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。
而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。
例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号）。
（二）按制作工艺分类 集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。
薄膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。
（三）按集成度高低分类 集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路和巨大规模集成电路。
（四）按导电类型不同分类 集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路，他们都是数字集成电路。
双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，比如TTL类型。
单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，有CMOS、NMOS、PMOS等类型。
（五）按用途分类 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
（六）按应用领域分 集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。
（七）按外形分 集成电路按外形可分为圆形（金属外壳晶体管封装型，一般适合用于大功率）、扁平型（稳定性好，体积小）和双列直插型。
第七章-MOS管模拟集成电路设计基础
右图所示的是威尔电流 镜的改进结构。由M4构成的 有源电阻“消耗”了一个VGS， 使M2、M3的源漏电压相等。 如果M1和M2的宽长比相同， 从M1、M2的栅极到M2、M3 的源极的压差为2VGS2，如果 M2、M3相同，则M4的栅源 电压就为VGS2，使M3管的源 漏电压和M2的源漏电压相 同，都为VGS2。这样的改进 使参考支路和输出支路电流 以一个几乎不变的比例存在。
图7.3.2 NMOS威尔逊电流镜
M2在电路中相当于一个串联电阻(有源电阻)，构成电流串联负反馈。M3 的漏节点提供了M1的偏置电压，如果因为某种原因使输出电流Io增加，这个增 加了的电流同时也将导致M2的VGS2增加，使得M1的栅源电压VGS1减小，从而 使电流减小。反之，如果某种原因使Io减小，同样也会因M2的作用阻止电流变 小。正是因为M2的电流串联负反馈的作用，使Io趋于恒流，提高了交流输出电 阻。
（a）NMOS管
（b）PMOS管 图7.2.1 有源电阻
1、电流偏置电路
在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流
镜。所谓的电流镜是由两个
或多个并联的相关电流
支路组成，各支路的电
流依据一定的器件比例
关系而成比例。
1) NMOS基本电流镜
NMOS基本电流镜
由两个NMOS晶体管组
成，如图7.3.1所示。
图(a)，V1=VGS1，V2=VGS1+VGS2；图(b)是一个CMOS的分压器结构，它的分压原 理与NMOS并没有什么区别，它的Vo也可以用上式计算。
图6点，那就是它们的输出电 压值随着电源电压的变化将发生变化。究其原因是因为电漏电压的 波动直接转变为MOS晶体管的VGS的变化。如果电源电压的波动能够被 某个器件“消化”掉，而不对担当电压输出的VGS产生影响就可以使 输出电压不受电源电压波动的影响。
集成电路的基本原理和工作原理
集成电路的基本原理和工作原理集成电路是指通过将多个电子元件（如晶体管、电容器、电阻器等）和互连结构（如金属导线、逻辑门等）集成到单个芯片上，形成一个完整的电路系统。
它是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统和各种电子设备中。
本文将介绍集成电路的基本原理和工作原理。
一、集成电路的基本原理集成电路的基本原理是将多个电子元件集成到单个芯片上，并通过金属导线将这些元件互连起来，形成一个完整的电路系统。
通过集成电路的制造工艺，可以将电子元件和互连结构制造到芯片的表面上，从而实现芯片的压缩和轻量化。
常见的集成电路包括数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）、模拟集成电路（Analog Integrated Circuit，简称AIC）和混合集成电路（Mixed Integrated Circuit，简称MIC）等。
集成电路的基本原理包括以下几个关键要素：1. 材料选择：集成电路芯片的制造材料通常选择硅材料，因为硅材料具有良好的电子特性和热特性，并且易于形成晶体结构。
2. 晶圆制备：集成电路芯片的制造过程通常从硅晶圆开始。
首先，将硅材料熔化，然后通过拉伸和旋转等方法制备成硅晶圆。
3. 掩膜制备：将硅晶圆表面涂覆上光感光阻，并通过光刻机在光感光阻表面形成图案。
然后使用化学溶液将未曝光的部分去除，得到掩膜图案。
4. 传输掩膜：将掩膜图案转移到硅晶圆上，通过掩膜上沉积或蚀刻等方法，在硅晶圆表面形成金属或电子元件。
5. 互连结构制备：通过金属导线、硅氧化物和金属隔离层等材料，形成元件之间的互连结构，实现元件之间的电连接。
6. 封装测试：将芯片放置在封装材料中，通过引脚等结构与外部电路连接，然后进行测试和封装。
集成电路的基本原理通过以上几个关键步骤实现电子元件和互连结构的制备和组装，最终形成一个完整的电路系统。
二、集成电路的工作原理集成电路的工作原理是指通过控制电流和电压在电路系统中的分布和变化，从而实现电子元件的工作和电路系统的功能。
模拟电子电路基础
（n+1）IB
n 个输出电流时的
相对误差= (n+1) /β
休息1 休息2
返回
2．精密镜像电流源
（1） 电路结构：
EC
用 T3 代替了基本电流源电路中的短路线 IR
I B3
IC2
(2) 电路分析： 同理有：UBE1=UBE2=UBE
IC1
IB1 IE3 IB2
∴
IC1=IC2=IS
exp
U BE UT
（2）电路分析：
因为 UBE1= UBE2= UBE ,IB1=IB2=IB
所以
IC1=IC2=ISexp
U BE UT
又因为
IR
IC1
2IB
IC1
1
2
IC1
2
IC1 IC2
IR
2
IR
2
当β>>1 时: IC2 IR
而 IR
EC
U BE R
EC R
EC
IR
IC2
2IB
IB1
IB2
IC1
+
UBE —
返回 休息1 休息2
1 基本镜像电流源：
EC
（3）讨论
IR
IC2
(ⅰ4):电I流C2源 I的R 输出电镜阻像关系
2IB
ⅱrⅲ0:=I：rRce2=另EUIRCC外 A2 ，参输考I出电R-电流IC与阻2=晶等2体于I管BT参2 管数的无存输关在出，稳电误定阻差， IC1
IB1
IB2
+
UBE
§ 3．1 半导体集成电路概述
第一块集成电路出现于1958年。在使用电子电路的绝大 多数场合，IC已经基本上取代了分立元件电路。
模拟集成电路设计——两级全差分高增益放大器设计_2
全差分高增益放大器的设计一、设计产品名称全差分高增益放大器二、设计目的1.掌握模拟集成电路的基本设计流程；2.掌握Cadence基本使用方法；3.学习模拟集成电路版图的设计要点；4.培养分析、解决问题的综合能力；5.掌握模拟集成电路的仿真方法；6.熟悉设计验证流程方法。
三、设计内容全差分高增益放大器（Full-differential OTA）是一种非常典型的模拟IP, 在各类模拟信号链路、ADC.模拟滤波器等重要模拟电路中应用广泛, 是模拟IC 设计人员必需掌握的一种基础性IP 设计。
采用华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 设计一款全差分高增益放大器电路, 完成电路图设计、前仿真、Layout 设计和物理验证（DRC&LVS）。
考虑以下OTA 架构：图1 OTA架构四、电路设计思路模拟集成电路的设计分为前端与后端, 设计流程可以分为明确性能要求、选择电路结构、计算器件参数、原理图绘制、前仿真、版图绘制、DRC设计规则检查、LVS版图与电路图一致性检查、寄生参数提取及后仿真、流片测试。
本次实验使用基于华大九天Aether 全定制IC 设计平台及其自带的0.18um PDK, 实现模拟集成电路全差分高增益放大器的全流程设计与仿真。
（1）性能指标:需要验证三种PVT Corner:a) 电源电压1.8V, 温度27℃, corner 为TT；b) 电源电压1.6V, 温度80℃, corner 为SS；c) 电源电压2.0V, 温度-40℃, corner 为FF；要求各Corner 下开环技术指标（含Cload=10fF）:①放大器开环DC 增益Av0≥90dB；②0dB 带宽BW0≥500MHz；③相位裕度Phase Margin≥50°。
④DC 抑制比PSRR-0≥60dB, （3*2=6 分）⑤10MHz 时抑制比PSRR-10M≥45dB。
模拟集成电路设计原理复习第一部分
rout
ro2
8000 1.6 0.1
128k
If : Vout 0.5V
I o u t
V rout
0.5 128k
3.9A
1 gm
vgs2
gm2vgs2
i rgs2 vx
改进的电流镜
共源共栅电流镜
VN VGS0 VX VY VN VGS3 VX VGS0 VGS3 VGS0 VGS3 VY VX
用电阻模拟gmb—对源跟随器成立
戴维南等效电路--〉分压电路
共栅级
AV
Vout Vin
gm gmb go go gD
AV
gm
gmb ro 1RD ＝gm
RD ro
gmb ro RD
ro
gm gmb RD 1 gmRD
共栅级
共栅级输出阻抗：
Vin 0
gm Vin Vs ro
Vin
gm Vin Vs ro
gmbVs
Vs
Rs
Io gm Vin Vs
Vs ro
gmbVs
Io
Vs Rs
Io gm Vin Io RS
Io RS ro
gmbIo RS
Gm
Io Vin
Rs 1
g m ro gm gmb
Rs
ro
gm 1 gm Rs
共源级
考虑输出阻抗：输入接地，输出加激励
非全差分输入电路分析 输入信号不是大小相等、方向相反、Vp不是交流地 将输入分为差模输入部分和共模输入部分
Vin1
Vin1
Vin 2 2
Vin1
Vin 2 2
Vin2
Vin2
Vin1 2
Vin1
集成电路内部构造-概念解析以及定义
集成电路内部构造-概述说明以及解释1.引言1.1 概述集成电路是一种能够将多个电子元件和电路功能集成到一个单一芯片上的技术。
与传统电路相比，集成电路具有体积小、功耗低、速度快等显著优势。
它广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统以及各种电子设备中。
在集成电路内部构造方面，包含了多个基本元件和互连结构。
基本元件可以是传统的电阻、电容、电感等passiv元件，也可以是能够实现逻辑功能的转换器、门电路、触发器等active 元件。
互连结构则是将这些元件连接起来，形成一个完整的电路，实现特定的功能。
随着技术的不断进步，集成电路的内部构造也在不断演进。
从早期的小规模集成电路到现在的超大规模集成电路，集成度不断提高，功能更加强大。
同时，集成电路的制造工艺也在不断改进，如光刻技术、扩散技术等，使得更多的元件能够被集成到一个芯片上。
在今后的发展中，集成电路内部构造将更加注重实现更高的集成度和更复杂的功能。
同时，随着人工智能、物联网等技术的兴起，集成电路内部构造也将面临更多的挑战和机遇。
因此，研究和探索集成电路内部构造的意义和应用，以及展望未来的发展方向，对于推动整个电子产业的发展具有重要的意义。
1.2 文章结构文章结构部分的内容主要是对整篇文章的组织和安排进行介绍，目的是帮助读者更好地了解文章的结构和内容安排。
在本篇文章中，文章结构部分可以包括以下内容：文章的结构主要分为以下几个部分：1. 引言部分：在引言部分，我们将对集成电路内部构造的重要性进行概述，并介绍本文的目的和意义。
2. 正文部分：在正文部分，我们将详细介绍集成电路的定义、分类和组成，包括介绍各类集成电路的特点和应用领域等。
- 2.1 集成电路的定义：在这一部分，我们将阐述集成电路的概念和定义，包括对集成电路内部元器件关系的描述。
- 2.2 集成电路的分类：在这一部分，我们将介绍集成电路的不同分类方法，如按工艺、按功能等分类，并详细介绍每类集成电路的特点和应用。
《模拟集成电路设计》教学大纲
《模拟集成电路设计》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程编码：2、课程名称（中/英文）：模拟集成电路设计/ Design of Analog integrated Circuits3、学时/学分：56学时/3.5学分4、先修课程：电路基础、信号与系统、半导体物理与器件、微电子制造工艺5、开课单位：微电子学院6、开课学期（春/秋/春、秋）：秋7、课程类别：专业核心课程8、课程简介（中/英文）：本课程为微电子专业的必修课，专业核心课程，是集成电路设计方向最核心的专业课程之一。
本课程主要介绍典型模拟CMOS集成电路的工作原理、设计方法和设计流程、仿真分析方法，以及模拟CMOS集成电路的最新研发动态。
通过该课程的学习，将为学生今后从事集成电路设计奠定坚实的理论基础。
9、教材及教学参考书：教材：《模拟集成电路设计》，魏廷存，等编著教学参考书：1）《模拟CMOS集成电路设计》（第2版）.2）《CMOS模拟集成电路设计》二、课程教学目标本课程为微电子专业的必修课，专业核心课程，是集成电路设计方向最核心的专业课程之一。
通过该课程的学习，将为学生今后从事集成电路设计奠定坚实的理论基础。
本课程主要介绍典型模拟CMOS集成电路的工作原理、设计方法和设计流程、仿真分析方法，以及模拟CMOS模拟集成电路的最新研发动态。
主要内容有：1）模拟CMOS集成电路的发展历史及趋势、功能及应用领域、设计流程以及仿真分析方法；2）CMOS元器件的工作原理及其各种等效数学模型（低频、高频、噪声等）；3）针对典型模拟电路模块，包括电流镜、各种单级放大器、运算放大器、比较器、基准电压与电流产生电路、时钟信号产生电路、ADC与DAC电路等，重点介绍其工作原理、性能分析（直流/交流/瞬态/噪声/鲁棒性等特性分析）和仿真方法以及电路设计方法；4）介绍模拟CMOS集成电路设计领域的最新研究成果，包括低功耗、低噪声、低电压模拟CMOS集成电路设计技术。
浅谈模拟集成电路自动化设计方案
浅谈模拟集成电路自动化设计方案摘要：随着集成电路技术的不断发展，集成电路设计也取得了很好研究成果。
模拟集成电路自动化设计目前主要应用在高精尖的领域内，当前的模拟集成电路自动化技术的研发还不够成熟，远远滞后于集成电路设计，因此需要大力进行模拟集成电路自动化的研发工作，本文将简要的分析一下模拟集成电路自动化的设计方案。
关键词：集成电路；模拟集成电路自动化；设计方案目前，我国的集成电路产业经过多年的发展，已经形成了较好的产业链，电子市场广阔的需求，使得集成电路设计也和芯片制造业在发展变化中，获取了巨大的经济效益。
虽然集成电路取得了很好的发展，但是模拟集成电路自动化设计目前仍然处于滞后的阶段，需要我们不断地进行研发和探究。
一、模拟集成电路自动化设计的特征集成电路目前主要应用在电子产品领域，电子产品与我们每一个人的生活都息息相关，这些产品正是集成电路的产物，它满足了我们的日常生活、办公、学习的需要，依托集成电路，我们的生活有了质的飞跃。
虽然集成电路取得了很好的发展，但是模拟集成电路自动化设计目前仍然处于滞后的阶段，需要我们不断地进行研发和探究。
模拟集成电路的基本电路主要是由电流源、单级放大器、滤波器、反馈电路、电流镜电路等部分组成，根据这些组成部分，我们可以把模拟集成电路再细分为线性集成电路和非线性集成电路两种，线性集成电路的输出、输入信号，有一定的相似性，呈现出了线性关系；非线性集成电路的输出、输入信号不具有相似性，一般是平方关系，所以它呈现出了非线性关系。
这两种集成线路共同组成了模拟集成电路。
模拟集成电路的自动化设计是将集成电路系统用计算模拟出来，然后通过转换，使之变成符合各项研发指标的电路图的过程，在这个过程中仍有许多流程支持着计算机的模拟转换，例如选择电路拓扑结构、优化器件尺寸、物理版图等等。
模拟集成电路的自动化设计目前发展较为滞后，现阶段对于它的研发探讨主要集中在器件参数优化，以及物理综合方面，通过研究，我们知道是由于哪些原因阻碍了模拟集成电路自动化的研发。
模拟集成电路的基本组成结构
9/117
2.
模拟集成电路的基本结构
1. 集成电路的基本组成结构
输入模块
功能模块
输出模块
电源模块
控 制 /补 偿 模块
保护模块
10/117 模拟集成运放芯片图片
11/117 MC14573封装
MC14573内部结 构及管脚排列
12/117
LM324
LM324内部结构及管脚排列
13/117 2． 模拟集成放大电路（运算放大电路）基本组成结构
输入级
中间级
输出级
偏置 电路
1偏置电路：与分离元件不同，集成运放的偏置电路通常 采用 恒流源电路，为各级放大电路提供合适的静态电流，确定 静 态工作点。 2中间级：提供足够高的电压增益，多采用CE或共源放大 电 路，放大倍数可达几千倍。
14/117
输入级
ห้องสมุดไป่ตู้中间级
输出级
偏置 电路
3输入级: 也称为前置级。对输入级的基本要求是输入电 阻 高、差模电压增益大、共模信号抑制能力强、静态电流和 失调偏差小的差分放大电路。 4输出级：主要作用是提高输出功率、降低输出电阻（即 提 高带负载能力，如CC组态）、减小非线性失真和增大输出 电压的动态范围。此外还应有过压过流保护。
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
CMOS模拟集成电路分析与设计
1.1 MOS管几何结构与工作原理(5)
以增强型NMOS管为例：
截止区：VGS=0 源区、衬底和漏区形成两个背靠背的PN结，不管VDS的极性 如何，其中总有一个PN结是反偏的，此时漏源之间的电阻
很大。
没有形成导电沟道，漏电流ID为0。 亚阈值区：Vth＞ VGS＞0
B
S VGS G
NMOS D
PMOS S
NMOS D
PMOS D
NMOS D
PMOS S
G
BG
BG
G
G
G
G
G
S
S
S
D
S
S
S
D
1.2 MOS管的极间电容（1）－“本征栅电容”
“本征栅电容”：
本征电容指的是一些不能避免而在器件工作时 必需考虑的电容。
还要注意存在着大量的外在的与工艺相关的电 容。
按不同的工作区讨论本征栅电容： MOS管打开：线性区与饱和区 MOS管“关断”：截止区与亚阈值区
1.2 MOS管的极间电容（1）－“本征栅电容”（ON）
假设长沟道模型，工作于饱和区时如改变源极 电压，则有：
在漏极端口的栅与沟道的电压差保持不变（Vth）， 但源极端口的电压差发生了改变。
这意味着电容的“底板”不是均匀改变。 详细的分析可以得到此时Cgs=（2/3）WLCOX
假设长沟道模型，工作于饱和区时如改变漏极 电压则不会改变沟道电荷，即Cgd=0（忽略二 次效应及外部电容）。
1、有源器件
主要内容：
1.1 几何结构与工作原理 1.2 极间电容 1.3 电学特性与主要的二次效应 1.4 低频及高频小信号等效模型 1.5 有源电阻
1.1 MOS管几何结构与工作原理(1)
模拟集成电路课件 第2章CMOS技术
栅电压相对背栅为负时，多子被向上抽取积累在栅氧化层下。 （沟道没形成积累型）
开始正偏时，多数载流子被排斥，形成耗尽区，随着偏压增 大，耗尽区加宽，电容减小。（耗尽区电阻大）
一旦偏压等于阈值电压，沟道弱反型（沟道电阻大）
适中（沟道电阻逐渐减小）
正偏压进一步加大，沟道强反型，Cj和Cox并联
这种电容器在低电压时，电容值很小。
2. MOS器件的工作原理
nMOS管沟道的形成 MOS晶体管的分类 MOS管的阈值电压 MOS管的版图和结构
nMOS管沟道的形成
反型层和n型硅都依靠自由电子
导电，但电子产生的方法不同。
n型硅自由电子是在制造过程中由 扩散掺杂工艺产生 反型层自由电子则由栅极电压感应 产生
故MOS管又称场效应晶体管
0 vDS 2 iD (vGS VT )vDS 2 (vGS VT ) 2 2
Vi Vss V o Vdd
N+
N+
P+
P+
P+
T2
P-Well
RW 压降
p-
T1
压降
RS
Vss Vss
n-si
Vdd
③采用保护环 保护环可以有效地降低横向电阻和横向电流密 度。同时，由于加大了 P-N-P 管的基区宽度使 βpnp下降。
Vi Vss Vdd
Vo
P+
N+
N+
P+
N+
P+
P+
N+
T2
SOI/CMOS电路
下图示出理想的SOI/CMOS结构。业已应用兰宝石衬底外延硅结构 (SOS-Silicon on Sapphire结构)。 SOI结构是针对亚微米CMOS器件提出的，以取代不适应要求的常规 结构，SOI结构在高压集成电路和三维集成电路中也有广泛应用。
模电
6.1.2 FET电流源电路 电流源电路
2. MOSFET多路电流源 多路电流源
I REF = I D0 = K n0 (VGS0 − VT0 ) 2
CH6 模拟集成电路
I D2
I D3 I D4
W2 / L2 I REF = W1 / L1
W3 / L3 I REF = W1 / L1 W4 / L4 I REF = W1 / L1
VCC − VBE − ( −VEE ) VCC + VEE ≈ Io＝IC2≈IREF＝ R R
确定后， 就确定了， 当R确定后， IREF就确定了， IC2也就 确定后 就确定了 也就 确定了，可将IC2看作 看作IREF的镜像 ，称此图 确定了，可将 看作 的镜像 镜像电流源。 为镜像电流源。
6.1.1 BJT电流源电路 电流源电路
2. 微电流源
I O = I C2 ≈ I E2 =
CH6 模拟集成电路
VBE1 − VBE2 Re2
∆VBE = Re2
由于 ∆VBE 很小， 很小， 所以I 也很小。 所以 C2也很小。 ro≈rce2（1＋ ＋
βRe2
rbe2 + R e2
）
′ （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 Ro） 当电源电压发生变化时， 的变化远小于IREF的变化，电 的变化， 当电源电压发生变化时，IC2的变化远小于 的变化远小于 的变化 源电压波动对IC2影响不大 故：此电流源有很高的恒定性。 影响不大,故 此电流源有很高的恒定性。 源电压波动对 影响不大
镜像电流源电路适用于较大工作电流（ 镜像电流源电路适用于较大工作电流（毫安数 的场合。 的值（例如微安级）。 量级）的场合。若需减少Ic2的值（例如微安级）。 必须要求R的值很大 这在集成电路中很难实现。 的值很大， 必须要求 的值很大，这在集成电路中很难实现。 因此，需要研究改进型的电流源。 因此，需要研究改进型的电流源。
集成电路的工作原理及可靠性分析
集成电路的工作原理及可靠性分析摘要：集成电路是现代电子技术中的重要组成部分，其工作原理涉及到多种物理原理和技术方法。
本文将对集成电路的工作原理进行深入分析，并探讨其可靠性问题。
首先，本文将简要介绍集成电路的基本结构和分类，并详细介绍CMOS技术在集成电路中的应用。
然后，本文将分析集成电路的工作原理，包括数字电路和模拟电路两个方面，并介绍集成电路中常见的逻辑门和模拟电路。
最后，本文将探讨集成电路的可靠性问题，包括热稳定性、电子迁移效应、辐射效应等，以及集成电路的可靠性评估方法。
关键词：集成电路，工作原理，可靠性评估方法。
引言：集成电路是现代电子技术的核心之一，其广泛应用于计算机、通信、娱乐等各个领域。
集成电路的发展经历了数十年的探索和实践，逐步从简单的门电路发展到了复杂的微处理器和存储芯片。
在集成电路的发展过程中，CMOS技术成为了最为成熟和广泛应用的技术之一。
与此同时，随着集成电路规模的不断增大和工艺的不断进步，集成电路的可靠性问题也逐渐引起人们的关注。
因此，本文将深入分析集成电路的工作原理和可靠性问题，以期为相关研究提供参考。
一、集成电路的基本结构和分类集成电路是指将多个电子器件（晶体管、电容、电阻等）以一定的规律和方法集成到一块半导体晶片上，形成一个完整的电路系统。
根据功能和结构的不同，集成电路可以分为数字电路和模拟电路两种类型。
数字电路主要用于数字信号的处理和计算，包括逻辑门、存储器、微处理器等；模拟电路主要用于模拟信号的处理和放大，包括放大器、滤波器、电源管理芯片等。
此外，根据集成度的不同，集成电路还可以分为SSI（小规模集成电路）、MSI（中规模集成电路）、LSI（大规模集成电路）和VLSI（超大规模集成电路）等不同类型。
二、集成电路的工作原理1.数字电路的工作原理数字电路主要是处理离散的数字信号，其中最基本的逻辑门包括与门、或门、非门等。
这些逻辑门的输出取决于其输入信号的状态，可以用真值表来描述其逻辑功能。
集成电路 pd-概述说明以及解释
集成电路pd-概述说明以及解释1.引言1.1 概述集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是现代电子技术领域中最重要的基础技术之一。
它是利用半导体材料中的微细电子器件（如晶体管、二极管、电阻器等）和电子元件间的金属导线等将多个电子器件集成于同一片基底上，形成一个完整的电路系统。
集成电路的诞生极大地推动了电子器件的发展，使得电子产品的体积变得更小、功耗更低，同时也提高了电路的可靠性和性能。
集成电路分为数十个不同的类别，包括模拟集成电路、数字集成电路、混合信号集成电路、存储器集成电路等。
每种类型的集成电路都有特定的应用领域和特点。
在现代社会中，集成电路已成为各类电子设备的核心，如计算机、手机、电视、汽车、医疗设备等。
集成电路的出现不仅加速了科技进步，同时也给人们的生活带来了革命性的改变。
通过集成电路，我们可以在小巧的设备中实现强大的功能，从而提高生产效率和生活品质。
本文将介绍集成电路的基本概念和结构，重点探讨集成电路的应用领域和发展趋势。
通过对集成电路的深入了解，我们可以更好地理解现代电子技术的发展方向，并为未来的科技创新做出贡献。
文章的结构将按照以下顺序进行展开：引言部分将对集成电路的概念进行简单介绍，阐述文章的目的和重要性；正文部分将依次介绍集成电路的主要要点，包括其分类、制造工艺、应用领域等；结论部分将对文章进行总结，并展望集成电路未来的发展趋势。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解集成电路的基本知识和应用现状，为他们深入研究和应用集成电路提供有价值的参考和指导。
1.2文章结构文章结构部分是对整篇文章的组织和框架进行介绍。
通过明确文章的结构，可以帮助读者理解文章的逻辑发展和内容安排，使读者更好地理解文章的主题和观点。
在本文中，文章的结构可以分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分介绍了整篇文章的背景和目的。
在这一部分，我们将概述集成电路的基本概念和意义，引起读者对这一领域的兴趣。
模拟集成电路
（1）具有较大的正温度系数，所以热稳定性差。 （2）内阻较大，其内阻 RZ=RΩ+rd,一般情况 下动态电阻 rd 较小，主要是欧姆电阻 RΩ，约为 40~100Ω.由于内阻较大,因而其两端的电压 VZ 随电源电压和负载电流的变化也大。 （3）VZ 的离散性大，由于 VZ 由多次扩散决定，所以 VZ 值的精确控制较困难，一般 NPN 管的 BVEBO 的容差在±200mV。 （4）输出噪声电压较大。 因为击穿主要发生在 Si 表面,所以受表面的影响大。 齐纳二极管的特性要求：①动态电阻小；②击穿电压稳定；③噪声小 三、肖特基势垒二极管 1.正向压降低，应减小串联电阻；2.开关时间短，多子器件；3.反向击穿电压高，应减小边 缘电场（ P 型环、覆盖电极） SBD 和一般集成二极管的差别： 1） SBD 的反向饱和电流 IDS 大； （2） SBD 的正向导通压降 Vth 小， 约比 PN 结的 Vth 小 0.1~0.2V； （3）此外,它们的正向电压温度系数也不同；4）另外,在小注入时,SBD 是多子导电器件,所以 没有 PN 结中的少子存储问题,从而使得当外加电压改变时,其响应速度快。 Ⅴ.差分放大器 一、双极性差分放大器不对称性： a)共模输入电压增益不为零，用共模抑制比表示，共模抑制比不为无穷大；b)零输入时输出 不为零，用失调表示。 二、电路改善措施： a)用恒流源代替射极耦合电阻 Re，既增大了等效电阻，改善了共模抑制比，又稳定了工作 电流。 （单纯增加组织将影响工作电流） 。 b)采用有源负载代替集电极负载电阻 Rc。有较高的动态输出阻抗，提高增益和共模抑制比； 而又具有较低的直流电阻，不需要提高工作电压即可维持正常工作电流。 c)改善差分输入管特性，采用增益晶体管、达林顿管、互补复合管、MOS 管等，提高增益， 提高输入阻抗。 Ⅵ.恒流源电路 一、面积比恒流源（无偏置电阻） ：设恒流源 T1 和 T2 发射结面积为 AE1 和 AE2 其他条件完全 相同，均工作在放大区。则 Ib1/Ib2=AE1/AE2，所以 Io/Ir=AE1/AE2 二、电阻比恒流源（R1 和 R2 分别为参考支路和输出支路的偏置电阻） ：Io/Ir=R1/R2 三、小电流恒流源：实际上是电阻比例恒流源的一种极端情况 R1=0，������2 = ������ ������������ ������������ �������������
数字模拟混合集成电路设计分析
Telecom Power Technology设计应用数字模拟混合集成电路设计分析余昌皇（凯里学院，贵州凯里556011集成电路的诞生和应用，有力推动了微电子技术和行业的发展。
集成电路在我国信息产业发展中起着非常关键的作用，主要包括数字电路、模拟电路以及数字模拟混合电路。
目前，数字模拟混合集成电路设计和制造已电子工业是数字模拟混合电路的主要应用领域，其他领域数字模拟混合电路的应用也越来越多。
讨论数字模拟混合电路设计的基本思路和设计流程，并结合实例进行了探讨。
数字模拟混合；集成电路；电路设计Design Analysis of Digital Analog Hybrid Integrated CircuitYU Chang-huangKaili University，Kaili 556011，of integrated circuits havemicroelectronics technology and industry.Integrated circuits play a very critical role in the development of my country information industry.The integrated circuits at this stage mainly include digital circuitsTelecom Power Technology· １０４ ·图1 数字模拟混合信号电路结构理想的数字模拟混合电路结构设计过程，应该是在相同的仿真环境中集成模拟和数字算法，由仿真器接管每个电路的描述。
混合信号仿真器的主要任务之一是同步两种截然不同的算法，以便在转换两种算法时信号不会引起任何错误。
当数字仿真器通过事件驱动时，模拟仿真器采用动态时间步长控制。
创建混合信号的原理图后，将生成分层的网表文件，并最终在配置的仿真环境中完成验证。
模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第九章运算放大器
合理安排元件的位置，使它们在版图上相对集中， 以减小连线误差和寄生效应。
方向匹配
确保同一类型的元件具有相同的旋转方向，以减 小失配误差。
防止噪声干扰
01
02
03
隔离噪声源
将噪声源与敏感电路隔离， 以减小噪声干扰。
滤波器设计
在版图中加入适当的滤波 器，以减小信号中的噪声 成分。
接地措施
合理接地，减小地线阻抗 和电位差，以减小噪声干 扰。
在数字电路中的应用
模拟数字转换器（ADC）
运算放大器在ADC中用于放大模拟信号并将其转换为数字信 号。
数字模拟转换器（DAC）
运算放大器在DAC中用于将数字信号转换为模拟信号，实现 数字控制和调节。
在信号处理中的应用
信号调理
运算放大器用于信号的放大、缩小、隔离和缓冲，以适应后续的 信号处理或测量设备。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第九章
运算放大器
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目 录
• 运算放大器概述 • 运算放大器的基本结构和工作原
理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的设计流程 • 运算放大器的版图设计技巧 • 运算放大器的实际应用案例分析
01
运算放大器概述
定义与功能
定义
运算放大器是一种具有高放大倍数、 高输入电阻和低输出电阻的直接耦合 放大电路，通常由两个晶体管组成。
运算放大器的主要参数
增益
01 运算放大器的放大倍数，通常
用开环增益表示。
带宽
02 运算放大器能够处理的信号频
率范围，通常用单位Hz表示。
输入电阻
03 运算放大器的输入端电阻，通
常用MΩ表示。
输出电阻
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模拟结构集成电路作业
运算放大器
放大器的作用：
定义:能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。
用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
结构:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，
运算放大器原理
运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
最基本的运算放大器如图1-1。
一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。
图1-1
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
算放大器是很常见的组成元件。
开环回路
图1-2开环回路运算放大器
开环回路运算放大器如图1-2。
当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输
出与输入电压的关系式如下：
Vout = ( V+ -V-) * Aog
其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loop differential gai）由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。
因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。
闭环负反馈
将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。
闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相（inverting）放大器与非反相（non-inverting）放大器两种。
反相闭环放大器如图1-3。
假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地（virtual ground），其输出与输入电压的关系式如下：
V out = -(Rf / Rin) * Vin
图1-3反相闭环放大器
非反相闭环放大器如图1-4。
假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零，其输出与输入电压的关系式如下：
V out = ((R2 / R1) + 1) * Vin
图1-4非反相闭环放大器
闭环正回馈
将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。
理想运放和理想运放条件
在分析和综合运放应用电路时，大多数情况下，可以将集成运放看成一个理想运算放大器。
理想运放顾名思义是将集成运放的各项技术指标理想化。
由于实际运放的技术指标比较接近理想运放，因此由理想化带来的误差非常小，在一般的工程计算中可以忽略。
理想运放各项技术指标具体如下：
1．开环差模电压放大倍数Aod = ∞；
2．输入电阻Rid = ∞；输出电阻R od =0
3．输入偏置电流IB1=IB2=0 ；
4．失调电压UIO 、失调电流IIO 、失调电压温漂、失调电流温漂
均为零；
5．共模抑制比CMRR = ∞；；
6．-3dB带宽fH = ∞；
7．无内部干扰和噪声。
实际运放的参数达到如下水平即可以按理想运放对待：
电压放大倍数达到104～105倍；输入电阻达到105Ω；输出电阻小于几百欧姆；外电路中的电流远大于偏置电流；失调电压、失调电流及其温漂很小，造成电路的漂移在允许范围之内，电路的稳定性符合要求即可；输入最小信号时，有一定信噪比，共模抑制比大于等于60dB；带宽符合电路带宽要求即可。
运算放大器中的虚短和虚断含意。