CMOS运算放大器设计毕业设计

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毕业设计(论文)-低压高精度cmos运算放大器设计[管理资料]

滨江学院毕业论文（设计）题目低压高精度CMOS运算放大器设计院系电子工程系专业电子科学与技术学生姓名学号指导教师职称讲师二Ｏ一一年一月十一日目录摘要： (1)第一章绪论 (2) (2) (3) (3)第二章CMOS放大器的设计基础 (4) (5) (5) (6) (6) (7) (7)第三章CMOS运算放大器的性能指标与基本结构 (8) (8) (9) (9) (10) (10) (11) (12) (12) (13) (13) (14)第四章运算放大器电路的设计与分析 (14) (15) (15) (16) (16) (17)第五章运算放大器的HSHCE仿真 (17) (18) (19) (20) (21)第六章结论与展望 (22)致谢 (23)参考文献 (24)低电压高精度CMOS运算放大器设计南京信息工程大学滨江学院南京 210044摘要:设计了一种采用CMOS 工艺的低电压高精度的运算放大器电路。

在设计中输入级采用两对跨导器件r ail- to- rail 的电路结构,从而实现输入级的跨导在整个共模输入范围内保持恒定。

输出级采用AB 类rail- to-r ail推挽结构, 达到高驱动能力和低谐波失真的目的。

此运放可提供15V 电压降,采用适当的输出负载, 闭环电压增益,单位增益带宽和相位裕度分别达到了80dB, 832kHz 和64。

关键词: CMOS; 低电压高精度; 运算放大器; Rail- to- Rail第一章绪论由于集成技术和大规模系统设计的飞速进步,电子工业在过去的几十年里取得了惊人的发展。

集成电路在高性能计算、通信和消费电子领域中的应用飞快发展。

事实上，正是这些应用所需求的计算和信息处理能力成为电子领域快速发展的驱动力。

当前的前沿技术已经为终端用户提供了一定的处理能力和便捷性，人们希望对这种超大规模集成电路系统设计具有重大影响的趋势延续下去。

对高性能处理能力和带宽不断增加的需求是信息业务最重要的特征之一。

《2024年CMOS高性能运算放大器研究与设计》范文

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言随着电子技术的飞速发展，运算放大器（Op-Amp）在信号处理和数据分析中的应用越来越广泛。

在众多类型的运算放大器中，CMOS（互补金属氧化物半导体）高性能运算放大器因其低功耗、高速度和高精度的特性而备受关注。

本文旨在研究并设计一款CMOS高性能运算放大器，以适应现代电子系统的需求。

二、CMOS运算放大器的基本原理与特点CMOS运算放大器利用互补金属氧化物半导体技术，通过P 型和N型晶体管的组合，实现高精度、低噪声和低功耗的信号处理。

其基本原理是通过差分输入和共源共栅放大的方式，实现信号的放大和传输。

CMOS运算放大器具有以下特点：1. 高精度：由于采用差分输入方式，CMOS运算放大器具有较高的共模抑制比（CMRR），能够有效抑制共模噪声。

2. 低噪声：CMOS器件的噪声性能优异，能够满足低噪声信号处理的需求。

3. 低功耗：CMOS器件具有较低的电压摆幅和较低的静态电流，从而实现低功耗设计。

三、高性能CMOS运算放大器的设计要求为了满足现代电子系统的需求，高性能CMOS运算放大器的设计应遵循以下要求：1. 宽动态范围：能够处理大信号输入范围，并保持较高的增益和精度。

2. 高带宽：具备较快的响应速度，以适应高速信号处理的需求。

3. 低噪声：在保持高增益的同时，尽可能降低噪声性能，提高信噪比。

4. 低功耗：在保证性能的前提下，尽可能降低功耗，延长电池使用寿命。

四、CMOS高性能运算放大器的设计方法针对上述设计要求，本文提出以下设计方法：1. 优化电路结构：采用差分输入、共源共栅放大的电路结构，提高电路的对称性和稳定性。

同时，通过优化晶体管尺寸和偏置电流，提高电路的增益和带宽。

2. 降低噪声性能：通过优化电路布局、减小晶体管失配以及采用低噪声器件等方法，降低电路的噪声性能。

3. 降低功耗：采用低电压摆幅和低静态电流的设计方法，降低电路的功耗。

同时，通过优化偏置电路和电源管理策略，进一步提高功耗性能。

CMOS运算放大器的分析及设计毕业设计论文(可编辑)

摘要随着集成电路工艺的发展,CMOS电路由于其低成本、低功耗以及速度的不断提高,在集成电路中获得越来越广泛的应用。

CMOS运算放大器也因其独特的性能优势常被用于模拟集成系统或子系统中,它的性能的好坏直接决定了整个模拟集成系统性能的好坏。

因此,有必要对用CMOS运算放大器进行深入的学习和研究。

CMOS运算放大器作为模拟集成电路最重要的功能模块,其设计一般包括以下几个步骤:确定设计要求;设计或综合;仿真;几何版图设计;版图后仿真;流片;测试。

本论文主要对两级CMOS运算放大器进行了前端设计及仿真。

论文在确定了两级CMOS运放设计规范要求的基础上,设计了两级CMOS运算放大器的基本电路结构,分析了各组成模块的电路功能,,通过分析性能参数与MOS管几何参数的关系,得到了电路中各MOS管的宽长比。

论文在介绍仿真环境OrCAD的结构特点及其工作性能的基础上,对所设计的电路进行了PSpice软件仿真,得到了设计电路的直流工作点、瞬态以及频率特性的仿真结果。

仿真结果分析表明所设计的电路符合预期的设计要求和设计指标,也验证了设计的两级CMOS运算放大器的可靠性和可行性。

关键词:CMOS;运算放大器;PSpice仿真;小信号放大;频率响应AbstractWith the development of CMOS technique, CMOS integratedcircuits have become the mainstream of integrated circuits techniques, due to its low cost, low power consumption and continuously improved speed. As the CMOS process has good performance merits, therefore the operational amplifier combined with CMOS technique has been widely used because of its unique performance.As the most important functional module in analog integrated circuits, the design of CMOS operational amplifier includes several steps as follows: determination design requirements, design or synthesis, simulation, design geometric layout, post-layout simulation, tape-out and test. The formal steps of the design of the two-stage CMOS operational amplifiers was provided in this paper, and the basic circuit structures of the two-stage CMOS operational amplifier was introduced. Based on determining the op-amp design specifications, the relationship between performance parameters and transistor geometry parameters was analyzed and the ratio of the transistors width to length was calculated. As a kind of simulation tool, the structural characteristics and work performance of OrCAD was described in detail. The feasibility of the design was determined by using PSpice simulation. Analysis of bias point, transient and the frequencycharacteristics of the circuit have been completed in this paper, and the simulation results showed that the designed circuit meets the design requirements and targets, also design the reliability and feasibility of the two-stage CMOS operational amplifier has been comfired.Key words: CMOS;Operational amplifier;Pspice simulation;Small signal amplification;Frequency response 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

CMOS运算放大器设计

CMOS运算放大器设计一、设计要求：电源电压VDD=3.3V以PMOS为输入管负载电容C out=1pF低频增益：Av>=70dB增益带宽积：GBW>=10MHz相位裕度：PM>=60°输出斜率：SR>=10V/us建立时间：<1us最小沟长：L min=0.5um已知参数：Kn`=89.9uA/V2Kp`=-31.9uA/V2Vthn=0.55VVthp=-0.73V二、放大电路设计为了满足增益要求我们设计了两级放大结构，电路图如下图一所示。

第一级使用差分放大器，由M1～M4组成；第二级由M6～M7组成，其中M6为该级放大管子。

M5、M7、M8构成电流镜，提供电流。

图二、放大电路电路仿真网表如下图一所示。

图一、网表（W/L)1=(W/L)2=77,(W/L)3=(W/L)4=3.5,(W/L)5=30,(W/L)6=14, (W/L)7=59,(W/L)8=15,为了避免短沟效应，取所有晶体管的沟长为L=1um。

取电流源电流为I8=10uA，则根据电流镜原理得流过M5的电流I5=20uA，流过M7的电流为I7=40uA。

从而可得I1=I2=I3=I4=1/2I5=15uA I6=I7=40uA第一级放大倍数为 A v1=g m1(r o2‖r o4)第二级放大倍数为 A v2=-g m6(r o6‖r o7)总的放大倍数为 Av=A v1 A v2=- g m1(r o2‖r o4) g m6(r o6‖r o7)由公式I D=1/2(uC ox)W/LV ov2g m=2I D/V ovr o=V A/I D可得于是计算得Av≈10000=80dB仿真波形如图三所示。

输入振幅为100uV，输出约为1V，放大倍数约为80dB，与理论计算结果基本一致，满足要求。

图三、输入输出仿真波形三、DC仿真DC仿真输入输出波形如图四所示。

取输入电压为Vinn=Vinp=2v。

CMOS高性能运算放大器研究与设计

CMOS高性能运算放大器研究与设计摘要：本文针对CMOS高性能运算放大器的研究与设计进行了探讨。

首先介绍了运算放大器的概念及其在集成电路中的重要性。

随后分析了CMOS技术在运算放大器设计中的优势与挑战。

接着详细讨论了运算放大器的基本电路结构，并针对不同参数要求进行了优化设计。

最后，通过仿真和实验验证了设计的可行性和性能。

一、引言运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是集成电路中一种非常重要的器件。

它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点，在模拟信号处理、电压比较和滤波等应用中起着关键作用。

随着集成电路技术的发展，CMOS技术成为制作运算放大器的主流方法，其功耗低、噪声小、工艺成熟等优势使得CMOS运算放大器被广泛应用于各种电子系统中。

二、CMOS技术在运算放大器设计中的优势与挑战CMOS技术在运算放大器设计中具有以下优势：首先，它可以实现低功耗设计，适用于电池供电的便携设备；其次，CMOS工艺具有较高的集成度和可靠性，能够实现多功能集成电路的设计；另外，CMOS工艺可实现高增益和高输入阻抗，使得运算放大器在模拟电路中的应用更加广泛。

然而，CMOS技术在运算放大器设计中也面临一些挑战。

首先是增益带宽积（GBW）的限制，由于工艺和电源电压的限制，CMOS运算放大器的GBW相对较低。

此外，温度对CMOS器件的影响较大，容易引起性能参数的变化。

因此，为了提高CMOS运算放大器的性能，需要进行精确的电路设计和优化。

三、CMOS运算放大器的基本电路结构CMOS运算放大器的基本电路结构包括差分放大器和输出级。

差分放大器用于放大输入信号，并实现电路的增益特性，而输出级则用于驱动负载。

差分放大器由一个共模抑制电路、输入级和中间级组成。

其中，共模抑制电路可以有效降低共模信号的干扰，保证运算放大器的差模增益。

输入级则起到放大信号的作用，中间级则用于增大电压幅度。

四、运算放大器设计的优化方法在设计CMOS运算放大器时，需要根据具体应用的要求进行参数优化。

cmos运算放大器设计

西南大学本科毕业论文（设计）
目
录
摘要 ................................................................... 3 Abstract ................................................................ 4 0 文献综述 ............................................................ 5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1 集成电路概述 ................................................... 5 集成电路的发展 ................................................. 5 集成电路应用领域 ............................................... 6 CMOS 集成电路................................................ 9 运算放大器 ..................................................... 9 CMOS 运算放大器............................................. 10
4
CMOS 运算放大器版图设计 .......................................... 25 4.1 版图设计流程 ................................................... 25 4.2 工艺设计规则 ................................................... 26 4.3 单元器件的绘制——图元 ......................................... 27 4.4 4.5 CMOS 放大器的版图设计........................................ 31 T-Spice 仿真 ................................................... 34

CMOS运算放大器版图设计毕业论文

CMOS运算放大器版图设计毕业论文目录前言 (5)第1章绪论 (6)1.1 课题背景 (6)1.1.1 研究背景 (6)1.1.2研究容 (7)1.2 电路设计流程 (8)1.3 主要工作以及任务分配 (10)1.3.1主要工作 (10)1.3.2 任务分配 (10)第2章版图基础知识 (11)2.1 版图的设计简介 (11)2.1.1 版图的概念 (11)2.1.2 版图中层的意义 (11)2.2 CMOS工艺技术 (14)2.2.1概述 (14)2.2.2 CMOS工艺的一些主要步骤 (15)2.2.3 CMOS制造工艺的基本流程 (16)2.3 设计规则 (18)2.4 MOS集成运放的版图设计 (22)第3章 CMOS运算放大器简介 (23)3.1 概述 (23)3.2两级CMOS运算放大器的优点 (24)3.3 两级运算放大器原理简单分析 (24)第4章 CMOS运算放大器的仿真 (27)4.1 概述 (27)4.2 MOS运算放大器技术指标总表 (27)4.3仿真数据 (29)4.3.1 DC分析 (29)4.3.2测量输入共模围 (30)4.3.3 测量输出电压围 (31)4.3.4 测量增益与相位裕度 (33)4.3.5 电源电压抑制比测试 (34)4.3.6 运放转换速率和建立时间分析 (36)4.3.7 CMRR的频率响应测量 (38)第5章算放大器版图设计 (40)5.1 Cadence使用说明 (40)5.2 版图设计 (42)5.3 CMOS运放版图 (43)第6章总结 (44)参考文献 (44)致谢词 (45)外文资料原文 (45)外文资料译文 (46)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”。

CMOS两级运算放大器-设计分析报告

CMOS两级运算放大器-设计报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：CMOS两级运算放大器设计及仿真实验报告班级：学号：姓名：日期：一、运算放大器设计简介运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。

各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。

运算放大器的设计可分为两个步骤。

第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。

确定好的电路结构不能轻易修改。

运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。

为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。

在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。

在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。

若不符合，再回到手工计算，调试电路。

二、设计目标电路参数要求：(1)直流或低频时的小信号差模电压增益Avd = 4000V/V(72dB)(2)增益带宽积GBW = 10MHz(3)输入共模电压范围Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V(4)输出电压摆幅0.2V < Vout < 1.5V(5)相位裕度PM = 60(6)负载电容CL = 1pF(7)电源电压VDD = 1.8V使用CMOS-90nm工艺库。

三、电路设计1.电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。

主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。

2.电路描述输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。

如下图所示。

输出级放大电路由PM1和NM4组成，其中PM1为共源放大级电路，NM4为电流源偏置电路。

CMOS高性能运算放大器研究与设计

CMOS高性能运算放大器研究与设计一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展，高性能运算放大器（Operational Amplifier，简称运放）作为电子系统的核心元件，其性能对整个系统的性能有着至关重要的影响。

特别是互补金属氧化物半导体（CMOS）技术下的高性能运算放大器，因其低功耗、高集成度、优良的温度稳定性和较小的噪声特性等优点，在模拟信号处理、通信、医疗仪器、测试测量等领域有着广泛的应用。

本文旨在深入研究CMOS高性能运算放大器的设计与实现技术，分析影响其性能的关键因素，探索提升性能的有效方法。

文章将首先回顾CMOS运算放大器的发展历程，分析其基本工作原理和性能指标。

然后，将重点探讨CMOS高性能运算放大器的电路设计技术，包括输入级、中间级、输出级和偏置电路等关键部分的设计原则和实现方法。

文章还将讨论CMOS运算放大器的噪声优化、功耗优化和稳定性提升等关键技术，并给出具体的设计实例和实验结果。

本文的目标是为CMOS高性能运算放大器的设计者提供一套完整的设计理念和方法论，帮助他们在满足性能要求的实现更低的功耗、更小的面积和更高的可靠性。

也希望通过本文的研究，能够为CMOS 运算放大器的发展和应用提供新的思路和方向。

二、CMOS运算放大器的基本原理运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种广泛应用于模拟信号处理电路中的核心元件，它能在宽频率范围内提供高放大倍数、高输入阻抗和低输出阻抗。

CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）运算放大器则是以CMOS工艺制造的运算放大器，具有低功耗、低噪声和高集成度等优点，因此在现代电子系统中得到了广泛应用。

CMOS运算放大器的基本原理主要基于差动放大电路和反馈网络。

差动放大电路由两个结构相同、性能对称的晶体管构成，通过差分输入信号控制两个晶体管的导通程度，从而实现信号的放大。

毕业设计(论文)-cmos运算放大电路的版图设计[管理资料]

目录摘要 (3)第一章引言 (3)§ (3)§ CMOS 电路的发展和特点 (5)第二章CMOS运算放大器电路图 (8)§Pspice软件介绍 (8)Pspice运行环境 (12)Pspice功能简介 (12)§CMOS运算放大器电路图的制作 (14)§小结 (20)第三章版图设计 (20)§L-EDIT软件介绍 (20)§设计规则 (21)§集成电路版图设计 (24)PMOS版图设计 (24)NMOS版图设计 (27)CMOS运算放大器版图设计 (27)优化设计 (32)第四章仿真 (40)§DRC仿真 (41)§LVS 对照 (42)第五章总结 (48)附录 (50)参考文献 (52)致谢 (53)摘要介绍了CMOS运算放大电路的版图设计。

并对PMOS、NMOS、CMOS运算放大器版图、设计规则做了详细的分析。

通过设计规则检查（DRC）和版图与原理图对照（LVS）表明，此方案已基本达到了集成电路工艺的要求。

关键词：CMOS 放大器 NMOS PMOS 设计规则检查版图与原理图的对照AbstractThe layout desigen of CMOS operation amplifer is presented in this the layouts and design rules of PMOS,NMOS, and CMOS operation amplifer. The results of design rule check(DRC)and layout verification schmatic(LVS) shown that the project have already met to the needs of IC fabricated processing. Keywords: CMOS Amplifer NMOS PMOS DRC LVS第一章引言1．1 集成电路版图设计的发展现状和趋势集成电路的出现与飞速发展彻底改变了人类文明和人们日常生活的面目。

CMOS高性能运算放大器研究与设计

CMOS高性能运算放大器探究与设计引言：随着科技的不息进步和应用的广泛推广，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）作为一种重要的模拟电路器件，得到了广泛的关注和应用。

CMOS （Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术由于其功耗低、集成度高等优势，被广泛应用于运算放大器的探究和设计中。

本文将介绍CMOS高性能运算放大器的探究与设计，主要包括运算放大器的基本原理、运算放大器的基本电路结构、CMOS技术的特点和优势、CMOS高性能运算放大器的设计方法和优化技术等方面。

一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种特殊的差动放大器，它能够实现电压放大、电流放大、功率放大等功能。

运算放大器有两个输入端，一个非反相输入端和一个反相输入端；有一个输出端和一个电源端，电源端一般有正电源和负电源两个。

在抱负状况下，运算放大器具有无限的增益、无限的输入阻抗和零的输出阻抗。

但实际状况下，由于运算放大器的内部结构等因素的限制，无法完全满足抱负的条件。

因此，在运算放大器的设计中，需要思量如何提高增益、输入阻抗和输出阻抗等性能指标。

二、运算放大器的基本电路结构运算放大器的基本电路结构由差动放大器、电压放大器和输出级组成。

差动放大器用于实现输入信号的差分放大，电压放大器用于实现信号的放大，输出级用于驱动负载电阻。

差动放大器由两个晶体管组成，一个晶体管作为非反相输入端，另一个晶体管作为反相输入端。

通过调整两个晶体管的尺寸比例，可以实现不同的放大倍数。

电压放大器由级联的共源放大器组成，通过逐级放大，实现信号的放大。

输出级由差分放大器和输出级筛选电路组成，通过差分放大器将信号转化为可驱动负载电阻的电流信号，再经过输出级筛选电路，将电流信号转化为电压信号。

三、CMOS技术的特点和优势CMOS技术是一种基于金属-氧化物-半导体（MOS）结构的半导体制造技术。

与传统的bipolar技术相比，CMOS技术具有以下特点和优势：（1）功耗低：CMOS电路在静态状态下几乎不消耗电流，功耗分外低，适合于低功耗应用的场合。

全差分CMOS运算放大器的设计

全差分CMOS运算放大器的设计全差分CMOS运算放大器（Fully Differential CMOS Operational Amplifier）是一种常用于模拟、混合信号和通信电路中的放大器。

全差分运算放大器结合了差分放大器和普通运算放大器的优点，具有更好的共模抑制、抗干扰能力和更高的增益。

1.设计差动放大器：差动放大器是全差分CMOS运算放大器的核心部分，其一般由两个输入差分对和一个负载电阻组成。

在设计差动放大器时，首先需要确定放大器的增益、带宽和功耗等要求。

然后，选择适当的晶体管尺寸和偏置电流来满足这些要求。

2.设计电流镜：电流镜主要用于稳定差动放大器的工作点。

常用的电流镜电路有P型电流镜和N型电流镜。

在设计电流镜时，需要考虑放大器的输入阻抗、输出阻抗和功耗。

3.设计共模反馈电路：共模反馈电路主要用于提高全差分CMOS运算放大器的共模抑制比。

在设计共模反馈电路时，需要确定合适的电压分压比例和电容值，以及选择合适的晶体管尺寸和偏置电流。

4.偏置电流源设计：5.电源设计：6.输入和输出接口设计：7.稳定性分析和优化：在设计全差分CMOS运算放大器时，还需要进行稳定性分析和优化。

常用的稳定性分析技术有迭代法、校正法和频率响应法。

稳定性优化技术有补偿电容法、极点分布法和增益调整法。

8.仿真和验证：最后，设计完成的全差分CMOS运算放大器需要进行仿真和验证。

常用的仿真和验证工具有SPICE软件、电路仿真器和实验测量仪器。

通过仿真和验证，可以评估放大器的性能和电路的可靠性。

最后，需要注意的是，在进行全差分CMOS运算放大器的设计时，应遵循设计规范和标准，如功耗规范、电压规范和噪声规范，以确保设计的可靠性和一致性。

同时，应密切关注工艺制程、温度变化等因素对电路性能的影响，并进行相应的校准和补偿。

CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析

CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析本科学生毕业论文论文题目: CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析学院: 电子工程学院年级:专业: 集成电路设计与集成系统姓名:学号:指导教师:摘要运算放大器已经成为模拟电路设计中用途最广、最重要的部分。

运算放大器简称运放被广泛应用于无线电接收机的高频或中频前置放大级和一些高灵敏度电子设备中。

运放在电路中会产生噪声，在一些需要放大微弱信号的情况下，运放自身的噪声对有用信号的干扰可能会很严重，所以设计了一款低噪声系数、高功率增益、工作稳定性强、有足够带宽和较大动态范围的运算放大器电路。

MOS场效应晶体管会在电路中产生噪声，而且随着MOSFET尺寸的减小与信号幅度的降低，电路中低频噪声特性变得越来越重要。

论文首先分析运放电路中主要产生噪声的原因，然后结合基本噪声理论对电路中相应的元器件参数进行分析设计，然后针对电路的各项指标要求再对电路的元器件的参数进行调整。

运放输入级采用PMOS差分输入的结构，可以提高增益，也起到了抑制噪声的目的，输出级也采用共源共栅形式，可进一步抑制噪声。

通过对电路整体的噪声性能分析，优化了电路的噪声特性。

最后电路达到了设计的目标:增益带宽积大于60MHz、输入噪声功率谱密度在10MHz时小于35nV/rtHz、DC增益大于60dB、相位裕度大于45º。

关键词CMOS;运算放大器;低噪声;高增益;带宽IAbstractOperational amplifier (Op amp) is the most important and comprehensive element in CMOS analog integrated circuits. Operational amplifier is widely used in various types of high-frequency or intermediate frequency as a radio receiver pre-amplifier stage or the high sensitivity of electronic devices. MOS field effect transistor (MOSFET) circuit would bring noise under weak signal amplification. Noise interference may be very serious for useful signal in an op amp. Thus, it is very necessary that designing an op amp circuit with low noise, high gain, good stability, sufficient bandwidth and large dynamic range.MOS field effect transistor circuit would bring noise. With the MOSFET sizes decreasing and the signal amplitude decreasing, the low-frequency noise characteristics of the circuit are becoming increasingly important. This paper analyzes mainly noise sources of thee op ampcircuit firstly, then designs the corresponding component parameters of the circuit considering of the basic noise theory, and adjusts the parameters of certain components. The input stage of Op amp used PMOS differential input gain enhances direct telescopic structure to improve gain and suppress noise. The output stage is horizontal+output+stage to further suppress noise. Seen from the whole circuit noise performance,the noise characteristics are optimized. At last the simulated result also indicated that it reached the requirement of design: gain bandwidth product should be larger than 60dB, input noise power spectral density should be lower than 35nV/rtHz, DC gain shoud be higher than 60dB, phase margin should be larger than 45º.Key wordsCMOS; Operational amplifier; Low noise; High gain; BandwidthII目录摘要 ..................................................................... .. (I)Abstract ........................................................... .. (II)第一章绪论 ..................................................................... ................................................... 1 1.1 论文课题的价值及其意义 ..................................................................... ............... 1 1.2 运算放大器的发展过程及现状 ..................................................................... ........ 1 1.3 论文的章节安排 ..................................................................... . (2)第二章运算放大器的性能分析 ..................................................................... .................... 3 2.1 噪声 ..................................................................... .. (3)2.1.1 噪声类型 ..................................................................... .. (3)2.1.1.1 热噪声 ..................................................................... .. (3)2.1.1.2 散弹噪声 ..................................................................... . (4)2.1.1.3 闪烁噪声 ..................................................................... . (5)2.1.1.4 爆裂噪声 ..................................................................... . (5)2.1.2 MOS管中影响较大的噪声源 ....................................................................52.1.2.1 散弹噪声 ..................................................................... . (6)2.1.2.2 闪烁噪声 ..................................................................... . (6)2.1.2.3 沟道热噪声 ..................................................................... (6)2.1.3 噪声系数与计算噪声的基本方法 (7)2.1.3.1噪声系数 ..................................................................... .. (7)2.1.3.2噪声计算方法 ..................................................................... ..................... 7 2.2 开环增益 ..................................................................... .......................................... 8 2.3 开环带宽和增益带宽积 ..................................................................... ................... 8 2.4 输出摆幅 ..................................................................... .......................................... 9 2.5 相位裕度 ............................................................................................................... 9 2.6 DC功耗 ..................................................................... ............................................ 9 2.7 共模输入范围...................................................................... . (9)2.8 运放中各性能指标之间的关系 ..................................................................... ........ 9 2.9 两种常用结构CMOS放大器 ..................................................................... ........ 10 2.9.1 差分结构放大器 ..................................................................... ......................... 10 2.9.2 共源共栅结构放大器 ..................................................................... .. (13)第三章低噪声高增益运算放大器的设计 ..................................................................... ... 15 3.1 电路设计的指标 ..................................................................... ............................. 15 3.2 电路结构的设计 ..................................................................... .. (15)3.2.1 电路结构的确定 ..................................................................... (15)3.2.2 电路的噪声分析 ..................................................................... (17)3.2.3 电路的增益分析 ..................................................................... .................. 18 3.3 电路参数的确定 ..................................................................... ............................. 19 3.4 电路参数的验证 ..................................................................... .. (21)3.4.1 增益指标的验证 ..................................................................... (21)3.4.2 噪声指标的验证 ..................................................................... (22)第四章电路的仿真分析 ..................................................................... .............................. 23 4.1 理论值仿真分析 ..................................................................... .. (23)4.1.1 直流参数仿真 ..................................................................... . (23)4.1.2 交流小信号仿真 ..................................................................... .................. 24 4.2 电路的改进及仿真分析 ..................................................................... .. (25)4.2.1 M1管与M2管宽长比为20/1的仿真结果 (25)4.2.2 M1管与M2管宽长比为30/1的仿真结果 (26)4.2.3 增益提高的总结 ..................................................................... .................. 26 4.3 考虑噪声的仿真分析 ..................................................................... (27)4.3.1 噪声仿真 ..................................................................... (27)4.3.2 直流仿真 ..................................................................... (28)4.3.3 交流分析 ..................................................................... (28)4.3.4 与设计目标的比较 ..................................................................... .. (29)第五章版图的设计 ..................................................................... . (30)结论 ..................................................................... .. (33)参考文献 ..................................................................... . (34)致谢 ..................................................................... .. (36)CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析第一章绪论本章内容主要介绍运算放大器的发展过程，现阶段运算放大器的发展状况论文研究的意义与背景及论文的章节安排。

快速全差分CMOS 运算放大器的设计

《IC课程设计》报告快速全差分CMOS 运算放大器的设计姓名：学号：班级： 1院系：专业：同组人姓名：李四王二目录1设计目标 (1)2相关背景知识 (1)3设计过程 (2)3.1 电路结构设计 (2)3.1.1 电路结构的选择 (2)3.1.2 折叠式共源共栅 (4)3.1.3 共模反馈电路 (5)3.1.4 偏置电路 (6)3.1.5 频率补偿 (7)4 电路仿真 (7)5 讨论 (9)6 收获和建议 (9)参考文献 (9)1设计目标设计一带宽为500MHz的全差分CMOS运算放大器。

设计指标如下：工作电源电压：3.3V开环增益：≥65 dB单位增益带宽: ≥500MHz相位裕量：≥50 degree差分压摆率: ≥200V /μs负载电容: =2pF差分输出摆幅: ≥±2V谐波失真：≤0.1%静态功耗：尽可能小2相关背景知识科学技术的发展带来了各行各业的改革，各种新型的高科技产品不断被应用到我们生活和生产中。

科技进步同样也带来了电表行业的改革，传统的老式机械表已经不适应现代的生活需求，更先进的数字电表将取而代之。

电表计量芯片是数字电表的核心，它的性能在很大程度上决定了该电表的性能。

而在电表计量芯片中需要将电流、电压信号转换成数字信号以便进行高精度的后续处理，这就需要用到数模转换器（Analog to Digital Converter）。

一个高性能的数模转换器则是先进的电表计量芯片必不可少的。

目前随着大规模集成电路的发展，Sigma -delta 数模转换器（Sigma-delta ADC）得到了迅速的发展并广泛应用于通讯、音频处理和精密测量方面。

在电表计量芯片中也广泛采用这用结构以实现高精度的数模转换。

3设计过程3.1 电路结构设计3.1.1 电路结构的选择根据上表所提供的性能要求，由于普通的单级结构运放无法提供这么大的增益，而三级或更多级结构将带来稳定性的问题，对此我们选择具有两级放大功能的运算放大器。

CMOS二级运算放大器设计

CMOS二级运算放大器设计CMOS二级运放的基本结构包括差分对和共模反馈电路。

差分对是一对输入端分别与PNP型和NPN型晶体管相连的放大器。

这对晶体管的基极分别与镜像电流源相连，以提供共模反馈和差分模式放大。

共模反馈电路通过将差分模式信号与公共节点（即两个输入端的中点）比较，从而产生反馈信号，并将其注入到差分对中以抑制共模干扰。

1.确定规格和需求：确定运放的增益、频率响应、功耗和输入/输出特性等规格要求。

2.选择工作点：通过分析差分对的静态特性，选择适当的工作点。

工作点的选择应保证对输入信号具有较高的线性响应。

3.设计共模反馈电路：共模反馈电路包括反馈网络和差分对之间的连接。

通过反馈网络的设计，可以精确地抑制共模干扰，提高CMRR（共模抑制比）。

4.设计差分放大器：根据增益要求和输入/输出阻抗要求，设计差分放大器。

差分放大器的设计要考虑电压增益、带宽、输入和输出阻抗等因素。

5.设计输出级：输出级一般包括缓冲放大器和电流输出级。

缓冲放大器用于提供足够的驱动能力，以满足输出电流的要求。

电流输出级用于将电压信号转换为电流输出。

6.设计电源电压：根据设计要求和工艺限制，确定供电电压，并设计稳压电路以提供稳定的电源。

7.进行仿真和优化：通过电路仿真软件进行电路性能的模拟和优化，根据仿真结果进行参数调整和电路结构修改。

8.布局和版图设计：根据电路设计结果进行电路布局和版图设计，确保电路结构的可制造性和可靠性。

9.参数提取和后仿真：通过深入分析电路模型和特性，提取关键参数，并基于改进的模型进行后仿真。

根据后仿真结果进行最终的参数调整和性能评估。

最后，需要指出的是，CMOS二级运放的设计是一个综合性的工程任务，涉及到电路设计、模拟仿真、版图设计以及后仿真等多个方面的知识和技能。

在实际应用中，还需要考虑工艺变化、温度变化和耦合等因素对电路性能的影响，以实现稳定和可靠的运放电路设计。

毕业设计-Bi-CMOS集成运算放大器

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 electronic applications is very extensive currently, for example, it can be used asamplifiers, 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 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 right 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 power 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 through the DRC verification and LVS verification.Keywords: Amplifier, Circuit, Layout, Process目录第一章绪论 (1)1.1 集成运算放大器研究的目的和意义 (1)1.2 集成运算放大器的发展与前景 (2)1.3 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 (5)2.1 集成电路的设计流程 (5)2.1.1 功能设计阶段 (5)2.1.2 设计描述和行为级验证 (5)2.1.3 逻辑综合 (5)2.1.4 门级验证 (5)2.1.5 布局和布线 (6)2.2 CMOS运算放大器电路的特点 (6)2.2.1 集成电路的特点 (6)2.2.2 集成运放电路的组成及各部分的作用 (7)2.3 CMOS运算放大器的设计原理 (8)2.3.1 集成运放电路基本原理 (8)2.3.2 集成运放电路主要性能指标 (9)2.3.3 集成运放电路的设计流程 (11)2.4 CMOS集成运放电路的设计 (11)2.4.1 建库 (11)2.4.2 CMOS集成运放的电路图 (12)2.4.3 CMOS集成运放的电路图仿真 (13)2.4.4 CMOS集成运放的参数计算 (19)第三章 CMOS运算放大器后端设计 (20)3.1 版图的设计流程 (22)3.1.1 整体设计 (22)3.1.2 分层设计 (23)3.1.3 版图检查 (23)3.1.4 寄生参数的提取和后仿真 (24)3.1.5 版图的整体检查 (24)3.1.6 完成版图 (24)3.2 编辑版图 (24)3.2.1 建立版图单元 (24)3.2.2 建立底层单元 (25)3.2.3 编辑电路版图 (29)3.3 版图验证的具体过程 (31)3.3.1 DRC验证 (32)3.3.2提取Extract文件 (33)3.3.3 LVS验证 (35)第四章 Bi-CMOS工艺 (36)4.1 Bi-CMOS工艺的结构特点 (37)4.2 Bi-CMOS工艺的发展与应用 (37)4.3 Bi-CMOS工艺的分类 (38)4.3.1 以CMOS工艺为基础的Bi-CMOS工艺 (38)4.3.2 以双极型工艺为基础的Bi-CMOS工艺 (38)4.4 Bi-CMOS工艺的工艺步骤 (39)第五章总结 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录（DRC验证规则） (48)第一章绪论集成运算放大器(Operational 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。

毕业设计CMOS运算放大器版图设计

摘要集成电路掩膜版图设计是实现电路制造所必不可少的设计环节，它不仅关系到集成电路的功能是不是正确，而且也会极大程度地阻碍集成电路的性能、本钱与功耗。

本文依据大体CMOS集成运算放大电路的设计指标及电路特点，绘制了大体电路图，通过Spectre进行仿真分析，得出性能指标与格元器件参数之间的关系，据此设计出各元件的版图几何尺寸和工艺参数，成立出从性能指标到版图设计的优化途径。

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Spectre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，重复这一进程，最终取得优化设计方案。

最后依照参数尺寸等完成了放大器的版图设计和版图的DRC、LVS验证。

关键词：集成电路，运算放大器，版图设计，仿真ABSTRACTIntegrated circuit layout design is an essential design part to realize circuit mask manufacturing, it is not only related to the integrated circuit to function correctly, but also can greatly affect the performance of the integrated circuit, the cost and the power consumption.Based on the basic CMOS integrated operational amplifier circuit characteristic and design target, we have rendered the basic circuit diagram, and simulation by Spectre, the simulated results are derived parameters and their relationship between determining factors, thereby defining a line with the design target domain size and processing parameters, finally we builded an optimization from the performance index to layout design .Operational amplifier IC layout design, is the design model of analog integrated circuit layout . Here we used Spectre to design draft which should be simulated, then modified which do not comply with the design goals of the parameters , repeat the process, and finally get the optimization design scheme. Finally, according to the parameters such as size finished the amplifier layout design and the DRC, LVS verification.KET WORDS: Integrated circuit, Operational amplifier, layout design, Simulation毕业设计（论文）原创性声明和利用授权说明原创性声明本人郑重许诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的功效。

CMOS 两级运算放大器设计

1 1+ gm6 ro6 || ro7
=
λn + λp
2
I DS1,2
Cc
Cc
单位增益带宽为
I DS 6,7
2KPn (W
L) 6
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CMOS 两级运放设计
宫志超
ϖ0
=
Avϖ
p1
=
1 Cc
2I
DS1,2 KPp
⎛ ⎜⎝
W L
⎞ ⎟⎠1,2
=
gm1,2 Cc
3.2.5 传输函数下面计算第二级的传输函数，如图 8 所示，是第二级的等效电路，传输函数为
3.1 直流分析
3.1.1 直流功耗
( ) ( ) 令 IDS8 = IDS9 = IB ， P = VDD IDS8 + IDS9 + IDS5 + IDS 7 = VDD 2IB + 2IDS1,2 + IDS 6,7
3.1.2 偏置电流
图 2 计算偏置电流等效电路
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CMOS 两级运放设计
( ) Vout2
= −Δv 1 1 + 2gm1,2ro5
gm1,2 gm3,4
gm6
ro6 || ro7
，若过载电压都相等，则可整理得
Vout 2
=
−Δv
λp λn + λp
设Vo+ut 为正电源变化引起得总输出变化，可得Vo+ut = Vout1 + Vout2 = 0 ，因此正电源抑制比为 ∞。
定输出点直流电平。
VGS 3 = VGS 4 = VGS 6 → Vov3 = Vov4 = Vov6