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

2012/1/5

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

ABSTRACT

The main content of course design for: use the design a MOS operational amplifier. Amplifier has put size and control signal common mode signal function. Starting from the first amplifier parameters and structure theory laid a hand on him, and then after the formation of the Hspice nets table and adjust the final simulation parameters of the requirements to meet the MOS set.

K eywords: operational amplifier ，common-mode voltage ，voltage swing current consumption ，Hspice simulation ，Gain bandwidth

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

1.题目理解及要求 (4)

1.1运算放大器介绍 (4)

1.2 实验要求及设计指标 (5)

2设计及计算过程 (6)

2.1电路设计 (6)

2.2理论计算 (7)

3网表文件 (14)

3.1输入共模电压摆幅 (14)

3.2输出电压摆幅 (15)

3.3增益带宽 (16)

4仿真结果与分析 (18)

4.1输入共模电压摆幅： (18)

4.2输出电压摆幅： (19)

4.3增益带宽： (19)

5实验结论 (20)

6致谢 (21)

7参考文献 (22)

8心得体会 (23)

1.题目理解及要求

1.1运算放大器介绍

运算放大器（operational amplifier ）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。

1.2 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0.35um 3.3V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。

2设计及计算过程2.1电路设计

VCC

Vb MP1

MP2

MP3

MN3MN4

Vout MN1MN2

输入共模信号

输入共模信号

以及小信号

Vss

2.2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;

d3

MN3

S3

g3min g2s2

d2

GND

MN2

23min Vds Vgs V +=

uA

I t Cox V

Vds Vds l w

c u I Vt Vds Vgs V l w

c u I Vth Vgs Vth Vgs l

w

c u I ox

ox

ox n ox n ox n 32.0)(2h min )

(2))((0022

020

221

0==≈++=+=+=⇒-=εε

Vth 可以有元件库读取

共模范围max 部分：

d3

MP2S3

g3max g2

s2

d2

MN3

vdd

)

)

(2(max )

(22)2)((212

22

max 2

2:

200

2

0l w

c u I V V l w

c u I Vth Vgsm p Vth Vgsm p l w upCox I Vgsm p Vdsm p Vdsm p V V Vdsm p Vgsm p MP ox n DD ox n DD -=⇒+=⇒-==-==

综上：

))

(2(2)(20

0l w c u I V Vc Vds l w c u I Vth ox n DD ox n n -++

=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/L

g

s

d

Io

MP1

Vb