两级OTA的分析方法1_清华大学模拟集成电路分析与设计.
两级OTA的分析方法2_清华大学模拟集成电路分析与设计
p1
p2
z
p2
z
将补偿后极点和零点的表达式代入，可以得到一个关于 CC 的方程：
90° − PM ≈ tan−1( ωc ) + tan−1( Gm1 )
p2
Gm2
由这个方程可以求解出特定相位裕度所要求的补偿电容 CC 的大小。
消除零点影响的措施：（1）与补偿电容 CC 串联一个电阻来消除零点或者使得零点移到左半平面，与补偿后的第一 非主极点相销；（2）使用源极跟随器来切断前馈通路，消除零点；（3）使用共栅晶体管来切断前馈通路；（4）利用 Cascode 器件减小前馈通路的馈通量
其中，
Cf Gm1 = gm1,2 , Ro1 = ro3,4 || ro1,2 , Gm2 = gm3,4 , Ro2 = ro5,6 || ro7,8
Cx = Cgg1,2 , C1 = Cgg 5,6 + C junction1−4 , CL' = CL + C junction5−8
2.2.1 环路增益
由于反馈的存在，噪声分析很复杂，可参看网络学堂上附加的材料。
Cs vid+
Cs
Cf Cc
+− + + −
−+
v−o1
−+
Cc Cf
+ vo2
−
CL CL
M10
M3
M4
M5
M6
M1 M2
差模半电路为：
M9
M0
M7
M8
vid 2
Cs
Cc Cf
vod 2
CL
将每一级均转化为带有内阻的受控电流源结构：
vi
vo
Gmvi Ro
课程设计(两级放大电路的设计)
新疆大学课程设计报告所属院系：电气工程学院专业：电气工程及其自动化课程名称：电子技术基础A设计题目：两级放大电路的设计班级：学生姓名：学生学号：指导老师:完成日期：3.图2以同样的方法测量出1CV,2B V,2E V.记录到表格4中。
V,1B V,2CV1C V1E V2B V2C V2E VB12.2435V8.5451V 1.6001V3.0847V 7.9905V 2.4317V图3三.放大倍数的测量调整函数发生器，使放大器输入imU=5mA，f=1KHZ的正弦信号，测量输出电压U，计算电压增益。
如下图5。
om图4由示波器得到其输入和输出波形如下图6，两者进行比较。
图5放大倍数的测量输入U im输出U om增益A v5mV 362mV 73图6四.输入电阻和输出电阻的测量运用两次电压法测量两级放大器的输入电阻和输出电阻。
测试输入电阻时，在输入口接入取样电阻R=1KΩ；测试输出电阻时，在输出口接入负载电阻R L=1KΩ。
由于本次试验是电路的两级放大所以有以下性质：1.多级放大器的输入电阻等于第一级放大器的输入电阻；2.多级放大器的输出电阻等于末级放大器的输出电阻；3.后级放大器的输入电阻是前级放大器的负载；4.前级放大器的输出电路是后级放大器的信号源；5.总的电压增益等于各级电压增益相乘。
两次电压法测输入电阻如图：图7输入电阻的测量U s U i取样电阻R R i=R错误!未找到引用源。
U i/(U s错误!未找到引用源。
U i)3.536mV 2.903mV 1K 4322Ω图8两次电压法测输出电阻如下图：图9图10输出电阻的测量U o U o’负载电阻R L R o=R L错误!未找到引用源。
(U o/U o’错误!未找到引用源。
1）264.191mV 125.143mV 1K 901Ω图11五.测量两级放大器的幅频、相频曲线图12频率值(Hz)f L/2f L f0/2f02f0f H10f H总带宽△f 9.318.65001k2k425.1k 4.251MU O29.651.972.872.872.851.97.54425K图13三．总体设计1.总体电路电路的是由电源输入信号到一级共射的放大电路，再到二级的共射的放大电路，最后输出，实现电压或电流的放大。
集成电路EDA与验证技术课件：模拟集成电路设计与仿真
模拟集成电路设计与仿真
常用命令格式： (1) DEFINE 格式：DEFINE <库名> <库路径> 例： DEFINE sample /export/cadence/IC615USER5/tools.lnx86/dfII/samples/cdslib/sa mple (2) INCLUDE 格式：INCLUDE <另外一个cds.lib 的全路径>
模拟集成电路设计与仿真
图3.2 Spectre中包含的各种仿真器
模拟集成电路设计与仿真
2．精确的晶体管模型 Spectre为所有的仿真器提供一致的器件模型，这有利于 消除不同模型间的相关性，从而得到快速收敛的仿真结果。 模型的一致性也保证了器件模型在升级时可以同时应用于所 有的仿真器。 3．高效的程序语言和网表支持 Spectre仿真平台支持多种设计提取方法，并兼容绝大多 数SPICE输入平台。Spectre可以读取Spectre、SPICE以及 Verilog-A格式的器件模型，并支持标准的Verilog-AMS、 VHDL-AMS、Verilog-A、Verilog以及VHDL格式的文本输 入。
模拟集成电路设计与仿真
5．有力衔接了版图设计平台 对于完整的版图设计平台而言，Spectre是不可或缺的重 要环节，它能方便地利用提取的寄生元件参数来快速完成后 仿真(post-layout simulation)的模拟，并与前仿真(pre-layout simulation)的模拟结果作比较，紧密的连接了电路 (Schematic)和版图(layout)的设计。 6．交互的仿真模式 设计者可以在仿真过程中快速改变参数，并在不断调整 参数和模拟之中找到最佳的电路设计结果，减少电路设计者 模拟所花费的时间。
跨导放大器的分析与设计2
增加第一级或者第二级的输出阻抗：通过特定的技 术来提高输出阻抗（Cascode技术）
采用Cascode技术的单级OTA －－Telescopic OTA
单纯考察OTA的特性，应用在反馈环路中的分析 同两级基本OTA
小信号特性
输出阻抗为：
Rout (gm4 Aro4 Aro4 ) || (gm2 Aro2 Aro2 )
偏置VBB2的产生电路
VBB2 VGS1A,2 A Vin,CM Vtn1,2
VBB2 Vx Vov1,2 VGS1A,2 A Vx Vt 2Vov
采用类似于低压电流镜中偏置的设 计方案，MB1工作于线性区，尺寸为 MB2尺寸的1/3，为留有设计余量， 一般取为1/5，可采用晶体管单元串 联来实现，避免MB1的宽度太小gm1,2 Rout
具有与两级基本OTA相似的增 益，在某些场合可以作OTA使 用：telescopic OTA（单级放大 器）
输出极点是主极点
p1
GBW Av
1 Rout Cout
输入共模范围
共模范围：所有晶体管都工作于饱 和区时输入共模电压的范围，这时 放大器具有最大的小信号增益
跨导放大器的分析与设计（2）
提要
两级基本OTA存在的问题及改善办法 Cascode技术
单级放大器
➢Telescopic ➢折叠Cascode技术 ➢单级OTA的频率补偿 ➢Gain Boosting：有源Cascode技术
共模反馈环路
两级基本OTA存在的问题
存在的问题
OTA低频电压增益：(gmro)2 Miller补偿，稳定性要求非主极点位于离单位
采用Cascode技术的单级OTA －－折叠Cascode技术
两级运放设计与仿真报告
两级运放设计与仿真报告引言两级运放是一种常用的电路配置，具有在放大信号时增益稳定、频率响应宽、噪声低等特点。
本报告将介绍两级运放的设计与仿真过程，包括电路设计原理、参数选择、电路模拟与性能评估等内容。
设计原理两级运放主要由两个级联的运放组成，第一级运放作为输入级，主要负责增益放大和输入阻抗匹配；第二级运放作为输出级，主要负责提供电流放大和输出阻抗匹配。
通过合理选择运放参数和电阻分压比，可以实现所需的放大倍数和频率响应。
参数选择在设计过程中，首先需要确定所需的放大倍数和频率响应范围。
然后根据运放的特性参数，如增益带宽积、输入输出阻抗等，选择合适的运放器件。
通常使用的运放器件有型号为LM741、LT1001等。
电路设计根据参数选择，可以开始进行电路设计。
首先确定输入电阻，选择合适的电阻值以使得输入阻抗满足要求。
然后计算电阻分压比，以确定电压放大倍数。
接下来选择适当的电容值以确保频率响应满足要求。
电路仿真一般使用电路设计软件进行仿真。
根据电路设计原理和参数选择，输入正确的电路图和器件参数，进行仿真分析。
通过观察波形、频率响应曲线等结果，评估电路性能和稳定性。
性能评估通过仿真结果，可以评估电路的性能和稳定性。
主要包括增益稳定性、频率响应范围、失调电压、失调电流等指标。
根据仿真结果，可以对电路参数做出调整，以改善电路性能。
结论通过两级运放设计与仿真，我们可以实现对输入信号的放大和频率响应的控制。
通过选择合适的运放器件、参数以及电阻分压比和电容值，可以实现所需的放大倍数和频率响应范围。
通过仿真分析，可以评估电路性能和稳定性，并进行参数调整以改善电路性能。
[1] Sedra, A. S., & Smith, K. C. (2004). Microelectronic circuits. New York: Oxford University Press.[2] Razavi, B. (2024). Design of analog CMOS integrated circuits. McGraw-Hill Education.[3] Haigh, P. A., & Gác, P. (2024). Practical amplifier diagrams. New York: Springer.。
全差分两级放大电路
综合课程设计研究报告课题名称：全差分两级运放研究人员：指导教师：王向展宁宁201 年1月1日微电子与固体电子学院目录一、绪论 (1)（一）研究工作的背景与意义 (1)（二）国内外现状分析 (1)二、研究目标、研究内容与技术指标 (1)（一）研究目标 (2)（二）研究内容 (2)（三）关键技术 (2)（四）技术指标 (3)三、电路工作原理 (3)（一）电路结构理论 (4)（二）关键电路模块 (4)（三）非理想效应 (5)四、电路设计与仿真 (6)（一）电路设计方案 (6)（二）电路设计结构 (9)（三）电路仿真及结果 (10)五、全文总结与展望 (12)参考文献 (13)一、绪论（一）研究工作的背景与意义随着模拟集成电路技术的发展，高速、高精度运算放大器得到广泛应用。
全差分运算放大器在输入动态范围、抑制共模信号和噪声的能力等方面，较单端输出运放有很大优势，成为应用很广的电路单元。
另外，全差分输出时的输出电压信号幅度比单端输出时增大一倍，这对低电源电压供电的现代CMOS电路尤为重要，因为这可以扩大输出信号的动态范围。
因此，本文讨论并设计了满足一定要求的全差分运算放大器。
（二）国内外现状分析从第一颗运算放大器IC问世到现在，运算放大器技术已经在半导体制造工艺和电路设计两方面取得了巨大进展。
在大约40年的发展过程中，IC制造商们利用上述先进技术设计出了近乎“完美”的放大器。
虽然什么是理想放大器很难有一个精确定义，但它却为模拟设计工程师提供了一个目标。
理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压，它还应该不受封装尺寸限制，不占用空间。
上述这些，都是许多教科书为了得到简单的传递函数而做出的种种假设。
未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长;其二,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器;其三,由于性能和价格压力持续上扬,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。
电子设计领域集成电路测试与验证的技术方法
电子设计领域集成电路测试与验证的技术方法在电子设计领域中，集成电路的测试与验证是确保电路设计质量和可靠性的重要环节。
随着电子技术的不断发展和集成电路复杂度的增加，测试与验证技术的重要性也日益凸显。
本文将介绍几种常用的集成电路测试与验证技术方法。
一、功能验证功能验证是测试与验证的基础环节，旨在验证电路在不同输入条件下是否能够正确地产生预期输出。
在功能验证中，可以采用仿真验证和实际硬件验证两种方法。
1. 仿真验证仿真验证是利用计算机软件对电路进行模拟和测试的方法。
通过建立电路的数学模型，可以模拟电路在不同输入下的输出情况，进而验证电路的功能和性能。
仿真验证的优点是成本低、可重复使用和调试方便，可以在电路设计的早期阶段进行验证。
常用的仿真工具有SPICE、Verilog和VHDL等。
2. 实际硬件验证实际硬件验证是将电路设计制作成实际的硬件原型，并通过实验室设备对其进行测试和验证的方法。
相比仿真验证，实际硬件验证更加接近真实环境，可以更准确地评估电路的性能。
实际硬件验证的缺点是成本高、周期长、调试困难，适合在电路设计的后期阶段进行验证。
二、电路板级测试和芯片级测试电路板级测试和芯片级测试是针对电路板和集成电路芯片进行的测试与验证方法，用于确保电路板和芯片的运行正常和性能优良。
1. 电路板级测试电路板级测试是针对整个电路板进行测试的方法。
在电路板级测试中，可以使用测试点和测试仪器对电路板进行全面的功能测试，以确保整个电路板的正常运行。
电路板级测试一般包括功能测试、耐压测试、温度测试等环节。
2. 芯片级测试芯片级测试是针对集成电路芯片进行测试的方法。
由于芯片集成度高、结构复杂，芯片级测试需要运用先进的测试技术和设备。
芯片级测试一般包括逻辑测试、信号测试、功耗测试等环节。
常用的芯片级测试方法有扫描链（Scan Chain）测试、缺陷模拟测试等。
三、自动化测试和在线测试自动化测试和在线测试是通过引入计算机和自动化设备来提高测试效率和精度的测试与验证方法。
学位论文—模拟电子技术报告--两级阻容耦合放大电路的设计与调试
模拟电子技术课程设计报告题目：两级阻容耦合放大电路的设计与调试学院电气工程学院专业班级12级电气3班学生姓名指导教师同组组员提交日期 2014年03月 07日电气工程学院专业课程设计评阅表学生姓名学生学号201230088063同组队员专业班级12电气3班题目名称两级阻容耦合放大电路的设计与调试一、学生自我总结二、指导教师评定目录目录一、设计目的 (5)二、设计要求和设计指标 (5)三、设计内容 (5)3.1.内容简介 (5)3.2.电路原理 (6)3.3参数确定 (7)3.4具体仿真电路 (7)3.5仿真结果与分析 (8)3.5.1设计要求 (8)3.5.2.技术指标 (8)3.5.3功能仿真及仿真图 (8)3.5.4. 测试电压 (9)3.5.5.频率失真图 (9)3.5.6.输出波形图 (10)3.5.7频响特性 (10)四、本设计改进建议 (4)五、总结（感想和心得等 (11)六、主要参考文献 (11)附录 (12)一、设计目的1.能够较全面地巩固和应用“模拟电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握电路设计的全过程（设计-仿真-PCB板制作-调试安装）。
2.能合理、灵活地应用分立元件或标准集成电路芯片实现规定的电路。
3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的模拟电子系统的能力。
4.培养独立设计能力，熟悉EAD工具的使用，比如EWB（现在为Multisim系列）（仿真分析）及Protel（原理图和PCB版图的制作）等。
5.培养书写综合设计实验报告的能力。
二、设计要求和设计指标1.设计要求：1.根据性能指标要求，确定电路及器件型号，计算电路组件参数；2.在EWB中进行电路仿真，测量与调整电路参数，是满足设计计算要求。
3.测试性能指标，调整修改组件参数值，使其满足电路性能指标要求，将修改后的组件参数值标在设计原理图上。
4.上述各项完成后，在Protel软件中绘制电路原理图及其PCB版图。
模拟集成电路设计——两级全差分高增益放大器设计
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。
集成电路测试详细分类与方法概述
集成电路测试详细分类与方法概述集成电路测试是指对集成电路的功能、性能、可靠性等方面进行测试的过程。
根据测试的目的和内容的不同，可以将集成电路测试分为以下几个分类：1. 功能测试：此类测试主要检验集成电路的各功能模块是否能够正常工作。
例如，对于数字电路来说，可以进行逻辑功能测试，验证电路的逻辑运算是否正确；对于模拟电路来说，可以进行信号放大等功能测试。
2. 时序测试：此类测试主要检验集成电路在时序方面的性能。
通过检测信号的传输延迟、时钟频率等参数，验证电路的时序性能是否满足设计要求。
3. 电性能测试：此类测试主要检验集成电路在电方面的性能。
包括功耗测试、电压电流测试、输入输出电阻测试等。
4. 可靠性测试：此类测试主要检验集成电路在长时间或恶劣环境下的可靠性。
例如，温度循环测试、高温老化测试等，用于评估电路的可靠性和寿命。
在进行集成电路测试时，可以使用以下方法：1. 故障注入法：通过人为故障注入的方法，使得集成电路出现故障，然后利用测试仪器检测和定位故障点。
根据故障的类型和位置，可以进一步分析电路的故障原因。
2. 环境刺激法：通过改变环境条件，如温度、湿度、电压等参数，观察集成电路在不同环境下的性能变化。
这种方法可以评估电路在不同工作条件下的可靠性和性能。
3. 线路板测试法：将集成电路焊接在线路板上，然后对整个线路板进行测试。
通过测试线路板上的其他元件和连接方式，评估集成电路在实际应用环境中的性能。
4. 仿真测试法：利用电路仿真软件，对集成电路进行虚拟测试。
通过模拟电路的工作状态和信号传输，评估电路的性能和功能。
以上是对集成电路测试的分类和方法的概述，具体的测试方法和流程还需根据具体的电路类型和测试要求进行进一步的设计和实施。
跨导放大器的分析与设计(1)-清华大学模拟集成电路分析与设计
单级OTA
z 输出共模电平 不稳定
依赖于上下 两个电流镜 之间的电流 匹配程度
需要共模反 馈环路来稳 定输出共模 电平
差模半电路
跨导放大器的负载
z 低负载阻抗RL会大幅降低放大器的增益
RL可能是片外负载或来自反馈网络的负载效应
z 反馈系统的高精度要求放大器有高的增益
反馈网络采用高阻值电阻
M2的过驱动电压增加，输出端摆幅减小
z 减小噪声：减小Cgg1，提高M1的特征频率
常用积分公式
单级Cascode放大器
z 减小噪声：减小gm2（减小Cascode管的跨导效率）
M2的过驱动电压增加，输出端摆幅减小 减小gm2/gm1和Cx
两级放大器
推导过程见网 络学堂中上载 的阅读材料
z 降低噪声：增加Cc z 如果CL较小，β较大，第二级对噪声有较大贡献
z 右半平面零点将减小相位裕度
除非gm2>>βgm1
消除右半平面零点的影响
z 消除补偿电容Cc所引起的前馈通路
插入源极跟随器 插入共栅放大器
z 电阻与Miller电容串联
将零点频率推高到无穷远处 将零点移到左半平面，并与非主极点相消
消除右半平面零点：插入源极跟随器
z前馈支路由CC
M3
和Cgs3串联组成：
绝大多数集成放大器都 是OTA
电压控制电流源（VCCS） 高输出阻抗
不能驱动低的电阻性负 载
采用电容性反馈（如开 关电容电路）
提要
z 跨导放大器的基本概念 z 单级跨导放大器 z 两级OTA的基本特性 z 两级OTA的频率补偿：Miller补偿 z 反馈型OTA中的噪声 z 两级OTA的设计 z 阶跃响应：线性建立过程 z 阶跃响应：放大器中的压摆问题
集成电路设计工具与分析方法
集成电路设计工具与分析方法现代技术的进步改变了人们的生活方式，从家电到计算机、移动设备再到云计算，更为底层的一种技术则是“集成电路”。
集成电路是通过把各种电子元器件（如电容、电阻等）集成在单一的晶片上面，从而制造出具备特定功能的芯片。
在如此快节奏的时代里，集成电路飞速发展成为我们日常生活中必不可少的一部分。
如今，集成电路的设计越来越依赖计算机软件工具，这些工具使设计者能够更精确地设计和模拟电路功能，并在更短的时间内更快地实现产品上市。
本文将重点探讨在集成电路设计和分析方面常用的软件工具和方法。
一. 集成电路设计工具1. 电路设计自动化系统（EDA）EDA系统在集成电路设计过程中非常重要。
它是一个完整的计算机仿真设计平台，能够将电路的功能验证和设计注释相结合。
常用的EDA系统软件包包括Cadence、Mentor Graphics和Synopsys等，它们提供了从电路原理到过程设计的各个方面的支持。
EDA系统能够将模型库、原理图、模拟器和自动生成器等多种功能集成在一起，提供了完整的电路设计解决方案。
2. 模拟器模拟器是集成电路仿真过程的核心部分。
电路仿真是为了验证电路功能正常性以及检查它们是否符合最初的规格说明。
模拟器的作用是使用不同的仿真方法对电路进行检查，以找到设计缺陷和错误。
软件工具包括SPICE模拟器和分析器等。
3. 模型库模型库是电路仿真所使用的重要资源。
它包括本身的原理图、芯片规格和仿真器等。
模型库通常由芯片制造商提供，并根据芯片规格和电路的功能进行分类。
使用模型库可以大大加快电路仿真的速度，同时也可以确保仿真结果真实可靠。
芯片制造商如Intel和TSMC都提供了很多常见的元器件和芯片的模型库，供工程师使用。
二. 集成电路分析方法1. SPICE仿真SPICE仿真是最常用的一种集成电路分析方法。
SPICE 是“电流，电压和功率模拟器的通称”。
它是模拟不同电路的特性来查找问题和验证电路功能的基本工具，其仿真结果可以帮助电路设计人员改进设计，后期的市场产品制造和测试也可以极大地受益。
OTA基本应用电路
跨阻放大器即为跨导运算放大器（Operational TransimpedanceAmplifier ），简称为OTA 。
跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益为跨导。
跨导放大器是将电压输入信号放大，提供电流输出信号，是将一种线性电压控制的电流源。
跨导放大器的增益是输出电流与输入电压的比值，量纲为电导，单位为西门子（S ）。
由于决定增益的输出电流和输入电压不是在同一个节点测量的，而是分别在输出端和输入端测量的，因此称其增益为跨导，而称这种放大器为跨导型放大器。
理想跨导放大器的条件是输入和输出都为无穷大。
现在已经有跨导放大器的产品，例如CA3080和LM13600等等。
由于跨导放大器内部只有电压——电流变换级和电流传输级，没有电压增益级，因此没有大摆幅电压信号和米勒电容倍增效应，高频性能好。
大信号下的转换速率也高，同时电路结构简单，电源电压和功耗都比较低。
这些性能特点表明，在跨导放大器的电路中，电流模式部分起关键作用。
跨导运算放大器分为双极型和MOS 型两种，相对于双极型跨导运算放大器而言，CMOS 跨导运算放大器的增益值较低，增益可调范围小，但是它的输入阻抗高，功耗低，容易与其他电路结合实现全CMOS 集成系统。
跨导运算放大器的应用具有很大的灵活性，即可以通过改变偏置电流达到控制跨导的目的，控制方法简单可靠，易于实现编程控制。
其主要用途可以分为两方面。
一方面应用于各种线性和非线性模拟电路系统中进行信号运算和处理，如连续时间模拟滤波器设计；另一方面在电压信号变量和电流模拟信号处理系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变为电流信号，然后送入电流模式电路系统进行处理。
4．1 OTA 的基本概念OTA 是跨导运算放大器的简称，他是一种双极型集成工艺制作的通用标准部件，OTA 的符号如图4.1所示，他是有两个输入端，一个输出端，一个控制端。
符号上的“+”号表示同相输入端，“-”表示反相输入端，0I 是输出电流，B I 是偏置电流，即外部控制电流。
案例2-OTA 运算放大器的设计
简单运算放大器的设计1.运算放大器的电路设计图1所示是一个电容性负载的两级CMOS基本差分运算放大器。
其中P1为运算放大器的电流偏置电路，为了减小电源电压波动的影响，改偏置电路采用了在改进型威尔逊电流镜电路中又增加了一个电阻R1的结构；P2为运算放大器的第一级放大器；P3为运算放大器的第二级放大器。
为使运算放大器的工作稳定，在第一级放大器和第二级放大器之间采用补偿网络来消除第二个极点对低频放大倍数、单位增益带宽和相位裕度的影响。
在运算放大器的电路结构图中，M1、M2、M3、M4、M5构成PMOS对管作为差分输入对，NMOS电流镜作为输入对管负载，PMOS管M5作为尾电流源的标准基本差分运算放大器；M6、M7构成以PMOS管作为负载的NMOS共源放大器；M14（工作在线性区）和电容Cc 构成运算放大器的第一级和第二级放大器之间的补偿网络；M9~M13以及R1组成运算放大器的偏置电路。
运算放大器的设计指标如表1.其设计流程是：首先根据技术指标，手工估算电路中各晶体管的宽长比；然后在对其进行仿真；通过反复的仿真和修改各个晶体管的参数，进行电路参数的优化，最终达到设计要求的性能指标。
图1两级CMOS 基本差分运算放大器2. 运算放大器的手工计算从该运放设计所采用的工艺模型mm0355v.l 中查得以下工艺参数： Kn=179.8μA/V 2 Vthn=0.55V Kp=-63.8μA/V 2 |Vthp|=0.73V1）通过压摆率SR 求M5的漏极电流若米勒补偿电容Cc=2pF ，因为SR=I D5/Cc 。
要求SR>10V/μS ，假设SR=100V/μS,ID5为M5的漏极电流，则：ID5=SR×Cc=100 V/μS×2E -12=200μA 。
由于流过M5的电流为200μA ，则流过M1、M2、M3和M4的电流为200μA/2=100μA 。
2）通过MOS 管的饱和区和线性区的临界过驱动电压求M5的W/L 宽长比因为M5工作在饱和区，则V DS5≥(V GS5-|Vthp|),在线性区和饱和区的交界处P 2P 1P 3的临界过驱动电压V eff5=V DS5= V GS5-|Vthp|,则：2555)(2eff p DS V LW K I = 25552eff p D V K I L W =⎪⎭⎫⎝⎛ 若共模输出电压的最大值的要求为2.1V 。
集成电路测试原理及方法
集成电路测试原理及方法一、测试原理：1.组件级测试：集成电路是由多个组件和连线组成的，组件级测试主要是对每个组件的功能进行测试，以确保组件的正常工作。
这些组件可以是逻辑门、存储器、运算单元等，测试方法主要是通过输入不同的信号，观察输出是否符合预期结果。
2.系统级测试：系统级测试是对整个集成电路进行测试，将多个组件和连线连接在一起，模拟真实的工作环境进行测试。
系统级测试主要是验证整个电路是否能够正常工作，并满足设计要求。
测试方法主要是通过输入一系列的测试用例，观察输出结果是否符合预期。
3.可靠性测试：可靠性测试是为了评估集成电路的寿命和稳定性，测试电路在长时间运行和极端环境下的性能表现。
可靠性测试主要是通过对电路施加特定压力和环境条件，观察电路的响应和损坏情况，以评估其可靠性。
测试方法主要是通过加速老化、温度循环、湿度变化等方式进行测试。
二、测试方法：1.逻辑测试：逻辑测试是对逻辑功能进行测试，主要是验证电路的正确性。
逻辑测试方法主要有程序测试、仿真测试和扫描链测试等。
程序测试是通过编写测试程序，输入一系列的测试数据，观察输出结果是否符合预期。
仿真测试是通过建立电路模型，以软件仿真的方式进行测试，模拟电路的工作过程。
扫描链测试是通过引入扫描链，实现对电路内部状态的观测和控制，提高测试效率和覆盖率。
2.功能测试：功能测试是对电路的功能进行全面测试，以验证电路是否能够正常工作。
功能测试方法主要有输入/输出测试、边界测试和故障注入等。
输入/输出测试是通过输入一系列的测试用例，观察输出结果是否符合预期，以测试电路的输入和输出能力。
边界测试是在输入信号的边界值处进行测试，以验证电路在极端情况下的性能表现。
故障注入是通过在电路中注入故障，观察电路的响应和恢复情况，以评估其容错能力和可靠性。
3.性能测试：性能测试是对电路的性能进行评估和验证，以测试电路的性能指标是否满足设计要求。
性能测试方法主要有时序测试、信号完整性测试和功耗测试等。
套筒式共源共栅二级运算仿真
套筒式共源共栅二级运算仿真
套筒式共源共栅二级运算放大器是一种常见的电路结构，用于放大直流和交流信号。
它由两级放大器组成，第一级为共源放大器，第二级为共栅放大器。
为了进行仿真，需要使用电路仿真软件，如LTspice、CircuitLab等。
以下是套筒式共源共栅二级运算放大器的仿真步骤：
1. 画出电路图：根据套筒式共源共栅电路结构，使用电路设计软件画出该电路的拓扑结构。
确保包括所有的元件和相互连接。
2. 设置元件参数：根据实际使用的元件类型和规格，设置各个元件的参数，包括电阻、电容、晶体管的大小等。
3. 设置电源：设定电路的供电电压和接地。
4. 添加信号源：为电路添加输入信号源，可以是直流偏置电压和交流信号，也可以是脉冲信号等。
5. 添加被测电路点：添加需要测量的电路节点，以便后续进行电压和电流的测量。
6. 运行仿真：设置仿真参数，如仿真时间、步长等，并运行仿真。
7. 分析仿真结果：仿真完成后，分析仿真结果，包括输入输出电压波形，电流波形，增益等。
通过以上步骤进行仿真可以得到套筒式共源共栅二级运算放大器的电压增益、频率响应、非线性失真等性能参数。
根据仿真结果可以优化电路参数和结构设计，以达到所需的放大性能和稳定性。
canden二级运放OTA详细设计仿真
OTA基本应用电路
跨阻放大器即为跨导运算放大器（Operational TransimpedanceAmplifier ），简称为OTA 。
跨导放大器的输入信号是电压，输出信号是电流，增益为跨导。
跨导放大器是将电压输入信号放大，提供电流输出信号，是将一种线性电压控制的电流源。
跨导放大器的增益是输出电流与输入电压的比值，量纲为电导，单位为西门子（S ）。
由于决定增益的输出电流和输入电压不是在同一个节点测量的，而是分别在输出端和输入端测量的，因此称其增益为跨导，而称这种放大器为跨导型放大器。
理想跨导放大器的条件是输入和输出都为无穷大。
现在已经有跨导放大器的产品，例如CA3080和LM13600等等。
由于跨导放大器内部只有电压——电流变换级和电流传输级，没有电压增益级，因此没有大摆幅电压信号和米勒电容倍增效应，高频性能好。
大信号下的转换速率也高，同时电路结构简单，电源电压和功耗都比较低。
这些性能特点表明，在跨导放大器的电路中，电流模式部分起关键作用。
跨导运算放大器分为双极型和MOS 型两种，相对于双极型跨导运算放大器而言，CMOS 跨导运算放大器的增益值较低，增益可调范围小，但是它的输入阻抗高，功耗低，容易与其他电路结合实现全CMOS 集成系统。
跨导运算放大器的应用具有很大的灵活性，即可以通过改变偏置电流达到控制跨导的目的，控制方法简单可靠，易于实现编程控制。
其主要用途可以分为两方面。
一方面应用于各种线性和非线性模拟电路系统中进行信号运算和处理，如连续时间模拟滤波器设计；另一方面在电压信号变量和电流模拟信号处理系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变为电流信号，然后送入电流模式电路系统进行处理。
4．1 OTA 的基本概念OTA 是跨导运算放大器的简称，他是一种双极型集成工艺制作的通用标准部件，OTA 的符号如图4.1所示，他是有两个输入端，一个输出端，一个控制端。
符号上的“+”号表示同相输入端，“-”表示反相输入端，0I 是输出电流，B I 是偏置电流，即外部控制电流。
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两级OTA的分析方法1. 应用在电容反馈中的两级OTA
f
需要分析的问题:
a大信号分析:静态工作点、输出摆幅;
b小信号分析:环路增益的频率响应特性(低频环路增益、相位裕度与单位增益带宽、反馈环路的稳定性问题
及频率补偿、闭环增益及闭环-3dB带宽、噪声特性;
2. 涉及的关键知识点:
2.1 大信号分析:
M9/M0/M7/M8构成电流镜关系,各支路电流为:
2
M B
I I
=、
78
M M B
I I kI
==、
12340
1
2
M M M M M B
I I I I I I
=====
输出摆幅:将Vip、Vim设为输入共模电平VIC,设这时的输出共模电平为
VOC(即输出的静态工作点,通常由后面将介绍的共模反馈环路来设定,求使得输出某一支路上各晶体管均处于饱和区时输出电压的最大值和最小值,则单端摆幅为
omax omin
SW=2min(V-V,V-V
OC OC
差分摆幅为:
omax oc oc pmin
SW=4min(V-V,V-V
对于第一级的输出:
1max3,4
2
||(m
o f DD ovp
D ov
g
V V V
I V
=−=
1min 1,21,201,2o f IC GS ov IC ov GS V V V V V V V =−+≥+
对于第二级的输出:
2max ||o f DD ovp V V V =−、2min o f ovn V V =
2.2 小信号分析:小信号分析需要利用差模半电路,除去电路中的偏置电路,然后寻找电路中的对称轴,对称轴上的节点均为虚地点,取其中的一半电路进行分析
C f
M1
M2
M3
M4M5 M6
M7
M8
M0
M10
M9
差模半电路为:
od 2v c
C
将每一级均转化为带有内阻的受控电流源结构:
od 2
v f
其中,
11,213,41,225,65,672,8,,||,||m m o o o o o o m m G g R r r R r G g r ==== '1,215,61458,,x gg gg junction L L junction C C C C C C C C −−==+=+ 2.2.1 环路增益
利用Return Ratio 分析办法,频率补偿之前(即Cc 不存在时的环路增益为:
1122
12((1/(1/
m o m o G R G R T s s p s p β
=−−
其中,
f
f s x
C C C C β=
++、1111o p R C =−
、222
1o p R C =−。
而'
2(1L f C C C β=+− 由此可计算出低频环路增益,从而得到该反馈系统的静态误差:
01122
11
m o m o T G R G R εβ≈
= 计算该环路增益的单位增益带宽
1122
12|(|||1(1/(1/
m o m o c c c G R G R T j j p j p ωβ
ωω==−−
计算该环路增益的相位裕度
111
2
180(180tan (
tan (
c
c
c PM T j p p ωωω−−=°+∠=°−−−−
若两个极点分得很开,p 2大于单位增益带宽,则在单位增益带宽范围内,可认为该环路增益具有单级点系统特性。
如果低频增益足够高
11221||c m o m o G R G R p ωβ≈
1112
2
18090tan (
90tan (
||c
c
c PM p p p ωωω−−=°−°−=°−−−
2.2.2 频率补偿问题
若采用负载补偿,则仍认为Cc 不存在,让C1和负载补偿电容Cp 并联,这时第一级的输出节点引入主极点,传输函数仍可以用2.2.1中的公式,只是将C1换为如下值:
'11p C C C =+
根据相位裕度的要求可以求出补偿电容Cp 的大小。
若想将第二级的输出设为主极点,则应采用将负载补偿电容Cp 和CL 并联的办法,仍可以采用2.2.1节中的方程,注意这时的主极点出现在第二级的输出节点上。
若采用Miller 补偿,则在第二级输入和输出之间加入Cc ,这时的环路增益可以表示为:
1122
12(1/
((1/(1/
m o m o s z T s G R G R s p s p β−=−−
补偿后主极点为
1122112211
(o m o C o m o C
p R G R C C R G R C ≈−
≈−
⋅+⋅非主极点为:
2
2112
2
m c
G p C C C C C ≈−
++
零点为:
2
m c
G z C =+
单位增益带宽为:
相位裕度的表达式为: 111111
2
2
180tan [
]tan (
tan (
90tan (
tan (
c
c
c
c
c
PM p p z
p z
ωωωωω−−−−−=°−−−≈°−−
将补偿后极点和零点的表达式代入,可以得到一个关于C C 的方程:
由这个方程可以求解出特定相位裕度所要求的补偿电容C C 的大小。
消除零点影响的措施:(1与补偿电容C C 串联一个电阻来消除零点或者使得零点移到左半平面,与补偿后的第一非主极点相销;(2使用源极跟随器来切断前馈通路,消除零点;(3使用共栅晶体管来切断前馈通路;(4利用Cascode 器件减小前馈通路的馈通量
2.2.3 闭环增益特性
利用Return Ratio分析法来求解闭环增益特性(断开半电路中的一个受控源,按照Return Ratio的步骤求解
补偿后,闭环3dB带宽等于环路增益的单位增益带宽,即
2.2.4 噪声特性
由于反馈的存在,噪声分析很复杂,可参看网络学堂上附加的材料。