基于Spectre运算放大器的设计讲解

合集下载

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。

一种高带宽Pingpong自调零运算放大器

Applications 创新应用集成电路应用第 36 卷第 4 期（总第 307 期）2019 年 4 月 411 引言本文基于传统的多级运放结构，采用 Ping-pong 自调零技术降低了运放中的失调电压以及低频噪声。

不同于斩波技术对带宽的限制，采用 Ping-pong 结构与自调零技术结合的方式使得运放相比于传统运放在高精度下拥有大带宽的优势。

2 电路设计与分析2.1 Ping-pong 自调零电路的结构设计自调零电路的采用可以有效降低电路中的低频噪声以及失调电压，其电路结构如图 1 所示。

工作状态由开关 S1，S2，S3，S4 控制。

当 S1，S3 断开 S2，S4 闭合时，电路进入调零阶段，此时由于输入接地，G 1 的输出为电路噪声以及失调电压，并对 C 1 进行充能，使其存储噪声以及失调电压。

其传输函数公式表达如式（1）。

G c ＝V 1G 1R out ＋（V 2－V c ）G 2R out （1）充能结束后 S1，S3 闭合 S2，S4 断开，电路进入放大阶段[1]。

此时输入信号经过 G 1 进行放大，而 G 2 以及 C 1 则通过反馈储存的失调电压以及噪声信号至输出端从而抵消电路中的失调电压以及部分低频噪声。

其传输函数公式表达如式（2）。

V out ＝（V 1－V in ）G 1R out －V c G 2R out （2）上述可知，自调零电路通过半周期工作，半周期调零的方式有效降低了电路的失调电压以及低频噪声问题，其缺点在于工作模式使其只能工作于非连续系统当中。

故而需要结合 Ping-pong 结构使其能够应用于连续时间系统之中[2]。

即两条相同的支路并联各自工作半个周期以组成一个完整周期。

2.2 多级密勒补偿为了满足运放的相位裕度，防止其环路增益相移过大造成正反馈以致工作时震荡，所以多级运放一般采用多级密勒补偿技术也称巢式密勒补偿技术以确保电路工作时的稳定[3]。

其原理为多级运放电路的传输函数可以写为如式（3）。

运算放大器外部特性和含有运算放大器电路的分析基础知识讲解

Go GL ) ui
uo
un2
G1 Gf
Gf ( AGO
Gf ( AGO Gf ) Gf ) (G1 Gi Gf ) (Gf
Go GL ) ui
uo
G1 Gf
ui
Rf R1
ui
由理想运放构成的反相比例器：
i2 Rf
i1 R1 i- _
+ ui_
u-
+
u+ +
+ RL uo
_
“虚短”： u+ = u- =0， i1= uS/R1 i2= -uo /Rf
应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。
例
R1
+
+
u_1
R2
RL
u2
_
u2
R2 R1 R2
u1
R1
+
ui _
R2
_
+ +
+ RL _u2
u2
R2 R1 R2
u1
可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。
5. 积分器
iC C
iR R
i- _
+
u-
+
u_i
+
+ u_o
u-=0 i-=0
1. 反相比例器
Rf
R1 _ A
+ u_i
1
+
+
2
+
RL
uo _
Rf R1 1
+ ui_
Ri
+_u1ARu+1o_
2
+ RL uo

2.Spectre电路特性仿真

２义的财务风险。广义的财务风险是指在企业的各项财务．广
并配备相应的人员对财务风险进行预测、析、控，便及时发现分监以及化解风险，建立健全风险控制机制。另外，理结构和内控制度治弱化本身就是高风险的表现，因此，首先要完善公司治理结构，高提
机构或部门。将财务风险部分或全部转移给他人承担避免了企业独家承担风险损失而产生的财务风险。
险、高效益就显得具有十分重要的意义。提【键词】业；务风险；范关企财防
而蒙受损失的可能性。它从企业理财活动的全过程和财务的整体概念透视财务本质来界定财务风险的。在市场经理和内部审计。再次是财务和会计应该分设，单位分管领导分开，别设置管理中心，行其责。最后要充分发分各挥内部审计机构和人员的作用，好内部控制的评审和风险估计。搞
是指企业由于举债而给企业财务成果带来的不确定性。它存在于负债经营的企业，没有负债，企业经营的全部资本南投资者投入，不存则在财务风险。举债筹资一方面为满足投资需要、大规模、高收益扩提创造了前提条件；一方面也增加了按期还本付息的筹资负担。另

低噪声低功耗斩波运放的分析与设计

低噪声低功耗斩波运放的分析与设计李威;张兆浩;吴次南【摘要】CMOS运放的噪声尤其是低频1/f噪声会随着整体功耗的降低而急剧增加,针对传感器读出电路应用,文中在传统斩波运放的基础上设计了一个低噪声、低功耗的嵌套式斩波运算放大器.基于SMIC0.18μm工艺,通过Spectre仿真工具进行仿真与验证.高频斩波fchop,high)频率为500 kHz,低频斩波频率fchop,low)为2 kHz时的仿真结果表明,运放在100 Hz处的噪声功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)降为23 nV √Hz,总消耗电流14 μA,放大器的增益带宽积(GBw)为16.7 MHz,运放的电流效率(GBW/Itot)达到了1 193,该设计的整体性能与以往的设计相比具有一定优势.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)005【总页数】4页(P26-29)【关键词】嵌套式斩波;低噪声;低功耗;残余失调;放大器【作者】李威;张兆浩;吴次南【作者单位】贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TN72220世纪90年代以来互联网改变了世界,进入新世纪,学术界开始思考互联网的未来,于是便出现了“物联网”(Internet of Things,IOT)概念[1]。

在物联网中,传感器是物质世界和互联网的接口,是物联网的重要组成部分,所以物联网在最初也称为“传感网”。

随着传感器技术的发展,尤其是微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的发展,物联网同时也获得了更广阔的发展空间。

传感器接口电路是物联网概念中一项重要的研究内容。

一方面,若要长时间大规模地使用传感器网络,传感器接口电路必须有较低的功耗或有稳定的能量来源。

电路中的运算放大器设计与运算放大器技术

电路中的运算放大器设计与运算放大器技术电路中的运算放大器是一种应用广泛的电子设备，能够将输入信号放大并输出。

运算放大器的设计和技术在现代电子领域中起到了至关重要的作用。

在本文中，我们将探讨电路中的运算放大器设计及其技术细节。

首先，让我们来了解一下运算放大器的基本原理。

运算放大器是一种差模放大器，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。

它由多个晶体管和电阻器组成，能够将微弱的输入信号放大到较高的幅度。

运算放大器通常有一个非反相输入端和一个反相输入端，以及一个输出端。

在运算放大器的设计中，有几个关键的技术要点需要考虑。

首先是电源电压的选取。

电源电压的选择需要根据具体的应用场景和性能要求来确定。

较高的电源电压能够提供更高的增益，但也会增加功耗和散热的困难。

因此，在设计过程中需要综合考虑功耗、散热和性能之间的平衡。

其次，输入和输出电阻的匹配也是一个重要的设计考虑因素。

输入电阻越大，可以在电路中引入更小的干扰，从而提高信号的纯净度。

而输出电阻越小，可以更好地驱动后级负载，减小信号失真。

因此，设计中需要采用合适的电阻器来实现输入和输出电阻的匹配。

还有一个重要的设计技术是运算放大器的频率响应。

在实际应用中，运算放大器需要能够处理不同频率范围内的信号。

频率响应的设计包括选择合适的电容和电感来滤除高频和低频的干扰。

同时，设备还需要具备高增益的特性，以保证信号放大的一致性。

另外，运算放大器的负反馈技术也是电路设计中的重要一环。

通过负反馈技术，可以有效地控制放大器的增益和输出功率，提高电路的稳定性，并且减少非线性失真。

负反馈技术的运用需要合理选择反馈电阻和电容，以及设计合适的反馈网络。

除了以上几个关键技术点，电路中的运算放大器设计还需要考虑功耗、温度特性、尺寸和成本等方面的因素。

功耗的控制可以通过合理布局和选取低功耗元件来实现。

温度特性的设计需要选择合适的元件以保证仪器在不同温度下的可靠性。

对于尺寸和成本的考虑，需要根据实际需求选择合适的封装和材料。

Spectre仿真器在集成电路设计的应用

带宽 ( BW ) ADC × BW 积 ( GBW ) 相位裕度 (φm ) 输入/出阻抗 ( Zin,out ) 等效输入噪声 (Vneq )
无论是手工设计还是数值模拟，电路设计的目标都是确定上述参数。这样，在复杂的电路系统中，运算放大器单元就可以使是用于 Spectre 仿真分析的、经典结构的运算放大器。其中晶体管 M8 和 M9 构成电流参考源，它用于偏置放大电路。其他电路包括：由 M1 和 M2 组成的差分输入级，有源负载（M3 和 M4），电流源（M7）和反向输出级（M6，由 M5 提供电流源）和一个密勒效应
Spectre是一个非常重要的、不是直接由SPICE继承而来的电路仿真工具。经过多年作为 cdsSpice（Cadence公司早期的SPICE类仿真工具）仿真工具以外选项之后，Spectre已经完全被集成到Cadence的AMS设计环境之中，并作为仿真环境下标准的模拟电路仿真工具。它能够提供 SPICE仿真具有的直流（DC），小信号交流（AC）、瞬态（TRAN）标准分析功能，也能提供基于工艺参数的灵敏度（sensitivity）和蒙特卡洛（Monte Carlo）分析，基于电路拓扑（无源元件参数）的分析，以及其他重要的电路分析功能。
表 3 参数提取-仿真电路配置关系
参数
配置
分析功能
IR
Open Loop
OR
Vcom = 2.5V DC sweep of Vdiff
CMR
VTC Vout vs Vdiff
Follower
Voff
Follower
DC sweep of Vin VTC Vout vs Vin
Vin = 2.5V
Monte Carlo of Operating Point

运算放大器设计.ppt

40~8 仪表放 3.05
5
大器
8PDIP 精密,
0
50
0.5
12 0
5
8
9
0. 7
4. 5
36
/40~8
低功耗 USD 仪表放 4.95
5
大器
0.0 02
50+ 500/ G
5+2 0/G
12 0
5
8
9
PDIP- 精密低
0. ± ±2. 8/-
功耗仪 USD
7 18 25
40~8 表放大 3.05
7、低噪声运放电路噪声模型
手册已知OP的宽带噪声输入电压密度 ER R/8(nV/ Hz)
输入电流噪声密度
En(nV/ Hz)
给定电阻阻值。
计算按照上述方式的噪声电压
计算方法：1)找到EN
ENT ENEI ER 222
2）计算噪声电流在电阻上的噪声电压EI=INxR
3)计算电阻热噪声 E n
4 .2 n V /
Hz
1K R1 // R 2
1n V / 4nV
Hz
/
Hz
VOUT
E NT G N
1 3
V RM S
BW
4 .2 1 0 1
1000 H z
No Image
PDIP8/40~8 5
单电源, 微功耗, 仪表运算放大器
USD 2.10
0.0 02
250
3
83 25
பைடு நூலகம்
35
160
0. ± ±1. 18 18 35
PDIP8/40~8 5
微功耗仪表放大器
USD 1.40

基于Spectre运算放大器的设计讲解

《集成电路CAD》课程设计报告课题：基于Spectre运算放大器的设计一：课程设计目标及任务利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。

二：运算放大器概况运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示：图1.1运放示意图运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。

然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。

今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。

早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。

但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。

三：原理图的绘制及仿真3.1原理图的绘制首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下：图3.1电路原理图原理图中MOS管的参数如下表：Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbolM4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbolM5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM6 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol 另：图中所使用的电压源为5v3.2运算放大器的增益仿真首先绘制测试电路原理图如下：图3.2.1运算放大器增益仿真电路图图中包含运算放大器电路和偏置电路两部分。

如何设计和分析电子电路中的放大器

如何设计和分析电子电路中的放大器放大器在电子电路设计中起着至关重要的作用。

它们可以将输入信号放大到所需的幅度，并提供所需的功率输出。

设计和分析电子电路中的放大器需要一定的技巧和知识。

本文将介绍如何设计和分析电子电路中的放大器的一些基本原则和方法。

一、放大器的基本原理放大器是一种能够增加输入信号幅度的电路。

它由一个输入端、一个输出端和一个放大元件组成。

放大元件可以是晶体管、运放、功放等。

放大器的基本原理是利用放大元件的放大效应增加输入信号的幅度。

二、放大器的设计步骤设计一个电子电路中的放大器需要经过以下几个步骤：1. 确定放大器的类型根据实际需求和电路要求，确定放大器的类型。

常见的放大器类型包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。

2. 选择放大元件根据放大器的类型和要求，选择合适的放大元件。

不同的放大元件具有不同的特性和性能，需要根据具体情况进行选择。

3. 计算放大器的增益根据放大器的输入信号和输出信号，计算放大器的增益。

增益是衡量放大器放大效果的指标，可以通过计算输入信号幅度和输出信号幅度的比值来得到。

4. 确定电路参数根据放大器的增益和要求，确定放大器的电路参数。

例如，输入电阻、输出电阻、偏置电压等。

5. 进行电路仿真和优化利用电子电路仿真软件，进行放大器电路的仿真和优化。

通过调整电路参数和元件的选择，使放大器的性能达到预期要求。

三、放大器的分析方法在设计电子电路中的放大器时，需要对放大器进行分析。

以下是常用的放大器分析方法：1. 直流分析直流分析是对放大器在稳态工作条件下的性能进行分析。

通过计算偏置电压、电流等参数，可以确定放大器的静态工作点，以及偏置电路的稳定性。

2. 小信号分析小信号分析是对放大器在信号幅度较小的情况下的性能进行分析。

通过线性化放大器的非线性元件，可以得到放大器对小信号的响应特性，例如频率响应、输入输出阻抗等。

3. 非线性分析非线性分析是对放大器在大信号幅度的情况下的性能进行分析。

《运算放大器》课件

带宽与增益
根据电路的带宽和增益需求，选择适当带宽和增益的运算放大器。
输入与输出阻抗
考虑电路的输入和输出阻抗，选择合适的运算放大器以匹配阻抗。
电源电压与功耗
根据电源电压和功耗要求，选择合适的运算放大器以降低能耗。
运算放大器的使用注意事项
电源电压的稳定性
确保电源电压的稳定，避免因电源波动引起的电路性能不稳定。
闭环增益
总结词
闭环增益是指运算放大器在有反馈回路的情况下对输入信号的放大倍数。
详细描述
闭环增益是运算放大器实际应用中最重要的性能指标之一，它决定了放大器的输出信号与输入信号之间的关系。通过调整反馈回路，可以改变闭环增益，从而实现特定的输出信号。
带宽增益乘积
总结词
带宽增益乘积是衡量运算放大器频率响应的一个重要参数，它表示增益和带宽之间的乘积关系。
《运算放大器》PPT 课件
目录
CONTENTS
• 运算放大器概述 • 运算放大器的工作原理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的选择与使用 • 运算放大器的性能指标 • 运算放大器的设计实例
01 运算放大器概述
运算放大器的定义
01
运算放大器（简称运放）是一种具有高放大倍数的电路单元，其输出信号与输入信号之间存在一定的数学关系。
根据需求选择合适的放大倍数，调整输入和输出电阻的大小，以确保放大器的性能。
电路图
提供基于运算放大器的放大器电路图，包括输入、输出和反馈电阻等元件。
基于运算放大器的滤波器设计
滤波器
利用运算放大器和适当的反馈网络可以设计出各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
设计要点
根据滤波器的类型和性能要求，选择合适的反馈网络元件和运算放大器型号。

基于运算放大器设计电路

基于运算放大器设计电路运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种常见的电子元件，它能够对输入信号进行放大、滤波、积分等处理。

在电子电路设计中，基于运算放大器设计电路是一项重要的任务。

本文将介绍运算放大器的基本原理和设计方法，并以一个具体的电路设计案例加以说明。

首先，让我们来了解一下运算放大器的基本原理。

运算放大器一般由一个差分输入级、一个电压放大器和一个输出级组成。

它的输入端有一个非反相输入端（+）和一个反相输入端（-），输出端则与反相输入端相连。

当在非反相输入端加上一个正电压（V+）时，在反相输入端就会产生一个相等但与V+相反的负电压（V-），这个电压差将被放大并输出。

运算放大器具有高放大倍数、输入阻抗高、输出阻抗低等特点，使得它在电子电路中有着广泛的应用。

基于运算放大器设计电路时，首先需要明确电路实现的功能和需求。

例如，如果需要设计一个放大器电路，要求输入信号经过放大后输出，并能满足一定的增益和频率响应要求。

在这种情况下，我们可以选择一个合适的运算放大器芯片，并根据其参数来确定外围电路的设计。

在选择运算放大器芯片时，需要考虑输入电压范围、供电电压、增益带宽积等参数。

根据需求，如果需要放大带宽较高的信号，则需要选择增益带宽积较大的运算放大器。

进一步，我们可以根据电路设计的增益要求来确定运算放大器芯片的放大倍数。

接下来，根据所选运算放大器芯片的数据手册，我们可以找到相应的电路连接方式。

常见的连接方式有反相放大器、非反相放大器、仪表放大器等，根据具体需求选择合适的电路连接方式。

以反相放大器为例，该电路的输入信号与反相输入端相连，输出信号则取自反相输入端。

通过适当设置反馈电阻和输入电阻，可以调整放大倍数以满足设计要求。

此外，为了保证电路的稳定性和可靠性，还需要考虑功耗、温度特性、输入偏置电流等因素。

可以选择具有较低功耗和温漂的运算放大器芯片，并通过合适的设计来降低输入偏置电流对电路性能的影响。

低电压高速CMOS全差分运算放大器设计

低电压高速ＣＭＯＳ全差分运算放大器设计作者：阮颖来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：设计了一种低压高速CMOS全差分运算放大器。

该运放采用了折叠式共源共栅放大结构、连续时间共模反馈电路以及低压宽摆幅偏置电路，以实现在高稳定性下的高增益带宽、大输出摆幅。

在Cadence环境下,基于TSMC 0.25 μm CMOS 标准工艺模型,对电路进行了spectre仿真。

在2.5 V电源电压下，驱动1 pF负载时，开环增益71.6 dB，单位增益带宽501 MHz，功耗4.3 mW。

关键词：折叠共源共栅;全差分;共模反馈中图分类号：TN432 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-150-Design of a Low-Voltage and High Speed Fully Differential CMOS Op-Amp(Shanghai University of Electric Power,Shanghai,201300,China)Abstract：A low-voltage and high speed CMOS fully differential operational amplifier is designed.The operational amplifier based on the structure of folded cascade,a continuous time CMFB and a low-voltage and wide output swing bias circuit to obtain a high unity-gain bandwidth,a wide output-voltage swing.The operational amplifier is designed in a standard TSMC 0.25 μm CMOS process and simulated with spectre under Cadence environment.With a single 2.5 V power supply,the amplifier achieves a open-loop gain of 71.6 dB with a 501 MHz unity gain frequency and dissipats 4.3 MW power.Keywords：folded cascade;fully differential;CMFB;CMOS运算放大器（运放）作为数模转换器（ADC）、模数转换器（DAC）、开关电容滤波器、带隙电压基准源等电路系统的关键基本单元得到了广泛应用。

运算放大器设计过程

运算放大器设计过程1.引言1.1 概述在现代电子技术中，运算放大器是一种十分重要的电子器件。

它是一种特殊的放大器，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性，可用于放大电压、滤波、整流、积分、微分等各种信号处理任务。

运算放大器通常由一个差动放大器、一个输出级和一对电源引脚组成。

差动放大器是其核心部件，它能够将输入信号差分放大，使得运算放大器能够具有较高的增益。

运算放大器的设计过程包括确定设计需求、选择合适的工作参数、电路拓扑设计、电路分析与优化、性能验证等步骤。

在设计过程中，需考虑到放大器的增益、带宽、输入输出特性、稳定性以及功耗等方面的要求。

设计运算放大器的过程需要深入理解电子器件的特性和原理，合理选择器件参数和电路结构，进行详尽的电路分析和性能验证。

在实际操作中，设计过程可能会遇到一些挑战，如噪声、零点漂移、温度漂移等问题。

因此，设计者需要运用各种分析工具和技巧，充分考虑这些影响因素，以确保设计的运算放大器能够满足实际应用的需求。

本文将深入探讨运算放大器的设计过程，包括设计需求的确定、设计步骤的规划以及最终的性能验证。

通过系统地介绍每个步骤的要点和注意事项，以及面临的常见问题及其解决方法，旨在帮助读者深入理解和掌握运算放大器的设计原理与方法，并能够应用于实际工程中。

1.2 文章结构文章结构是指文章的组织和框架，以便读者可以清晰地阅读和理解文章的内容。

本文的文章结构主要包括引言、正文和结论三个部分。

首先，引言部分将为读者介绍本文要讨论的主题——运算放大器设计过程。

在引言的概述中，会简要介绍运算放大器的定义和作用，以及设计过程的重要性和应用领域。

接下来，文章会介绍整篇文章的结构，以让读者了解接下来的内容安排。

最后，引言的目的是明确本文的写作目标，即为读者提供关于运算放大器设计过程的全面了解。

接下来是正文部分，该部分详细介绍了运算放大器设计过程的要求和步骤。

在设计需求的部分，文章将介绍运算放大器设计的目标和特点，以及设计过程中需要考虑的因素。

两级CMOS运算放大器的设计与spectrum仿真

LAB2 两级CMOS 运算放大器的设计V SSvoutiref图 1两级CMOS 运算放大器一：基本目标：参照《CMOS 模拟集成电路设计第二版》p223.例6.3-1设计一个CMOS 两级放大器，满足以下指标：5000/(74)v A V V db = 2.5DD V V = 2.5SS V V =-5GB MHz = 10L C pF = 10/SR V s μ>out V V ±范围=2 1~2ICMR V =- 2diss P mW ≤相位裕度：60为什么要使用两级放大器，两级放大器的优点：单级放大器输出对管产生的小信号电流直接流过输出阻抗，因此单级电路增益被抑制在输出对管的跨导与输出阻抗的乘积。

在单级放大器中，增益是与输出摆幅是相矛盾的。

要想得到大的增益我们可以采用共源共栅结构来极大地提高输出阻抗的值，但是共源共栅结构中堆叠的MOS 管不可避免地减少了输出电压的范围。

因为多一层管子就要至少多增加一个管子的过驱动电压。

这样在共源共栅结构的增益与输出电压范围相矛盾。

为了缓解这种矛盾引进了两级运放，在两极运放中将这两点各在不同级实现。

如本文讨论的两级运放，大的增益靠第一级与第二级相级联而组成，而大的输出电压范围靠第二级这个共源放大器来获得。

表1 典型的无缓冲CMOS 运算放大器特性二：两级放大电路的电路分析：图1中有多个电流镜结构，M5,M8组成电流镜，流过M1的电流与流过M2电流1,23,45/2d d d I I I ==，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的结构使得在x ，y 两点的电压在Vin 的共模输入范围内不随着Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。

图1所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。

表2 0.5m μ工艺库提供的模型参数表3 一些常用的物理常数利用表2、表3中的参数/OX ox ox C t ε=0oxK C μ'=计算得到2110/NK A V μ'≅ 262/PK A V μ'≅ 第一级差分放大器的电压增益为：1124m v ds ds g A g g -=+ （1）第二极共源放大器的电压增益为6267m v ds ds g A g g -=+ （2）所以二级放大器的总的电压增益为16261224675246672()()m m m m v v v ds ds ds ds g g g g A A A g g g g I I λλλλ===++++ （3）相位裕量有111121180tan ()tan ()tan ()60M GB GB GB p p z ---Φ=±---=要求60°的相位裕量，假设RHP 零点高于10GB 以上11102tan ()tan ()tan (0.1)120v GBA p ---++= 102tan ()24.3GBp -= 所以2 2.2p GB ≥ 即622.2()m m L cg gC C > 由于要求60的相位裕量，所以626210()10m m m m c cg gg g C C >⇒> 可得到 2.20.2210Lc L C C C >==2.2pF 因此由补偿电容最小值2.2pF ，为了获得足够的相位裕量我们可以选定Cc=3pF 考虑共模输入范围：在最大输入情况下，考虑M1处在饱和区，有3131(max)(max)DD SG n IC n TN IC DD SG TN V V V V V V V V V V --≥--⇒≤-+ （4）在最小输入情况下，考虑M5处在饱和区，有1515(min)(min)IC SS GS Dsat IC SS GS Dsat V V V V V V V V --≥⇒≤++ （5）而电路的一些基本指标有11m v Cg p A C =-（6） 62m Lg p C =-（7） 61m Cg z C =（8） 1m Cg GB C =（9） CMR:正的CMR in31()()DD T T V V V +（最大）=V 最大最小 (10)负的CMR in15()()SS T DS V V V ++（最小）=V 最大饱和(12)由电路的压摆率5d CI SR C =得到 5d I =(3*10-12)()10*106)=30μA(为了一定的裕度，我们取40iref A μ=。

集成电路_Spice,Spectre仿真总结

集成电路_Spice,Spectre仿真总结集成电路_Spice,Spectre仿真总结Designers-Guide to Spice and Spectre 1995 USA Designers-Guide to Spice a nd Spectre — Ken Kundert 11.1 绪论 1. 为什么要读这本书①该书是介于算法和教你如何操作软件之间的一本书可以帮助你更好的使用Simulator的设置。

② Simulator仿出的结果可靠不精确不是否收敛应该如何处理如何设置③读完这本书你应该会 1 Simulator如何计算结果 2 Simulator 会产生何种错误如何识别 3 如何提高仿真精度 4 如何克服不收敛的情况 5 对于一些特殊电路会产生什么错误如何识别 6 明白仿真器里设置convergenceerror control的一些重要参数 7 能知道仿真器的错误信息出在什么地方如何解决2. 电路仿真软件的发展历史①直接方法求出电路的微分方程组用数值积分方法差分化然后用牛顿迭代法求解非线性代数方程组。

?是最准确可靠最通用的方法② Explicit integration methods ?方法问题很多③ relaxiton methods ?方法问题很多 3. Spice Options ① Global Options: Abstol控制电流默认为1pA Vntol控制电压默认为1uV Reltol相对误差对于牛顿收敛准则和截断误差准则同时起作用默认10-3对于重要电路这个应该设置小一些比如说10-5或者10-6Gmin防止非线性器件关断后的浮空节点默认为10-12 Ω-1LimptsPivrelPivtol无用处② DC Analysis Options: ltl1DC工作点最大牛顿迭代次数默认100 ltl2DC Sweep最大牛顿迭代次数默认50 ltl6Source Stepping的最大步长数增加以上3个值可以增加DC牛顿迭代收敛但是会降低速度。

一种运算放大器电路设计

一种运算放大器电路设计如何设计一种运算放大器电路。

一、简介运算放大器（operational amplifier，简称Op-Amp）是一种高增益、直流耦合的差分放大器电路。

它是现代电子设备中的关键组件，被广泛应用于信号放大、滤波、波形整形、模拟运算等领域。

本文将针对一种运算放大器电路的设计进行详细介绍和解析。

二、电路要求我们需要设计一种运算放大器电路，满足以下要求：1. 输入电压范围：±10V2. 增益：1000V/V3. 输入电阻：1MΩ4. 输出电阻：100Ω三、电路设计步骤1. 选择适当的运放芯片根据设计要求，我们需要选择一个适用的运放芯片。

常见的运放芯片有LM741、TL071等。

由于输入电压范围较大，我们选择TL071芯片。

2. 输入电路设计根据要求，输入电路的输入电阻应为1MΩ。

为了满足这一要求，我们以非反相输入端为例，设计一个基准电位器电路。

将电位器连接到非反相输入端，电位器两端接地，调节电位器的滑动片位置，使得输入电阻等于1MΩ。

3. 反相输入端接地运放电路的反相输入端非常接近地电位，即大部分情况下可以视作接地。

因此，将反相输入端接地的设计可以简化电路结构，提高整体稳定性。

4. 反馈电阻设计根据增益的要求，我们可以选择一个合适的反馈电阻。

根据运放的运算放大性质，我们可以利用反馈电阻来控制放大倍数。

根据增益公式A = -Rf/R1，我们可以选择Rf=100kΩ，R1=100Ω。

5. 输出电阻设计根据要求，输出电阻应为100Ω。

由于运放的输出电阻较小，一般远小于要求的输出电阻，因此无需特别设计输出电阻。

6. 供电电源设计运算放大器的工作电源一般为双极性直流电源。

根据芯片规格书，我们可以选择±12V的双极电源供电。

7. 连接线和电源线的布线一般情况下，要求输入电缆、反馈电缆和功率电缆分开布线，以避免相互干扰。

四、测试与验证完成电路设计后，我们需要进行测试和验证。

首先，我们可以将输入信号接入电路，观察输出信号的放大倍数是否符合设计要求。

模拟电子技术基础知识射频放大器的设计与优化

模拟电子技术基础知识射频放大器的设计与优化射频放大器是模拟电子技术领域中的重要部分，广泛应用于无线通信、广播电视、雷达和无线电等领域。

它的设计和优化对于确保信号质量和系统性能至关重要。

本文将介绍射频放大器的设计原理、优化方法和常见技术指标。

一、射频放大器的设计原理1.1 基本结构射频放大器通常采用三极管或场效应管作为放大器元件，具有输入端、输出端和偏置电源。

输入信号通过输入端进入放大器，经过放大后从输出端输出。

偏置电源用于提供放大器工作所需的直流偏置电压。

1.2 工作原理射频放大器的基本工作原理是将输入信号经过放大器放大，同时保持信号的稳定和准确。

输入信号在放大器中被放大后，输出信号的幅值、频率和相位应满足设计要求。

1.3 关键参数射频放大器的关键参数包括功率增益、输入输出阻抗匹配、线性度、带宽和噪声系数等。

功率增益表示输入信号经放大后的增益；输入输出阻抗匹配是指输入输出端口的阻抗与信号源、负载的匹配程度；线性度表示放大器工作时输出信号的非线性失真程度；带宽表示放大器能够传输的频率范围；噪声系数表示输入信号被放大器引入的噪声程度。

二、射频放大器的设计方法2.1 原则射频放大器的设计需要考虑电路的稳定性、线性度和功率等方面的要求。

设计过程中需要根据实际应用场景和系统需求进行选择。

2.2 设计流程射频放大器的设计流程通常包括以下几个步骤：（1）确定射频放大器应用场景和系统要求；（2）选择合适的放大器元件，如三极管或场效应管；（3）根据系统要求和元件参数进行电路设计；（4）进行仿真和优化，确保设计的性能满足要求；（5）进行实际电路的搭建和测试，验证设计结果。

三、射频放大器的优化方法3.1 增益平坦度优化射频放大器在整个工作频率范围内应保持稳定的增益特性。

为了达到增益平坦度优化，可采取以下措施：（1）选择合适的放大器元件和电路拓扑结构；（2）设计合理的负载网络，提高电路的稳定性和线性度；（3）采用反馈网络进行频率响应的校正。