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Si单片高精度低失调运算放大器的研制

作　者: 余佳
导　师: 杨谟华
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 高精度低失调基流自举补偿技术偏置微调技术同质心几何布局
分类号: TN722.77
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 301次
引　用: 2次
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内容摘要

随着集成电路的发展,对测试的要求越来越高,这就需要更加精密的仪器,而高精度运放在这个领域中扮演着重要的角色。本文基于运算放大器基本设计原理,成功研制出一种单片高精度低失调运算放大器。该放大器具有高的直流开环增益（125dB）,高的共模抑制比（120 dB）,低的失调电压（270μv）,低的偏置电流（2.5nA）。这些指标都比通用运放至少高一个数量级以上。之所以能取得上述指标,首先,在电路设计上,采用了三级放大结构,提高了放大器的增益;同时考虑了输入级的设计,采用基流自举补偿技术和偏置微调技术来分别降低偏置电流和失调电压。其次,在版图设计中,一方面输入差分对管采用了同质心的几何布局方式,并远离热输出端,从而降低输出级对输入级的热反馈的影响。另一方面通过增大输入管发射极面积和电阻条宽,从而减小失配。需要说明的是在工艺设计上,由于在该电路中用到四个较大的电容,采用了Si₃N₄和SiO₂ 双层介质膜做电容介质,节约芯片面积约50%。全电路采用重庆24 所2 微米双极工艺模型,利用Hspice 工具进行模拟。模拟时,重点考虑了增益和失调电压等关键参数。进而采用Cadenc 下的Vituoso Layout Editor 工具进行了版图设计,在设计中考虑到工艺的稳定性和可行性,分别设计了四种不同的情况。版图的验证即DRC 和LVS 则采用Diva 工具。流片后的裸片在探针台上进行了功能测试,测试结果表明芯片的成品率达到了95%以上。采用DIP 形式封装后的成品在测试平台上完成了性能测试。主要测试了在三温（常温25℃,高温125℃,低温-55℃）的各种指标,测试的结果显示电路在±3V～±18V 之间均能正常工作,指标完全达到了设计的要求。

全文目录

第一章概述  8-11
  1.1 运算放大器的发展状况  8-9
  1.2 高精度低失调运算放大器的发展概述  9-10
  1.3 设计安排  10-11
第二章设计要求  11-13
  2.1 运放设计参数要求  11
  2.2 电路结构要求  11-12
  2.3 版图设计要求  12-13
第三章运放的分析与设计  13-30
  3.1 集成运算放大器的参数  13-17
  3.2 运算放大器的设计和分析  17-30
    3.2.1 输入级电路设计  18-24
    3.2.2 中间级末前级输出级电路设计  24-25
    3.2.3 小电流恒流源设计  25-26
    3.2.4 保护电路设计  26-30
第四章运放的电路模拟仿真  30-35
  4.1 直流扫描  30-31
  4.2 交流小信号分析  31-32
  4.3 小信号共模放大特性  32
  4.4 瞬态分析  32-34
  4.5 直流传输函数和输入、输出阻抗计算  34
  4.6 电路功耗计算  34-35
第五章工艺和版图设计  35-46
  5.1 系统版图设计  35-38
    5.1.1 输入级版图设计  35-37
    5.1.2 输出级版图设计  37-38
  5.2 单管设计  38-44
    5.2.1 npn 管设计  38-39
    5.2.2 横向pnp 管设计  39-41
    5.2.3 纵向 pnp 管(衬底 pnp)设计  41-42
    5.2.4 二极管设计  42-43
    5.2.5 电阻设计  43-44
  5.3 DRC 和 LVS  44
    5.3.1 DRC  44
    5.3.2 LVS  44
  5.4 掩模版次  44-46
第六章封装及测试  46-49
  6.1 封装  46-47
  6.2 测试  47-49
第七章结论  49-50
附录一电路网表文件  50-55
附录二 DRC 规则检查文件  55-58
附录三高精度低失调运算放大器版图  58-59
附录四管芯封装后的样品实图  59-60
参考文献  60-62
致谢  62-63
个人简历  63

Si单片高精度低失调运算放大器的研制

内容摘要

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