cmos 运放的设计和几何规划优化方法研究

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1、CMOS运放的设计和几何规划优化方法研究目录摘要··········································2第一章绪论··································2第二章两级运算放大器§2.1电路及设计指标······················3§2.2性能参数与约束条件的简略分析·········4第三章手工设计及仿真结果§3.1手工计算···························10§3.2结合HSPICE模拟调整参数值··········13§3.3运放的仿真测试结果··················14第四章几何规划

2、(GP)优化方法设计运放§4.1GPCAD简介·························18§4.2几何规划优化设计····················19§4.3Mosek标准格式的公式整理·············22§4.4优化结果····························29§4.5设计不足与讨论······················31附录··········································32参考文献······································35致谢·················

3、·························351CMOS运放的设计和几何规划优化方法研究摘要随着SOC、混合信号集成电路的发展，作为数字芯片与外部世界的接口电路——模拟集成电路的设计变得越来越重要。但随着电路复杂性的不断提高以及设计周期的限制，一直以来采用的以经验为主的设计方法已经越来越不能适应集成电路产业的高速发展，本文就介绍了一种采用数学最优化方法——GeometricProgramming(几何规划)对两级运放的设计进行优化的方法。通常情况下，我们采用手工计算与SPICE仿真相结合的方法来设计运放。但在这个过程中，有些参数的选取完全就要靠设计者的经验，因而最终得到的结果往往只是

4、局部的最优解。而几何规划（GP）方法是根据设计要求，通过运放设计的一般步骤，得到需要优化的目标函数以及它的一系列约束不等式、约束等式，然后将它们转化成一个几何规划问题，最后采用数学优化求解方法求得一个全局最优解。关键词：模拟集成电路CAD、运算放大器、GeometricProgramming、几何规划优化第一章绪论随着集成电路的发展，电路设计已经与EDA工具密不可分。在数字集成电路的设计领域，逻辑综合与自动布局布线的设计方法已经非常成熟；然而到目前为止，仍然没有一个成熟的模拟电路CAD解决方案。在研究领域，许多学者提出了各种各样的优化算法，致力于解决模拟电路的自动综合技术。Geometric

5、Programming（几何规划）优化设计方法就是其中的一种。该优化方法的基本思想是把模拟电路的性能指标转化成数学程序，从而运用数学方法来解决其电路最优配置问题。由于运放在SOC、大规模混合集成电路等中的应用极其广泛，在不同的使用场合需要不同的性能要求，若使用手工设计与SPICE仿真相结合的方法，就不得不对每一个具体的性能指标都从头开始设计，不仅费时、费力，还不一定能够得到最优的设计结果；而采用几何规划优化的设计方法，则只需将变动的性能指标带入程序，就可以方便、快速地得到最优的设计方案，从而实现了“复用”设计。本文结构方面是如下安排的。第二章给出一种ULSI中常用的两级运放的电路及要求达到的

6、性能指标，并对其设计原理进行一些简单的分析与介绍。第三章运用手工计算与SPICE仿真相结合的方法对该运放的参数进行设计并给出仿真结果。第四章运用GP优化的方法对该运放参数进行设计，并将仿真结果与第三部分的仿真结果进行分析比较。最后在附录中列出了设计与模拟过程中用到的模型。2CMOS运放的设计和几何规划优化方法研究第二章两级运算放大器§2.1电路结构及设计指标VDDM9M8M5M7CCM10M11M1M2M14Vin1Vin2CLM12M13M3M4M6RBGND图2.1两级运算放大器上图为广泛用于模拟ULSI中的一种两级运算放大器的电路图。它包括一个差分输入级，一个驱动负载电容CL的共源放大

7、级，和一个稳定跨导偏置电流电路。因为该运放往往作为模拟集成电路中的一个子电路，因此负载电容CL往往是几个皮法，故省去了输出驱动级。其中正电源电压VDD取5V，负电源电压VSS取0V。该运放所要求达到的性能指标如下：●管子长度≥0.8μm●管子宽度≥1μm●面积≤10000μm2●负载电容=3pF●共模输入电压固定在（VDD+VSS）/2●输出动态范围[0.1(VDD-VSS),0.9(VDD-VSS)]●静态