开题报告-低噪声高增益CMOS运算放大器的设计与仿真

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1、中北大学毕业设计开题报告学生姓名：孙嘉伟学号：1206024123学院：仪器与电子学院专业：微电子科学与工程设计（论文）题低噪声高增益CMOS运算放大器的设目:计与仿真指导教师：生兰2015年门月15日毕业设计开题报告1.结合毕业设计课题情况，根据所査阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一.研究背景及意义在晶体三极管时代，对于AB类运算放大器性能的研究主要集屮在降低功耗、降低电源电压和减小版图尺寸等方面，噪声同样是影响运算放大器性能的相关指标山。随着MOS晶体管的诞牛及CMOS工艺的发展，CMOS工艺越来越要求低

2、功耗、低电源和高集成度，然而随着MOS晶体管尺寸的减小信号，幅度的降低，芯片的发热量对电路的影响变得很大，MOS晶体管会给电路带来很大的噪声，器件中的闪烁噪声随着栅极长度的减小会巨幅增加是最为严重的⑵。因此，在很多应用领域降低噪声成为衡量运放性能的主要指标之一。例如，CMOS前端无线收发器，在光电探测领域和光纤通讯领域中，光敏探测器的输出信号可能只有几十毫伏甚至低至几毫伏，在通信工程中，由于决定信一噪比高低的主要因素是前端低噪声放大器，所以降低电路的低频噪声显得尤为重要⑶。在这些环境中的集成电路必须具有非常低的噪声才能使输出信号

3、变得稳定，因此对处理小信号的运算放大器提出了很高的噪声要求。实际上这些小信号运放的内部运算放大器性能很大程度上受到内部噪声的影响，甚至成为其性能突破的关键要素。近年来，随着个人通讯和数据处理的迅速发展，尤其是笔记本电脑、移动通信等便携式设备的普及和普遍使用电池供电，低功耗成为电子产品，尤其是便携式电子产品的主要竞争指标。AB类运算放大器是许多模拟及数模混合SOC系统的一个基本电路单元，低功耗、高性能的AB类运算放大器已成为提高系统性能的关键部件。与此同时，随着工艺尺寸和电源电压的不断降低，普通运算放大器大概能实现50-60dB的

4、直流增益。而一些高精度A/D要求放大器的直流增益1OOdB,两级放大器虽然能实现较高的增益，但其功耗太大，并且速度也很难满足要求。这样增益增强技术应运而生。由此随着集成技术的发展，对AB类运算放大器的性能提岀高增益、高速度、低功耗、宽频带、高效率、宽摆幅、低噪声等高要求。要解决这些问题，就要求在这类产品的内部电路结构、器件、材料以及工艺等多方而进行研究，这是一个非常广泛的课题。在电路结构研究方面，AB类运算放大器作为模拟IC屮一个最重要的基本屯路单元是首先必须考虑的。它是构成开关电容滤波器、信号放大器和输入/输出缓冲器等模拟电路

5、的模块，在模拟运算、信号处理、模数和数模转换器等许多方面有着广泛的应用⑷。从市场需求来看，根据不同的应用主要分为通用型、低电压/低耗型、高速型、高精度四大类产品。一般而言，通用运算放大器的应用最广，几乎任何需要添加简单设备、视频系统以及测试、测量仪表等产品屮都离不开运放：低压/低功耗运放主要面向手机等以电池供电的便携式电子产品：高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控制系统等。这些系统的性能很大程度上都受到内部的运算放大器性能的影响。因此，必须研究AB类运算放大器的基本结构，对内部结构进行分析，对电路的性能研究分析，设

6、计出性能更优越的AB类运算放大屯路，对提升系统的各方面性能具有重要意义。本设计就是在此背景下对高增益、低噪声、低功耗运放展开研究。设计研究的目的在于如何在设计AB类运算放大器的过程中增加增益、降低其自身的噪声、减少自身功耗。一.MOS器件的结构和基本特性在现代的IC工业中，必须充分地掌握半导体器件的知识。而这一点对于模拟电路的设计比对数字电路更为重要，因为在模拟电路设计中，我们不能把晶体管等效为一个简单的开关，晶体管的许多二级效应直接影响其性能。而且，因为IC技术的未带更新都使器件尺寸按比例缩小，所以这些效应就变得更加重耍了。由

7、于设计者往往必须确定哪种效应在给定的电路屮可以忽略，因此，深入了解器件的工作情况被证明是非常有价值的側。1.MOS管的结构和I-V特性如图2.1所示为典型的N沟增强型MOS管的剖面图。栅p型衬底氧化层丿勾道厂N+耗尽层图2.1NMOS管剖面图MOS管的输出特性是指在栅源电压一定的情况下，漏极电流与漏源电压之间的关系，即如图2.2所示为NMOS管的输出特性。因为是预夹断的临界条件，据此可在输出特性上画出预夹断轨迹，如图2.2中左边的虚线所示。Vds/V5101520图2.2MOS管输出特性如不考虑二级效应，NMOS管导通时的饱和方

8、程是:W1rId=—(Vgs—fWds—q=Kn.2(0s-Wds~~根据图2.2所示曲线，可把NMOS管的工作状态分为以下四个区域:(1)截止区当Vgs