基于鋁柵工藝的CMOS高溫運(yùn)算放大器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái),隨著科技水平的不斷提高,工業(yè)生產(chǎn)能力的較快發(fā)展,集成電路的使用越來(lái)越廣泛,在一些較為特殊的領(lǐng)域,使用集成電路的環(huán)境溫度越來(lái)越高,這就對(duì)集成電路的工作環(huán)境溫度也有了較高的要求,因此耐高溫集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)正逐漸成為研究熱點(diǎn)。隨著工作環(huán)境溫度的不斷升高,CMOS運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓增大,當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)150℃時(shí),PN結(jié)的泄漏電流的主要成分改變?yōu)榉聪鄶U(kuò)散電流,并且隨著溫度上升急劇增加,高溫下的值較大,從而致使 CMOS運(yùn)算放大器的直流特

2、性和交流特性惡化,導(dǎo)致CMOS運(yùn)算放大器在高溫環(huán)境下工作異常。
　　本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的高溫模擬電路技術(shù)做了廣泛的調(diào)查與研究,對(duì)這些技術(shù)的基礎(chǔ)模型、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了研究分析,將理論分析與這些技術(shù)成果相結(jié)合,根據(jù)高溫模擬電路的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)了一個(gè)可以在200℃環(huán)境溫度下正常工作的二級(jí)CMOS模擬運(yùn)算放大器。
　　為了實(shí)現(xiàn)電路較強(qiáng)的抗干擾能力,減小電路的失調(diào)電壓以及溫漂,采用差分放大電路實(shí)現(xiàn)高溫 CMOS運(yùn)算放大器的輸入級(jí);中間級(jí)

3、也是增益級(jí),采用寬擺幅的共源共柵結(jié)構(gòu);為了使 CMOS運(yùn)算放大器在高溫時(shí)工作狀態(tài)穩(wěn)定,要求該電路工作在零溫度系數(shù)點(diǎn),所以偏置電路的設(shè)計(jì)尤為重要;為了使電路的帶載能力提高,較低的輸出阻抗和良好的頻率響應(yīng)特性,采用源極跟隨器作為輸出級(jí),并采用密勒補(bǔ)償電路對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
　　按照國(guó)內(nèi)某流片廠家6μm,30V鋁柵工藝提供的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)該電路進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì),采用 Spectre仿真工具對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真。在該流片廠

4、家完成流片并完成相關(guān)測(cè)試。在環(huán)境溫度200℃、VCC=5V、VEE=0V的單電源電壓條件下對(duì)電路主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示:直流開(kāi)環(huán)增益達(dá)到80dB,相位裕度為55度,單位增益帶寬典型值為1.5MHZ,失調(diào)電壓為0.8 mv,溫度漂移為3μv/DC。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)分析表明:本文所設(shè)計(jì)高溫 CMOS模擬運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。
　　此次設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器可用于石油探測(cè)領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)等相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)備中