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西南大学本科毕业论文（设计）

目 录

摘要 ................................................................... 3 Abstract ................................................................ 4 0 文献综述 ............................................................ 5

0.1 集成电路概述 ................................................... 5 0.2 集成电路的发展 ................................................. 5 0.3 集成电路应用领域 ............................................... 6 0.4 CMOS集成电路 ................................................ 9 0.5 运算放大器 ..................................................... 9 0.6 CMOS运算放大器 ............................................. 10 1 引言 ............................................................... 11

1.1 运算放大器简介 ................................................ 11 1.2 本文研究内容 .................................................. 12 2 CMOS运算放大器 ................................................... 12

2.1 CMOS运算放大器简介 .......................................... 12 2.2 CMOS运算放大器的设计流程 .................................... 13 3 CMOS运算放大器电路设计 ........................................... 14

3.1 电路的PSpice模拟及理论计算 ................................... 14 3.2 电路结构分析及参数调试 ........................................ 15 3.3 电路仿真 ...................................................... 15 4 CMOS 运算放大器版图设计 .......................................... 25

4.1 版图设计流程 ................................................... 25 4.2 工艺设计规则 ................................................... 26 4.3 单元器件的绘制——图元 ......................................... 27 4.4 CMOS放大器的版图设计 ........................................ 31 4.5 T-Spice仿真 ................................................... 34 5 总结 ............................................................... 38

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参考文献 .............................................................. 39 致谢 .................................................................. 41

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CMOS运算放大器

黄海滨

西南大学工程技术学院，重庆 400715

摘要：CMOS全称Complementary Metal Oxide Semiconductor,即互补金属氧化物半导体，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。CMOS加工工艺使得电路拥有低功耗的特点，由于CMOS中一堆MOS组成的门电路在电路工作的瞬间要么是NMOS导通、要么是PMOS导通、要么都截止，因此效率很高，功耗很低。

CMOS运算放大器由于具有可靠性高、成本低廉、调试方便，在电子电路的各个领域中应用都相当广泛，当今99%的数字系统采用CMOS工艺实现。因此CMOS运放成为了研究热点。

本文着重论述CMOS运算放大器的设计与仿真，论文中主要研究了以下几方面的关键问题：一、CMOS运算放大器的电路结构；二、CMOS运算放大器的电路参数；三、CMOS运算放大器的L-Edit仿真。

本人对CMOS运放电路采用了pspice软件设计电路结构，计算并调试参数、最后采用了L-Edit软件绘制了版图。

关键词：CMOS、运算放大器、电路模拟、版图设计。

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The CMOS operational amplifier

Huang Haibin

College of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China

Abstract: The full name of CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor, which is complementary metal oxide semiconductor, is a large-scale integrated circuit chip manufacturing raw materials. The characteristics of CMOS technology makes the circuit has low power consumption, because the gate circuit composed of a CMOS MOS in the circuit moments or NMOS conduction, or is the PMOS conduction, or stop, so the efficiency is very high, the power consumption is very low.

The CMOS operational amplifier with high reliability, low cost, convenient debugging, in various fields of the electronic circuits are widely used, digital system in 99% with CMOS technology. So the CMOS operational amplifier has become the hot spot of research.

This paper focuses on the design and Simulation of CMOS operational amplifier, this paper mainly studies the key problems in the following aspects: the circuit structure, CMOS operational amplifier circuit parameters; two, CMOS operational amplifier; simulation of L-Edit three, CMOS operational amplifier.

I use the PSPICE software to design the circuit structure of CMOS operational amplifier circuit, debug the parameters, calculation and finally use the L-Edit software to draw the layout.

Keywords: CMOS, operational amplifier, design, simulation.

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0文献综述

0.1 集成电路概述

所谓集成电路（IC），就是在一块极小的硅单晶片上，利用半导体工艺制作上许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元件，并连接成完成特定电子技术功能的电子电路。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整器件，集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路，目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。[1]

0.2 集成电路的发展

集成电路的发展经历了一个漫长的过程，以下以时间顺序，简述一下它的发展过程。1906年，第一个电子管诞生；1912年前后，电子管的制作日趋成熟引发了无线电技术的发展；1918年前后，逐步发现了半导体材料；1920年，发现半导体材料所具有的光敏特性；1932年前后，运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象；1956年，硅台面晶体管问世；1960年12月，世界上第一块硅集成电路制造成功；1966年，美国贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一块公认的大规模集成电路。 1988年：16MDRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路阶段的更高阶段。1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹。2009年：intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。[2]集成电路制作工艺的日益成熟和各集成电路厂商的不断竞争，使集成电路发挥了它更大的功能，更好的服务于社会。由此集成电路从产生到成熟大致经历了如下过程：电子管——晶体管——集成电路——超大规模集成电路 1) 集成电路的前奏——电子管、晶体管

电子管，是一种在气密性封闭容器中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、

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