基于鋁柵工藝的CMOS高溫運算放大器的研究與設(shè)計.pdf

1、近年來,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)境溫度越來越高,這就對集成電路的工作環(huán)境溫度也有了較高的要求,因此耐高溫集成電路設(shè)計技術(shù)正逐漸成為研究熱點。隨著工作環(huán)境溫度的不斷升高,CMOS運算放大器的失調(diào)電壓增大,當環(huán)境溫度超過150℃時,PN結(jié)的泄漏電流的主要成分改變?yōu)榉聪鄶U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運算放大器的直流特

2、性和交流特性惡化,導(dǎo)致CMOS運算放大器在高溫環(huán)境下工作異常。
　　本文對國內(nèi)外的高溫模擬電路技術(shù)做了廣泛的調(diào)查與研究,對這些技術(shù)的基礎(chǔ)模型、工作原理及優(yōu)缺點進行了研究分析,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)計規(guī)則設(shè)計了一個可以在200℃環(huán)境溫度下正常工作的二級CMOS模擬運算放大器。
　　為了實現(xiàn)電路較強的抗干擾能力,減小電路的失調(diào)電壓以及溫漂,采用差分放大電路實現(xiàn)高溫 CMOS運算放大器的輸入級;中間級

3、也是增益級,采用寬擺幅的共源共柵結(jié)構(gòu);為了使 CMOS運算放大器在高溫時工作狀態(tài)穩(wěn)定,要求該電路工作在零溫度系數(shù)點,所以偏置電路的設(shè)計尤為重要;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,并采用密勒補償電路對運算放大器進行頻率補償。
　　按照國內(nèi)某流片廠家6μm,30V鋁柵工藝提供的版圖設(shè)計規(guī)則對該電路進行了版圖設(shè)計,采用 Spectre仿真工具對所設(shè)計的電路進行了詳細的仿真。在該流片廠

4、家完成流片并完成相關(guān)測試。在環(huán)境溫度200℃、VCC=5V、VEE=0V的單電源電壓條件下對電路主要技術(shù)指標進行了詳細的測試,測試結(jié)果顯示:直流開環(huán)增益達到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。通過對各項主要技術(shù)指標參數(shù)分析表明:本文所設(shè)計高溫 CMOS模擬運算放大器實現(xiàn)了預(yù)期目標。
　　此次設(shè)計的運算放大器可用于石油探測領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)等相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)備中