SiGe BiCMOS運算放大器技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速增長，基于Si工藝的半導(dǎo)體器件和集成電路已經(jīng)不能滿足發(fā)展需求。SiGe BiCMOS技術(shù)具有高性能、低成本的特點，可以很好地滿足發(fā)展需要，因此對SiGe BiCMOS技術(shù)進行研究有非常實際的意義。論文通過對SiGe HBT原理和SiGe BiCMOS電路特點的研究，設(shè)計出SiGe HBT器件和SiGe BiCMOS高速運算放大器。
　　首先，通過分析SiGe HBT直流特性和頻率特性，給出了SiGe HBT器

2、件電學(xué)參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系以及優(yōu)化設(shè)計原則。隨后進行器件結(jié)構(gòu)設(shè)計并利用Medici軟件對器件結(jié)構(gòu)進行模擬。仿真結(jié)果顯示器件的共射電流增益β為300，特征頻率fT超過30GHz。
　　其次，通過對SiGe BiCMOS運算放大器中電路單元的研究，并結(jié)合運放實際設(shè)計指標(biāo)，選擇套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)作為運放的主體結(jié)構(gòu)以確保高速、高增益的實現(xiàn)。在具體電路設(shè)計過程中，根據(jù)SiGe HBT和MOS器件的特點，合理使用兩種器件以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。輸入級

3、的設(shè)計采用SiGe BiCMOS達林頓結(jié)構(gòu)，在保留SiGe HBT高跨導(dǎo)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上充分利用MOS器件來提升運放輸入電阻，此外，基于輸入級中SiGe HBT良好的噪聲特性，運放的輸入?yún)⒖荚肼曤妷嚎梢源蟠蠼档?。為了獲得高輸出擺幅，設(shè)計低壓共源共柵電流鏡為運放提供偏置。共模反饋電路采用工作在飽和區(qū)的MOS差分對來實現(xiàn)，提高了共模反饋回路增益，加強對共模輸出電壓的控制。
　　根據(jù)TSMC0.35μm SiGe BiCMOS工藝模型，利用

4、Cadence Spectre模擬軟件對所設(shè)計電路進行模擬仿真。模擬結(jié)果顯示，在3.3V單電源下，功耗23mW，直流開環(huán)增益87dB，單位增益帶寬2GHz，相位裕度59.3°，雙端輸出擺幅2.4V，輸入?yún)⒖荚肼曤妷?.0nV/Hz1/2，建立精度0.01％，建立時間1.6nS。
　　在版圖設(shè)計方面，為了減小失配，運放差分輸入管采用共中心版圖，并使偏置電路遠(yuǎn)離核心電路。同時差分輸入管采用盡可能少的叉指，減小寄生電容對電路頻率特性的影