数字与模拟电路设计技巧
数字与模拟电路设计技巧
模拟与数字技术的融合
由于IC与LSI半导体本身的高速化，同时为了使机器达到正常动作的目的，因此技术上的跨越竞争越来越激烈。虽然构成系统的电路未必有clock设计，但是毫无疑问的是系统的可靠度是建立在电子组件的选用、封装技术、电路设计与成本，以及如何防止噪讯的产生与噪讯外漏等综合考量。机器小型化、高速化、多功能化使得低频/高频、大功率信号/小功率信号、高输出阻抗/低输出阻抗、大电流/小电流、模拟/数字电路，经常出现在同一个高封装密度电路板，设计者身处如此的环境必需面对前所未有的设计思维挑战，例如高稳定性电路与吵杂(noisy)性电路为邻时，如果未将噪讯入侵高稳定性电路的对策视为设计重点，事后反复的设计变更往往成为无解的梦魇。模拟电路与高速数字电路混合设计也是如此，假设微小模拟信号增幅后再将full scale 5V的模拟信号，利用10bit A/D转换器转换成数字信号，由于分割幅宽祇有4.9mV，因此要正确读取该电压level并非易事，结果造成10bit以上的A/D转换器面临无法顺利运作的窘境。另一典型实例是使用示波器量测某数字电路基板两点相隔10cm的ground电位，理论上ground电位应该是零，然而实际上却可观测到4.9mV数倍甚至数十倍的脉冲噪讯(pulse noise)，如果该电位差是由模拟与数字混合电路的grand所造成的话，要测得4.9 mV的信号根本是不可能的事情，也就是说为了使模拟与数字混合电路顺利动作，必需在封装与电路设计有相对的对策，尤其是数字电路switching时，ground vance noise不会入侵analogue ground的防护对策，同时还需充分检讨各电路产生的电流回路(route)与电流大小，依此结果排除各种可能的干扰因素。以上介绍的实例都是设计模拟与数字混合电路时经常遇到的瓶颈，如果是设计12bit以上A/D转换器时，它的困难度会更加复杂。
虽然计算机计算速度很快，不过包含身边物理事象在内的输入数据都是模拟数据，因此必需透过计算机的A/D转换器，将模拟信号转换成为数字信息，不过模拟的输出信号level比数位信号低几个位数，一旦遇到外部噪讯干扰时，模拟信号会被
噪讯盖住，虽然模拟在恒时微小变化量上具有非常重要的意义，不过若被外部噪讯掩盖时就不具任何价值，尤其是温度、湿度、压力等模拟量是模拟信耗的基础，它对微弱的模拟电路具有决定性的影响。为配合数字机器高速化的趋势，今后对
高速模拟化技术的要求会越来越高。如图1所示随着数字高速化，数字信号也越来越近似模拟信号波形，为了忠实传送如此的信号必需使用模拟式的思维来往处理，也就是说高速化时代数字设计者必需同时需兼具模拟素养。
模拟电路注意事项
2是设计模拟电路时必需注意得事项，除此之外电路图上仍存有许无法描述的设计要素，会以导线形式、浮游容量等形态造成电路特性变动，为了确保电路的可靠性因此必需将这些设计要素充分纳入电路设计、封装设计与电路板设计。
图2 设计高频电路时主要检讨项目list
(1).round并非零奥姆
虽然一般的电路图的接地(ground)阻抗都标示零奥姆，事实上电路pattern不可能没有阻抗(impedance)(图3)，也就是说当电流流入电路pattern时必然会产生压降现象，而该压降却是各种问题的根源。例如双面电路板的送信端与收信端以两点连接时，接地间的阻抗与大电流或是switching所产生的过渡电流，会造成两点间发生电位差，如果该电压成为噪讯电压与信号重迭的话，就会导致误差甚至使组件损坏，因此必需针对SN比进行有效的对策。
图3 电路pattern的阻抗
(2).共通阻抗
如第(1)项所述为了杜绝接地间产生电位差，单点接地设计成为数字模拟混载电路常用的手法(图4)，不过这种设计能够处理的频率有一定的限度，即使采用粗短导线pattern，但是当频率超过数MHz时就有可能进入发生问题的范围，因此如何确实掌控接地线的电流与阻抗造成的压降关系，成为设计上非常重要的课题。图5是典型的电路pattern对策实例，虽然该对策具有充分的共通阻抗概念，不过还是存有许多困难点。由于better ground可大幅减少烦琐的设计，因此最近高频电路几乎都是采用多层电路板。
图4 单点ground电路
图5 典型的共通阻抗电路
设计模拟数字混载电路时必需注意的是数字电路switching会产生过渡电流，由于过渡电流会流入复归电路的接地端，为了防止该电流流入模拟电路的接地端，因此模拟电路与数字电路的接地端，通常会在入口处作单点接地设计，如果这样的防护设计还是会对模拟与数字电路造成影响时，就必需在模拟电路的接地端插入高频用ferrite core(ground beads)，主要原因是提高模拟电路的的阻抗(从数字电路观之)具有很好的效果。如果高速数字电路各信号发生延迟现象时，就需同时对tinning进行同步化，利用极大过渡电流的流动获得如图6所示之De-coupling电容效应，但是前提是必需谨慎选用合适的容量值，否则就无法获得预其的效果。此外驱动模拟数字混载电路的电源若是单电源设计时，必需将模拟与数字的电源作电气绝缘。图7是典型的模拟与数字电路电源部分作电气绝缘的电路设计。
图6 De-coupling电容效应
图7 典型的模拟数字电路单电源的De-coupling
(3).高输入阻抗电路
直流增幅或是近似直流的低频微小电流、电压增幅时，如果使用FET等高输入
operation-amplifier，必需注意以下几种漏电现象:
(a).电流增幅时必需注意输入偏压(bias)电流。
如图8所示信号电流作电压转换获得1V输出电压，由于误差为1%因此输入偏压电流需低
图8 典型的电流增幅电路
(b).电压增幅时必需注意输入阻抗(impedance)。
如图9所示信号电流以输入电阻作电压转换获得1V输出电压
，由于误差为1%因此operation-amplifier的输入阻抗必需大于100MΩ。
图9 典型的电压增幅电路
(c).PCB的漏电流对信号电流的影响。
如果PCB的漏电会影响信号电流时，必需考虑装设grounding，不过需注意
的是浮游容量增加，可能会使高频领域特性降低。
(4).降低外部磁界的影响
微小信号增幅时极易受到从电源转换器发出的磁界影响，此时需设法取得从电源
转换器的物理位置间隔，如此一来输入信号与电源就不会产生大回路(loop)。
(5).组件内与导线、导线之间、接地线的浮游容量
组件内的浮游容量会使频率特性恶化降低动作速度，经常是造成共振的主要原因
，它的详细动作机制如下述:
．inductor coil内在的寄生容量影响，会在某个高频领域以上使inductor成
为容量性，虽然这种特性适用于所有电子组件，不过在宽频领域却无法显示理想特性，尤其是inductor的电抗(reactance)可计算的范围受到限制，其指标通常是以自我共振频率的形式记载于厂商的型录(catalogue)，如果直接采用自我共振以下的频率时电抗会成为正值，主要
原因是电抗与阻抗一样，如果频率比自我共振频率更低时电抗会成为负值，相对的如果频率比自我共振频率更高时电抗会成为正值，阻抗就成为正值。
．condenser会因导线(lead wire)的阻抗成份，在某个高频领域以上出现阻抗特，如果低于自我共振时电抗会成为正值。换言之condenser主要功能是在其频率以上会使电抗成为正值，
阻抗成为负值。
．transformer的输出入之间的结合容量会使高频波脉冲(pulse)减半，造成机器
的耐噪讯性(noise)恶化，因此必需谨慎选用输出入端的结合容量与线间容量较小的高频波transformer。
．高频电路尽量利用浮游容量，虽然祇要加大物理上的位置关系，就可获得降低浮游容量的效果，不过如同此却违反机器小型化的诉求，有效对策是减少并排电路图案(pattern)的长度，同时尽量利用浮游容量，例如stub、λ/4传输线路、特性阻抗都是可以采行的方案。
(6).电路板与电子组件的导线
电路板与电子组件的导线(lead wire)具有寄生阻抗，它与浮游容量一样在高频领域时便无法忽视它的影响力，导线的寄生阻抗往往是造成电路延迟动作与电路的复归电路产生位相回旋，进而成为发振的主要原因之一，有效对策是封装时尽量使用粗宽的电路pattern，同时电子组件底部导线越短越好。
(7).防止宽频领域增幅器发振
宽频领域用增幅器通常会外设补偿用电容，虽然该电容值可以改变增幅器频率
特性，不过加大容量却可有效抑制电路发生不安定发振。基于不牺牲频率特性的考虑，高输入阻抗的宽频增幅器经常使用补偿用电容，不过better ground常因浮游容量，极易引起电路发生不安定的发振，有效对策是在输入端装设铁氟龙材质的端子，或是取消better ground。better ground是微小宽频领域用增幅器的基本设计，如果前段使用高输入阻抗
operation-amplifier，同时设置类似LH0033等阻抗转换电路时，对后段等化动作会有很大的助益，此时电源端子除了高频电容之外，还需装设ferrite core形成filter结构。
(8).外部噪讯对接口导线与信号线、电源线的影响
曝露外部的信号线与电源线极易受到外部电磁诱导、静电诱导的影响，成为放射
噪讯的天线(antenna)，进而造成电子机器极大伤害。常用对策是使用filter、shield以及电路平衡传输等方法。
由于噪讯本身具有common mode噪讯成份，因此电源线装设Filter或是多段式Filter可获得很好的效果。如图10所示电路板之间的连接，经常使用common mode扼流圈(choke coil)，随着使用条件的不同，送信与收信两端同时装设扼流圈的情况也屡见不鲜。
接口导线则以同轴电缆(cable)或是附有shield之双缠绕线(twist pair wire)具有很好的抗噪讯效应。电路入口端(connector)设置Filter，虽然可以防止外部噪讯流入，不过必需防止信号频率发生发生衰减现象。Filter与connector的组合应用同样可获得有很好的噪讯防护效应，此外光结合的绝缘方法虽然会有成本上的困扰，不过噪讯防护效果却令人侧目。
有关EMI对策目前为止不论采用那种方式都无法完美无缺，换言之基本上必需根据噪讯环境，采取复合对策反复定量检讨对策结果，尤其是经验的累积具有决定性的影响。
图10 电路板之间的连接
(9).焊接与不同金属产生的热起电力
1mV以下微小信号直流增幅时经常发生不同金属接点产生热起电力，进而造成机器发生动作误差现象，常用对策是降低接点之间的温差，同时避免operation-amplifier等处理小信号的电子组件太靠近发热组件。热起电力概算值如下所示:
* 烙铁与铜质pattern之间约为
* 端子与铜质pattern之间约为
(10).半导体组件的使用注意事项
(a)动作条件
使用时遵守组件的规格最大范围乃是基本常识，为了获得高可靠性因此建议电压与电流值勿超过最大范围的50%以上，容许电力则勿超过最大范围的40%以上。
(b)特性分布
半导体组件具有特性分布不均的现象，因此设计电路时必需充分预留裕度。
(c)温度
半导体组件与电解电容等电子组件的工作温度每上升10°C，寿命就会减低一半，因此设计
电路时必需基于温度对寿命的影响，将容许损失、接点温度(junction temperature)等参数列入检讨范围。
【计算例1】
半导体组件加速实验筛选(screening)时，利用工作温度每上升10°C，寿命就会减低一半，
亦即所谓的「阿雷纽斯关系式」检测不良品。
此处假设周围温度25°C时可动作1000小时，在85°C 环境下可动作几小时，是否会变成等价关系？
由以上计算结果得知在85°C 环境下，半导体组件祇能动作15.6小时。
设计数字电路的注意事项
基本上数字电路是根据0与1的稳定程度作为运算基础，因此根本上具有一定的噪讯界限(noise margin)，数字电路与模拟电路最大差异是数字电路的噪讯非常强大。
(1).数字信号的站立与下降时间是最大症结点
数字信号的站立与下降时间是由与电流变化(di/dt)成一定比例的磁束变化产生诱导电压所构成，换句话说电流变化会在某处成为噪讯的发生源，该诱导噪讯与电路pattern的长度与回路面积成正比增加，有关数字信号的动作机制请参考图11的说明。
图11 数字信号的动作机制
【计算例2】
如图12所示之电路的相互inductance M=0.1μH，电流i=5mA/ns脉冲电流流动时，发生被诱导电路之脉冲电压为多少e 〔V〕？
由以上计算结果得知被诱导电路发生1〔V〕的电压。
图12 电磁诱导噪讯
(2).print pattern与导线导体可视为电感(inductance)
在高频领域所考虑的接地线具有与长度成一定比例之电感成份，尤其是数字电路如第(1)项所述，数字信号switching时产生的过渡电流，会因极大的spike状电流变化，引发其它导体发生噪讯电压，在此同时信号复归回路之接地线，因为有噪讯电流流动，因此会发生极大的电压导致数字电路误动作。
【计算例3】
铜箔厚35μm，宽1mm的印刷电路板自我电感值约为1μH/m，导体阻抗为0.5
Ω/m，试算波长为1MHz时，长10cm的导体阻抗R与电抗X L。
由以上计算结果得知电抗成份比导体阻抗更大，尤其是高频时导体的阻抗并非零Ω，必需将电抗视为被连接的导体。
(3).降低电路的阻抗
电路的阻抗越高越容易受到外部噪讯的干扰，噪讯对策基本上除了抑制噪讯电压之外，更重要的如图13所示是加大结合阻抗减少输入阻抗。
图13 结合阻抗
必需注意的是:
*结合阻抗Z m很小时噪讯电流会增加，导致耐噪讯变弱，此时必需将附加阻抗直列加入结合阻抗Z m。
*合阻抗Z m很大同时与输入阻抗Z i的关系为Z i>Z m时必需减少Z i (图14)。
图14 降低电路的阻抗
数字IC的空端子如果呈闲置(open)状态放置会使电路的阻抗变高，导致电路极易
受到噪讯干扰与误动作，因此空端子必需藉由电阻与电源连接。
多层板的信号线阻抗由于pattern导线系设于ground的表面，因此具有降低阻抗的
效果。
(4).长信号线与外部输出(包含封装之间的连接线)信号线作成「L型」Active
数字信号的Active状态会因「L型」与「H型」的不同，造成noise margin产生差异，信号线变长部分可当作提高耐噪讯的「L型」Active；相较之下「H型」具有较高的静态界限(margin)。不过对CMOS IC而言，不论是「L型」或是「H型」，两者的noise margin几乎没有太大差异，除了「L型」对接地线噪讯问题非常有效之外，IC本身对「L型」或是「H型」并无明显的不同。此外站立时间迟缓的信号在临界值(threshold level)附近，如果有噪讯侵入或是与信号发生重迭时，会导致耐噪讯性降低等困扰，此时必需采用Schmidt trigger型IC。
(5).电路设计不良(metastable)
设计电路时必需防止发生metastable，主要原因是确定flip prob的data时，设定时间(set up)与hold time的timing时间裕度不足造成输出不稳现象。
(6).阻抗整合
在信号在线through hole部份与pattern方向急遽改变的部份，部分信号会在阻抗变化点将信号反射至信号源，造成部分信号电流反射成为电磁噪讯，因此从信号输出端至受信端的设置阻抗非连续space，是设计电路时极重要的一环，也就是说如图15所示的阻抗整合乃是不可阈缺的设计，尤其是高频的场合信号并非用电压传送而是被视为电力传送，因此如果无法满足整合条件就会产生信号反射，进而因信号反射产生波形歪斜，诸如over shoot、under shoot、linking等错误信号。图16是典型的终端电路，如果需要更高层次的终端效果时，就需将图15的送信端与收信端作传输线路的特性阻抗整合。
图15 阻抗整合
图16 典型的终端电路阻抗整合
(7).De-coupling Condenser
一般De-coupling Condenser是对着switch组件并列设置，如图6所示De-coupling Condenser在数字电路扮演下述重要的角色:
．De-coupling Condense可提供数字IC组件switch时的过渡电流，因此电容器的容量值必需选用可提供充分过渡电流，如此才能减轻过渡电流流入电源与接地端的流量。
．由于电源与接地端所构成的回路面积很小，因此De-coupling Condense可减轻外部电磁噪讯的干扰。
使用低电感成份chip condenser作为IC端子最短配线时，以De-coupling
Condense角度观之可抑制IC部分的阻抗，同时能立即对应过渡电流的变化乃是设计上非常重要的关键。（作者现任职于台湾工研院光电所）
直流稳压电源设计模拟电子技术
课程设计说明书 题目：直流稳压电源设计 课程名称：模拟电子技术 学院：电子信息与电气工程学院学生姓名： 学号： 专业班级: 指导教师： 2015年 6 月6日
课程设计任务书
固定直流稳压电源设计 摘要: 通过模拟电子技术设计固定直流稳压电源，主要运用变压器，整流二极管，电解电容，稳压器等器件.该固定直流稳压系统先通过将220V市电降压，再经过整流二极管1N4007进行整流，通过电容滤波之后，采用稳压芯片7805，7905分别对其进行稳压，从而输出的稳定电压（+5V/-5V）。 关键词：变压;整流;滤波;稳压;
目录 1.设计背景 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计目的 (1) 2.设计方案 (1) 2.1电路概述 (1) 2.2整流电路 (3) 2.3稳压电路 (4) 2.4固定直流稳压电源电路设计 (5) 3.方案实施 (6) 3.1电路仿真设计与仿真 (6) 3.2Altium Designer设计原理图及PCB设计 (7) 3.3电路板的制作与调试 (8) 3.4相关数据测量 (8) 4.结果与结论 (9) 5.收获与致谢 (9) 6.参考文献 (10) 7.附件 (10) 7.1电路实物图 (10) 7.2元器件清单 (11)
1. 设计背景 1.1设计背景 随着科技日新月异的发展，越来越多的小型电子产品出现在我们身边，它们一般都需要稳定的直流电源供电，电池作为低效率，高污染的产品不能得到广泛的使用，而我们最常见到的电源就是220V的交流电源，再次情况下，我们设计了一个转换装置，从而可以使其给小型电子设备供电，达到及节能又环保，既方便有快捷的目的。 1.2设计目的 设计这个固定直流稳压电源是为了锻炼学生的动手能力，理论与实践相结合，更有利于同学们在学习中积极的思考，培养同学们对学习的兴趣；而且，检验了同学们对电路仿真软件和DXP这些软件的熟悉程度，进一步加深了对这些软件的理解，提高了应用能力；另外，让同学们看到，理论知识在现实生活中的应用，知道了这些知识的重要性，要更加努力的学习。本次课程设计就是在这样的一个背景下而进行的一次十分重要的实习安排。 2. 设计方案 2.1电路概述 根据电路的特点和性质，电路可有这几部分组成，变压器电路部分，整流电路部分，滤波电路部分，稳压电路部分。 变压器电路可以使电压达到设备可以使用的一个电压范围，如下图所示。 整流电路使用来把变压器副边通过的交流电压转换为直流电压，满足设备需要直流电源供电的要求。即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如下图所示。但实际情况是整流后还含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。 滤波电路是用来进一步的减少电路中的交流分量，增加电路中的直流分量，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为
集成电路设计基础_期末考试题
集成电路设计基础 2010-11年第一学期试题 一、填空题（20分） 1、目前，国内已引进了12英寸0.09um 芯片生产线，由此工艺线生产出来的集成 电路特征尺寸是0.009um （大 小），指的是右图中的W （字 母）。 2、CMOS工艺可分为p阱、n阱、双阱 三种。 在CMOS工艺中，N阱里形成的晶体管是p （PMOS，NMOS）。 3、通常情况下，在IC中各晶体管之间是由场氧来隔离的；该区域的形成用到的制造工艺是氧化工艺。 4.集成电路制造过程中，把掩膜上的图形转换成晶圆上器件结构一道工序是指光 刻，包括晶圆涂光刻胶、曝光、显影、烘干四个步骤； 其中曝光方式包括①接触式、②非接触式两种。 5、阈值电压V T是指将栅极下面的si表面从P型Si变成N型Si所必要的电压，根据阈值电压的不同，常把MOS区间分成耗尽型、增强型两种。降低V T 的措施包括：降低杂质浓度、增大Cox 两种。 二、名词解释（每词4分，共20分） ①多项目晶圆（MPW） ②摩尔定律 ③掩膜 ④光刻
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电子技术（模拟电路部分）课程设计题目 一、课程设计要求 1、一个题目允许两个人选择，共同完成电子作品，但课程设计报告必须各自独立完成。 2、课程设计报告按给定的要求完成，要上交电子文档和打印文稿（A4）。 3、设计好的电子作品必须仿真，仿真通过后，经指导老师检查通过后再进行制作。 4、电子作品检查时间：2010年3月4日，检查通过作品需上交。 4、课程设计报告上交时间：2010年5月20日前。 二、课程设计题目 方向一、波形发生器设计 题目1：设计制作一个产生方波－三角波－正弦波函数转换器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调； ②正弦波幅值为±2V，； ③方波幅值为2V； ④三角波峰-峰值为2V，占空比可调； ⑤设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 题目2：设计制作一个产生正弦波－方波－三角波函数转换器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调； ②正弦波幅值为±2V，； ③方波幅值为2V； ④三角波峰-峰值为2V，占空比可调； ⑤设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 题目3：设计制作一个产生正弦波－方波－锯齿波函数转换器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调； ②正弦波幅值为±2V，； ③方波幅值为2V； ④锯齿波峰-峰值为2V，占空比可调；
⑤设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 题目4：设计制作一个方波/三角波/正弦波/锯齿波函数发生器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调； ②正弦波幅值为±2V； ③方波幅值为2V，占空比可调； ④三角波峰-峰值为2V； ⑤锯齿波峰-峰值为2V； ⑥设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 方向二、集成直流稳压电源设计 题目1：设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路。 设计任务和要求 ①输出直流电压1.5∽10V可调； ②输出电流I O m=300mA；（有电流扩展功能） ③稳压系数Sr≤0.05； ④具有过流保护功能。 题目2：设计制作一串联型连续可调直流稳压负电源电路。 设计任务和要求 ①输出直流电压1.5∽10V可调； ②输出电流I O m=300mA；（有电流扩展功能） ③稳压系数Sr≤0.05； ④具有过流保护功能。 题目3：设计制作一串联型二路输出直流稳压正电源电路。 设计任务和要求 ①一路输出直流电压12V；另一路输出5－12V连续可调直流稳压电源； ②输出电流I O m=200mA； ③稳压系数Sr≤0.05；
模拟运算电路(三)
实验五模拟运算电路（三） 一、实验目的 1、了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度 漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念。 2、熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频 特性、传输特性曲线的测量方法。 二、实验原理 三、预习思考 1、查阅741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释 参数含义。 T:TIP 参数名称参数值参数意义及设计时应该如何考虑 直流参数 输入 失调电压V IO 1(T) <6mV 该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。理 想运放当输入电压为零时，其输出电压也为零，但实际运放当 输入电压为零时，其输出端仍有一个偏离零的直流电压，这是 由于运放电路参数不对称所引起的。 输入 偏置电流I IB 80(T)<500nA 该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。 指运放输入级差分对管的基极电流 12 , B B I I,通常由于晶体管参
数的分散性，12B B I I ≠。输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级的性能，当他的β值太小时，将引起偏置电流增加。从使用角度看，偏置电流愈小，由信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小。 输入 失调电流I IO 20(T)<200nA 该参数是指流入两个输入端的电流之差。输出电压为零时，两 输入端静态电流的差值，即12io B B I I I =-。其典型值为几十至 几百Na .由于信号源内阻的存在，io I 会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为零。io I 越小越好，他反映了输入级有效差分对管的不对称程度。 失调电压温漂 αV IO 20/uV C ±? 该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以 /uV C ? 为单位表示.指在规定范围内io V 的温度系数。 共模抑制比K CMR 70(T)<90dB 差模电压增益VD A 与共模电压增益VC A 之比 开环差模 电压增益A VD 6 10 集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的 直流差模电压增益。VD A 与输出电压0V 的大小有关。通常是在规定的输出电压幅度（如010V V =±）测得的值。VD A 又是频率的函数，频率高于某一数值后，VD A 的数值开始下降。 输出 电压摆幅V OM +/-10 ~14 正负输出电压的摆动幅度极限 差模输入电阻R ID 0.3~2M Ω 输出电阻R O 75 Ω 交流参数 增益带宽积G.BW 0.7~1.6MHZ 增益带宽积A OL * ? 是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。运放的增益是随信号的频率而变化的，输出电压随信号频率增大而使其下降到最大值的0.707倍的频率范围，称为带宽。 转换速率S R 0.25~0.5V/us (RL>2K) 该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。SR 通常以V/μs 为单位表示， 有时也分别表示成正向变化和负向变化。当运放在闭环情 况下，其输入端加上大信号（通常为阶跃信号时） ，其输出电压 波形将呈现一定的延时，其主要原因是运放内部电率中的电容 充放电需要一定的时间。SR 表示运放在闭环状态下，每1us 时间内输出电压变化的最大值。 极限参数 最大差模 输入电压V IOR 30V ± 反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过这个电压值， 运放输入级某一侧的BJT 将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚至可能造成永久性损坏。 最大共模 13V ± 运放所能承受的最大共模输入电压。超过IC R V 值，它的共模抑
3.2模拟集成电路设计-差分放大器版图
集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University
实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1
实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2
Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3
由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4
电子科技大学集成电路原理实验CMOS模拟集成电路设计与仿真王向展
实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院
一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：
转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于： 根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。 学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。
模电-模拟运算电路实验
实验五 模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的原理与功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。 开环电压增益 A ud =∞ 输入阻抗 r i =∞ 输出阻抗 r o =0 带宽 f BW =∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式 U O ＝A ud （U +－U －） 由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 （2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图5－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的 i F O U R U -=
关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 / R F 3) 同相比例运算电路 图5－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10KΩ， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图5-3 同相比例运算电路 4) 差动放大电路（减法器）
模拟电子课程设计仿真
1、集成运放的应用电路 （1）参考电路图如下： （2）应用仿真库元件，3D元件分别进行仿真，熟悉示波器的使用2、电流/电压（I/V）转换器的制作与调试 （1）参考电路图如下：
（2）要求将0~10毫安电流信号转换成0~10伏电压信号。（3）分析电路的工作过程，完成制作与调试。 （4）填写下表，分析结果。 3、电压/电流（V/I）转换器的制作与调试（1）参考电路图如下： （2）要求将0~10伏电压信号转换成0~10毫安电流信号。（3）分析电路的工作过程，完成制作与调试。 （4）填写下表，分析结果。
4、电子抢答器制作 （1）参考电路图如下： （2）电路的工作原理： 本电路使用一块时基电路NE555，其高电平触发端6脚和低电平触发端2脚相连，构成施密特触发器，当加在2脚和6脚上的电压超2/3V CC时，3脚输出低电平，当加在2脚和6脚上的电压低于1/3V CC时，3脚输出高电平。按下开关SW，施密特触发器得电，因单向可控硅SCR1~SCR4的控制端无触发脉冲，SCR1~SCR4关断，2脚和6脚通过R1接地而变为低电平，所以3脚输出高电平，绿色发光二极管LED5发光，此时抢答器处于等待状态。 K1~K4为抢答键，假如K1最先被按下，则3脚的高电平通过K1作用于可控硅SCR1的控制端，SCR1导通。红色发光二极管LED1发光，＋9V电源通过LED1和SCR1作用于NE555的2脚和6脚，施密特触发器翻转，3脚输出低电平，LED5熄灭。因3脚输出为低电平，所以此后按下K2~K4时，SCR2~SCR4不能获得触发脉冲，SCR2～SCR4维持关断状态，LED2~LED4不亮，LED1独亮说明按K1键者抢先成功，此后主持人将开关SW起落一次。复位可控硅，LED1熄灭，LED5亮，抢答器又处于等待状态。 220V市电经变压器降压，VD1~VD4整流，C滤波，为抢答器提供＋9V直流电压。VD1~VD4选IN4001,C选用220μF/15V。R1和R2选1KΩ，LED1~LED4选红色发光二极管，LED5选绿色发光二极管。SW为拨动开关，K1~K4为轻触发开关，单向可控硅选2P4M，IC 为NE555。 （3）完成电路的制作与调试。 5、交替闪光器的制作与调试 （1）参考电路图如下：
完整版模拟电子电路实验报告
. 实验一晶体管共射极单管放大器 一、实验目的 1、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 2、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理 图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R 和R组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R，以稳定放大器的静态工EB1B2作点。当在放大器的输入端加入输入信号u后，在放大器的输出端便可得到一i个与u相位相反，幅值被放大了的输出信号u，从而实现了电压放大。0i 图2－1 共射极单管放大器实验电路 在图2－1电路中，当流过偏置电阻R和R 的电流远大于晶体管T 的 B2B1基极电流I时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算B教育资料．. R B1U?U CCB R?R B2B1 U?U BEB I??I EC R E
）R＋R＝UU－I（ECCCCEC电压放大倍数 RR // LCβA??V r be输入电阻 r R/// R＝R/beiB1 B2 输出电阻 R R≈CO由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶 体管放大电路时， 为电路设计提供必离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各要的依据，在完成设计和装配以后，因此，一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。项性能指标。除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。消除干扰放大器静态工作点的测量与调试，放大器的测量和调试一般包括：与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。、放大器静态工作点的测量 与调试 1 静态工作点的测量1) 即将放大的情况下进行，＝u 测量放大器的静态工作点，应在输入信号0 i教育资料． . 器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流I以及各电极对地的电位U、U和U。一般实验中，为了避 ECCB免断开集电极，所以采用测量电压U或U，然后算出I的方法，例如，只要 测CEC出U，即可用E UU?U CECC??II?I，由U确定I（也可根据I），算出CCC CEC RR CE同时也能算出U＝U－U，U＝U－U。EBEECBCE为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流I（或U）的调整与测试。 CEC静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u的负半周将被削底，O 如图2－2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即u的正半周被缩顶（一 O般截止失真不如饱和失真明显），如图2－2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端 加入一定的输入电压u，检查输出电压u的大小和波形是否满足要求。如不满Oi
模拟cmos集成电路设计实验
模拟cmos集成电路设计实验 实验要求： 设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。实验报告包括以下几部分内容： 1、电路结构分析及公式推导 （例如如何根据指标确定端口电压及宽长比） 2、电路设计步骤 3、仿真测试图 （需包含瞬态、直流和交流仿真图） 4、给出每个MOS管的宽长比 （做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应） 5、实验心得和小结 单级放大器设计指标 两级放大器设计指标
实验操作步骤： a.安装Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart
c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host：202.38.81.119 Protocol: SSH Username/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2 然后点击run运行。会弹出xterm窗口。 修改密码
输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。 注意密码不会显示出来。 d.设置服务器节点 用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取） 选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名) 如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13 e.文件夹管理 通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。 在xterm中，输入mkdir SMIC40 然后进入新建的SMIC40文件夹， 在xterm中，输入cd SMIC40.
实验二集成运算放大器的应用模拟运算 (1)
实验七 集成运算放大器的应用（一） 模拟运算电路 预习部分 一、实验目的 1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2. 掌握运算放大器的使用方法，了解其在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。本实验采用的集成运放型号为μA741，引脚排列如图2-7-1所示。它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十K Ω的电位器并将滑动触头接到负电源端。 ⑧脚为空脚。 当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 1) 反相比例运算电路 电路如图2-7-2所示。对于理想运放， 该电路 的输出电压与输入电压之间的关系为 Uo ＝－（R F / R 1）Ui 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在 同相输入端应接入平衡电阻 R 2＝R 1‖R F 。 2) 反相加法电路 图2-7-2 反相比例运算电路 图2-7-3反相加法运算电路 电路如图2-7-3所示，输出电压与输入电压之间的关系为 F i F i F O //R //R R R U R R U R R U 2132211 =??? ? ??+-= 图2-7-1 μA741管脚图
3) 同相比例运算电路 图2-7-4(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 Uo ＝（1＋R F / R 1）Ui R 2＝R 1 // R F 当R 1→∞时，Uo ＝Ui ，即得到如图2-7-4(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图2-7-4 同相比例运算电路 4) 差动放大电路（减法器） 对于图2-7-5所示的减法运算电路，当R 1＝R 2，R 3＝R F 时， 有如下关系式 图2-7-5 减法运算电路 图2-7-6 积分运算电路 5) 积分运算电路 反相积分电路如图2-7-6所示。在理想化条件下，输出电压uo 等于 ()()01 C t i O U dt U RC t U +-=? 式中 Uc(o)是t ＝0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。 如果u i (t)是幅值为E 的阶跃电压，并设Uc(o)＝0，则 ()RC E Edt RC t U t O -=-=?01 即输出电压 Uo(t)随时间增长而线性下降。显然R C 的数值越大，达到给定的Uo 值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。 ()121 i i F O U U R R U -=
模拟电路课程设计..
模拟电子技术课程设计任务书 一、课程设计的任务 通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。 二、课程设计的基本要求 1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。 2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。 3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。 4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。 5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。
三、课程设计任务 课题4 逻辑信号电平测试器的设计 （一）设计目的 1、学习逻辑信号电平测试器的设计方法； 2、掌握其各单元电路的设计与测试方法； 3、进一步熟悉电子线路系统的装调技术。 （二）设计要求和技术指标 在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要使用万用表和示波器对电路中的故障部位的高低电平进行测量，以便分析故障原因。使用这些仪器能较准确地测出被测点信号电平的高低和被测信号的周期，但使用者必须一面用眼睛看着万用表的表盘或者示波器的屏幕，一面寻找测试点，因此使用起来很不方便。 本课题所设计的仪器采用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平分别用不同声调的声音来表示，使用者无须分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。 1、技术指标： （1）测量范围：低电平<1V，高电平>3V； （2）用1.5KH Z的音响表示被测信号为高电平； （3）用500H Z的音响表示被测信号为低电平；
cmos模拟集成电路设计实验报告
北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六
目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (14) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27)
实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图
集成运放基本应用之一—模拟运算电路
集成运放基本应用之一—模拟运算电路
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实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的原理与功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性： 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放： 开环电压增益A ud=∞ 输入阻抗r i=∞ 输出阻抗r o=0 带宽f BW=∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O与输入电压之间满足关系式 U O＝A ud（U+－U－） 由于A ud=∞，而U O为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。
（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图5－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的 关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图5－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ， i 1 F O U R R U -=
模拟集成电路设计经典教材
1、 CMOS analog circuit design by P.E.ALLEN 评定：理论性90 实用性70 编写 100 精彩内容：运放的设计流程、比较器、 开关电容 这本书在国内非常流行，中文版也 翻译的很好，是很多人的入门教材。 建议大家读影印版，因为ic 领域 的绝大部分文献是以英文写成的。 如果你只能读中文版，你的学习资料 将非常有限。笔者对这本书的评价 并不高，认为该书理论有余，实用性 不足，在内容的安排上也有不妥的地 方，比如没有安排专门的章节讲述反 馈，在小信号的计算方面也没有巧方法。本书最精彩的部分应该就是运放的设计流程了。这是领域里非常重要的问题，像Allen 教授这样将设计流程一步一步表述出来在其他书里是没有的。这正体现了Allen 教授的治学风格：苛求理论的完整性系统性。但是，作为一项工程技术，最关键的是要解决问题，是能够拿出一套实用的经济的保险的方案。所以，读者会发现，看完最后一章关于ADC/DAC 的内容，似乎是面面俱到，几种结构的ADC 都提到了，但是当读者想要根据需求选择并设计一种ADC/DAC 时，却无从下手。书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen 教授求全的风格。不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。Allen 教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。书中的相关章节很适合作为开关电容电路的入门教材。该书的排版、图表等书籍编写方面的工作也做的很好。像Allen 这样的理论派教授不管在那所大学里，大概都会很快的获得晋升吧。另外，Allen 教授的学生Rincon Moca 教授写的关于LDO 的书非常详尽，值得一读。 2、 CMOS Circuit Design Layout and Simulation CMOS Mixed-Signal Circuit Design by R.J.Baker 评定：理论性80 实用性100 编写80 精彩内容：数据转换器的建模和测量、hspice 网表这本书的风格和Allen 的书刚好相反： 理论的系统性不强，但是极为实用，甚至给出 大量的电路仿真网表和hspice 仿真图线。 这本书的中文版翻译的也很好。最近出了第二 版，翻译人员换了，不知道翻译的水平如何。 不过，第二版好贵啊~~ Baker 教授在工业界 的实战经验丰富，曾经参加过多年的军方项目 的研发，接收器，锁相环，数据转换器，DRAM 等曾设计过。所以，书中的内容几乎了包含 了数字、模拟的所有重要电路，Baker 教授
东南大学模电实验报告模拟运算放大电路
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电路实验 第一次实验 实验名称：模拟运算放大电路（一）院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室: 实验组别： 同组人员：实验时间： 评定成绩：审阅教师：
实验一 模拟运算放大电路（一） 一、实验目的： 1、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。 2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。 3、 了解运放调零和相位补偿的基本概念。 二、实验原理： 1、反向比例放大器 反馈电阻R F 值一般为几十千欧至几百千欧，太大容易产生较大的噪声及漂移。R 的取值则应远大于信号源v i 的内阻。 若R F = R ，则为倒相器，可作为信号的极性转换电路。 2、电压传输特性曲线 双端口网络的输出电压值随输入电压值的变化而变化的特性叫做电压传输特性。电压传输特性在实验中一般采用两种方法进行测量。一种是手工逐点测量法，另一种是采用示波器X-Y 方式进行直接观察。 示波器X-Y 方式直接观察法：是把一个电压随时间变化的信号（如：正弦波、三角波、锯齿波）在加到电路输入端的同时加到示波器的X 通道，电路的输出信号加到示波器的Y 通道，利用示波器X-Y 图示仪的功能，在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线，同时还可以 测量相关参数。 具体测量步骤如下： F V R A =- R
(1) 选择合理的输入信号电压，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件；太小不能完全反应电路的传输特性。 (2) 选择合理的输入信号频率，频率太高会引起电路的各种高频效应，太低则使显示的波形闪烁，都会影响观察和读数。一般取50～500Hz 即可。 (3) 选择示波器输入耦合方式，一般要将输入耦合方式设定为DC，比较容易忽视的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的，同样也要设成DC。 (4) 选择示波器显示方式，示波器设成X-Y 方式，对于模拟示波器，将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y 方式；对于数字示波器，按下“Display”按钮，在菜单项中选择X-Y。 (5) 进行原点校准，对于模拟示波器，可把两个通道都接地，此时应该能看到一个光点，调节相应位移旋钮，使光点处于坐标原点；对于数字示波器，先将CH1 通道接地，此时显示一条竖线，调节相应位移旋钮，将其调到和Y 轴重合，然后将CH1 改成直流耦合，CH2 接地，此时显示一条水平线，调节相应位移旋钮，将其调到和X 轴重合。 3、电压增益(电压放大倍数A V) 电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值，包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益，测量时要注意表笔的正负。 交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器测量输入电压V i(有效值)或V im(峰值)或V ip-p（峰-峰值）与输出电压V o(有效值)或V om(峰值)或 V op-p（峰-峰值），再通过计算可得。 三、预习思考： 1、设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； 2、设计一个电路满足运算关系V O= -2V i1 + 3V i2 四、实验内容： 1、23页实验内容1，具体内容改为： (I)图5-1电路中电源电压±15V，R1=10kΩ，R F=100 kΩ，R L＝100 kΩ，R P＝10k//100kΩ。 按图连接电路，输入直流信号V i分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同V i时的V o值，列表计算A vf并和理论值相比较。其中V i通过电阻分压电路产生。
模拟集成电路设计期末试卷..
《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS