微电子专业基础实验（二十）1

《微电子专业基础实验——运算放大器设计与应用》 实验二十主要围绕运算放大器的核心电路，探讨其设计、优化以及在实际应用中的性能验证。实验目标在于通过具体操作，提高学生对理论知识的理解和应用能力，特别是电路前端设计、分析和问题解决。 实验要求学生在设计过程中使用合理的输入激励，例如电压跟随器和反向放大电路，来验证和完善核心电路的性能。这涉及到负反馈应用电路的仿真，包括电压跟随器和反向器等，需要在不同激励信号下验证增益、带宽、相位裕量等设计指标，并对误差进行分析和修正。其中，反向放大器的设计要求增益为-10，同时要仿真闭环增益和输入、输出电压动态范围。 设计指标具体包括：电源电压1.8V，直流增益大于90dB，单位增益带宽约为80MHz，负载电容2pF，输入电容小于0.2pF，相位裕量约60°，压摆率大于25V/us，输出共模电平1V，输出摆幅大于±3V，输入共模电压范围约0.7至1.3V，功耗小于1.6mW。在实现这些指标时，需要考虑瞬态和交流仿真，并且仅针对27°和tt工艺角进行仿真。 运算放大器核心电路的输出级常采用电流源负载，这是因为电流源能够提供恒定的负载电流，确保输出稳定。输出电平的确定通常基于负载需求和电源电压，考虑到负反馈应用时输入端的虚拟短路特性。 在分析仿真结果时，需要关注开环和闭环放大器的零极点分布，以及3dB带宽是否符合预期。零极点位置影响着放大器的频率响应，而3dB带宽误差则可能源于器件参数的不精确或补偿电路设计不当。理论分析中提到的RZ和CC串联组成的频率补偿电路，以及CC频率补偿电路的估算公式，对理解这些概念至关重要。 实验报告应包含电路结构分析、设计依据和步骤、仿真结果的详细分析、每个MOS管宽长比的表格，以及对反向放大电路反馈系数和闭环增益误差的探讨。此外，报告还应提供对实验和理论教学的建议或意见，以及设计和仿真结果的存储路径。 本实验旨在通过实践操作，使学生深入理解运算放大器的工作原理，掌握电路设计和优化技巧，以及如何通过仿真工具验证电路性能，为未来在微电子领域的研究和工程实践打下坚实基础。