【摘 要】
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大数据技术的兴起和5G应用的普及,人们对电子设备硬件的要求明显提高。高精度集成运放可以提升数模混合系统的分辨率,在精密仪表、传感器信号调理等领域不可或缺。相比CMOS工艺,双极型工艺速度更快、跨导更高、器件匹配性更佳,更适合制作高精度运放。本研究基于4μm、40V互补双极型工艺和Cadence IC 5.1.41环境设计了一款单片多级耦合运放并取得以下成果:（1）设计PTAT电流源提供与绝对温度成
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大数据技术的兴起和5G应用的普及,人们对电子设备硬件的要求明显提高。高精度集成运放可以提升数模混合系统的分辨率,在精密仪表、传感器信号调理等领域不可或缺。相比CMOS工艺,双极型工艺速度更快、跨导更高、器件匹配性更佳,更适合制作高精度运放。本研究基于4μm、40V互补双极型工艺和Cadence IC 5.1.41环境设计了一款单片多级耦合运放并取得以下成果:（1）设计PTAT电流源提供与绝对温度成正比的输入电流给比例电流源和Wilson电流源,补偿温度升高降低的电路性能。在±15V供电、-40℃到125℃温度范围,该模块的输出参考电位在-14.02V到-14.24V之间线性变化,输出参考电流在12.33μA到17.17μA之间线性变化。（2）设计输入偏置电流抵消支路将运放偏置电流减小到n A量级,经修调后能降至p A量级;输入级使用全差分电路进行电压放大,再经两次射极跟随器转为单端信号,增益达74.4d B;中间级采用共射放大并使用负反馈,具备63.9d B的电压增益,且带宽达到53.6k Hz;输出级起电压跟随作用,增益为单位值;未加频率补偿电路运放相位裕度为114°,补偿后运放增益裕度为63.34°,稳定性更好;设计了过压、防止反接的保护电路均能正常工作。（3）使用Spectre仿真器对整体电路仿真得到关键性能如下:开环电压增益138d B,摆率1.06V/μs,单位增益带宽10.05MHz,共模抑制比和电源电压抑制比均大于145d B,输入失调电流0.03n A,输入失调电压和漂移分别为9.58μV、0.18μV/℃,1k Hz频率下等效输入噪声电压密度最大为10.15n V/√Hz,0.1Hz到10Hz频域内等效输入噪声电压最大为65.55n V。满足高精度指标要求。（4）使用Virtuoso设计的版图尺寸为2.3mm×2.3mm,并通过DRC、LVS验证,能够适用于多数封装形式。
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