1前言1
2二级运算放大器电路 1
2.1电路结构 1
2.2设计指标 2
3 Cadence仿真软件 3
3.1 schematic原理图绘制 3
3.2 生成测试电路 3
3.3 电路的仿真与分析 4
3.1.1直流仿真 4
3.1.2交流仿真 4
3.4 版图绘制 5
3.4.1差分对版图设计 6
3.4.2电流源版图设计 7
3.4.3负载MOS管版图设计 7
3.5 DRC & LVS版图验证 8
3.5.1 DRC验证 8
3.5.2 LVS验证 8 4结论 9
5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。
关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。
Abstract
In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one.
Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
1前言
近几年来，人们已投入很大力量研究版图设计自动化，计算机辅助设计方法学在给定所需功能行为描述的数字系统设计自动化方面已经非常成功。希望用以代替设计师的一部分劳动。但这并不适用于模拟电路设计。较复杂的场合，有些程序的应用遇到了阻力，需要人工干预帮助解决问题。因此，仔细研究模拟电路的设计过程，熟悉那些提高设计效率、增加设计成功机会的原则是非常必要的。人工设计得到的器件版图密度一般高于用自动化版图设计和布线程序所得到的密度，因而人机交互式版图设计和布线程序得到了广泛的应用。我们这次做的仅是基本方法，对于比较复杂的电路版图设计则不仅需要很多诸如图论在内的数据结构算法的知识应用，而且多年的电路版图设计经验也同样是非常重要的。
2二级运算放大器电路
运算放大器（简称运放）是许多模拟系统和混合信号系统中的一个完整部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。运算放大器的设计可以分为两个较为独立的两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。一般来说，决定好了电路结构以后，便不会更改了，除非有些性能要求必须通过改变电路结构来实现。为了满足运放的交流和直流要求，所有管子都应被设计出合适的尺寸。然后在手工计算的基础上，运用计算机模拟电路可以极大的方便对电路进行调试和修改。
2.1 电路结构
传统的二级运算放大电路的结构主要包括四部分：第一级输入级放大电路，第二级放大电路，偏置电路和相位补偿电路。电路图如图2.1所示。
图2.1 二级运算放大器电路
2.2 设计指标
表1.1 二级运算放大器设计指标 （1）电压放大倍数
二级运算放大器相比于共源共栅运放最大的优势就是既能提供高增益，又能提供打的摆幅。根据电路知识，我们可求得第一级和第二级增益，而电路的整体增益是两部分增益相乘的结果。由此可知，二级运算放大器可以提供高的增益。
)()
(27666766242514211λλλλ+-=+-=+-=+-=
I g g g g A I g g g g A m ds ds m V m ds ds m V 第二级增益：第一级增益： （2）单位增益带宽（GWB ）
单位增益带宽是指运放增益为1时，电路所输入信号的频率，这是电路所能正常工作的最大频率，它是运放重要的指标之一，其中角频率的表示方法如下：
Cc GB m 1g =单位增益带宽： （3）相位裕度
电路有至少四个极点和两个零点，假定 z2、p3、p4 以及其它寄生极点都远大于 GBW ，若不考虑零点z1，仅考虑第二极点p2，那么这是一个典型的两极点决定的系统。为保证系统稳定，通常要求有 63°左右的相位裕度，即保持频率阶跃响应的最大平坦度以及较短的时间响应。 但在考虑 z1之后， 这个右半平面 （RHP ） 的零点在相位域上相当于左半平面 （LHP ）的极点，所以相位裕度会得到恶化。同时如果为了将两个极点分离程度增大，则补偿电容Cc 就要增大，这也会使得零点减小，进一步牺牲相位裕度。
（4）最终设计参数：
m1 pmos w=32u l=1.6u
m2 pmos w=32u l=1.6u
m3 nmos w=4u l=1.6u
m4 nmos w=4u l=1.6u
m5 pmos w=32u l=1.6u
m6 pmos w=32u l=1.6u
m7 pmos w=20u l=1.6u
m8 nmos w=8u l=1.6u
C 0.15PF
R1 0.1k
直流电源 5v
交流电压源 1v
静态电压源 2.5v
直流电流源 35uA
3 cadence软件仿真
3.1 schematic原理图绘制
根据上述设计好的指标，在schemetic中绘制电路图，其中一点值得注意的是这里所用到的MOS管宽长都比较大，所以采用将各个管拆分成多个管并联的方式进行电路图绘制，这样还能减少栅极上的寄生电阻。电路图检测没有错误后，然后生成符号，如图 3.2所示。
图3.1 二级运算放大电路schematic原理图图3.2 二级运算放大器生成符号
3.2 生成测试电路
仿真的电路图连接方式有两种，一种是利用上述电路检查并保存后建立symbol模型，在此模型的基础上进行直流电源，直流电流源以及交流源的连接如图。另一种可以直接在电路图的基础上添加激励源然后进行仿真；两种连接方式如下图。
图3.3 二级运算放大电路生成测试图（1）图3.4 二级运算放大电路生成测（2）
3.3 电路的仿真与分析
对于模拟设计环境ADE 来说，默认的仿真器是 spectre ，这里直接采用 spectre 对设计进行仿真和分析。
3.3.1直流仿真
为了让运放正常工作，保证8个MOS 管工作饱和区，要求VTH VGS VDS ->，同时过驱动电压不能太大，否则沟道长度调制效应明显，而且输出摆幅受到限制。其仿真报告如下：
图3.5 直流仿真 图3.6 仿真报告 通过一一验证检查，报告结果显示8个管子均处于饱和状态，这说明二级运算放大器可以正常放大工作，在此基础上接下来可以进行交流仿真的工作。
3.3.2交流仿真 根据增益的基本公式in
out v V V A =，要想观察二级运放的增益特性曲线，我们可以使输入交流电压为1V ，通过交流仿真得到输出电压与频率的关系曲线，那么该曲线就是我们想 要的增益特性曲线。图像如图所示：
图3.7为二级运算放大器的增益仿真，运放增益达到40db ，截止频率接近80MHz ，这一结果符合题目要求。图3.8为二级运算放大器的相位仿真，通常相位裕度达到60度时，电路比较稳定，由于各种原因，本次实验结果中显示在频率接近80MHz ，相位并未 达到60度。
图3.7 增益仿真
图3.8 相位仿真
3.4 版图绘制
在二级运算放大器中，我们要求输出差分对管m1和m2对称，电流源m5、m6和m7对称，有源负载m3和m4对称，其中的电阻和电容不要求对称性，而且对电容的上下极板的接法没有要求。图3.9是二级运算放大器的整体版图设计，因为考虑到LVS验证并不比对各个MOS管的宽长比，所以本次版图每个MOS管的宽长比并没有与电路图MOS管一一对应。本次版图设计我们主要考虑的是MOS管的对称性，所以对各个部分的MOS管
的对称问题上进行了详细的说明。
图3.9 二级运算放大器版图绘制
3.4.1差分对版图设计
设计规则：
（1）为了保证差分对管m1和m2的对称性，采用共质心设计将m1拆分成m1a和m1b，将m2拆分成m2a和m2b，交叉放置。
（2）如果输入管宽长比较大，将m1a、m1b、m2a和m2b管拆分成多个管并联的方式，还能减少栅极上的寄生电阻。
（3）差分对管m1和m2为PMOS管，为保证两个管良好的对称性，最后在周围布上一圈N阱接触。
（4）为提高差分对管m1和m2结构的匹配性，差分对管端的连线尽量在m1和m2之间通过。
（5）为了保证运算放大器的对称性，运算放大器中所有晶体管的栅极都要朝着同一个方向。
（6）输入引线一定要尽量短，而且尽量用最上级层金属设计，且输入输出引线尽量远离
尽量不要交叉。
图3.10 差分对版图设计
3.4.2电流源版图设计
二级运放电器的电流源由m5、m6和去m7构成，由于一般电流源要求几个MOS管之间的对称，因此一般采用叉指结构实现，假设电流源m6、m5和去m7 的宽长的比例为1:2:4，将3个MOS拆分，也是重点考虑m5和m7管的对称性的高优先级，将m5和m7管利用叉指结构方式设计，属于高度对称版图设计。
为了保证运算放大器的对称性，运算放大器中所有晶体管的栅极都要朝着同一个方向。输入引线一定要尽量短，而且尽量用最上级层金属设计，且输入输出引线尽量远离尽量
不要交叉。
图3.11 二级运放电器的电流源
3.4.3负载MOS管版图设计
该运算放大器的负载MOS管由m3和m4构成，为电流镜结构，为保证运算放大器的对
称性，负载MOS管一定要采取输入差分对管结构一致的共质心对称结构，采用共质心设计将m3拆分成m3a和m3b，将m4拆分成m4a和m4b，交叉放置。
图3.12 负载MOS管版图设计
3.5 DRC & LVS版图验证
3.5.1 DRC验证
为了熟悉MOS管的具体结构，本次的版图均是手绘，没有采用pdk的方式进行直接调用，所以在手绘过程中，每完成一部都要进行DRC检查，通过验证报告，可以知道所涉及的图形尺寸，宽度，间距及层与层之间的相对位置是否符合预定的设计规则，避免错误积累。
图3.13 DRC验证图3.14 DRC验证报告0错误
3.5.2 LVS验证
LVS验证的是版图的提取与电路原理图之间的比对情况，因此这两个文件一定要具备，在任何细节上都不能有差错，其中在提取的时候需要注意两个问题，一是引脚pin的类型，电源，电流源和地属于inputoutput类型，输入类型是input，输出类型是output。二是还有字母大小写问题，两者要么都是大写，要么都是小写，一定要与电路图一一对应，只要有一项不对应，LVS验证就不会成功。
图3.15 LVS验证图3.16 LVS验证报告比对结果
4结论
1.本次设计的基本要求是掌握cadence软件的使用方法和学会建立库和cell文件。
2.掌握版图设计的基本规则要求，为了防止错误积累，每完成一部分就要DRC验证一下，观看验证报告就可以知道错误的情况。
3.LVS验证的注意版图的提取与电路原理图之间的匹配情况，在引脚pin的类型和字母大小方面，一定要与电路图一一对应，这样LVS验证才会成功。
5参考文献
[1]陆学斌.集成电路版图设计-北京:北京大学出版社,2012.11.
专业综合设计报告题目：二级运算放大电路
姓名：
学号：
专业：电子科学与技术
学院：电子与信息工程学院
指导教师：
摘要 本次电路设计课题是音频小信号放大电路，它属于模拟电路课程设计，所以实验中就需要用到大量的模拟电路知识。对于音频小信号放大电路它是由两级放大电路组成，第一部分是运用到了两级负反馈放大电路，旨在放大电压，第二部分OCL功率放大电路采用复合三极管，目的放大电路电流。两部分放大电路的设计根本目的就是为了将小信号放大为一个大信号而不失真。失真这是设计音频放大电路中的一个难点，电路的巧妙设计可以有效的避免失真，电容的运用是解决失真的关键。
目录 1 选题背景 (2) 1．1 指导思想 (2) 1．2 方案论证 (2) 1．3 基本设计任务 (2) 1．4 发挥设计任务 (2) 1．5电路特点 (3) 2 电路设计 (3) 2.1 总体方框图..................................... 错误！未定义书签。 2.2 工作原理 (3) 3 各主要电路及部件工作原理 (3) 3.1 第一级—输入信号放大电路 (4) 3.2 NE5532简要说明................................. 错误！未定义书签。 3.3 第二级—功率放大电路........................... 错误！未定义书签。 3.4 直流信号过滤电路 (6) 4 原理总图 (7) 5 元器件清单 (7) 6 调试过程及测试数据（或者仿真结果） (7) 6.1 仿真检查 (8) 6.1.1第一级仿真检查 (8) 6.1.2第二级仿真检查 (9) 6.2 通前电检查 (10) 6.3 通电检查 (10) 6.3.1第一级电路检查 (10) 6.3.2第二级电路检查 (10) 6.3.3完整电路检查 (10) 6.4 结果分析 (10) 7 小结 (10) 8 设计体会及今后的改进意见 (11) 8.1 体会 (11) 8.2 本方案特点及存在的问题 (11) 8.3 改进意见 (11) 参考文献 (12)
射 频 课 程 设 技 论 文 院系：电气信息工程学院 班级：电信2班 姓名：贾珂 学号：541101030211
1射频小信号放大器概述 射频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，所谓小信号,一是信号幅度足够小,使得所有有源器件(晶体三极管,场效应管或IC)都可采用二端口Y参数或线性等效电路来模型化;二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系.从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;. 小信号谐振放大器除具有放大功能外,还具有选频功能,即具有从众多信号中选择出有用信号,滤除无用的干扰信号的能力.从这个意义上讲,高频小信号谐振放大电路又可视为集放大,选频一体,由有源放大元件和无源选频网络所组成的高频电子电路.主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器. 其中射频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。2电路的基本原理 图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级单调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻R b1、R b2及Re决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 (原文件名:1.jpg)
一、选择正确答案填入空内，只需填入A 、B 、C 、D 1．已知图示电路中晶体管的100≈β，Ω≈k 1be r ，在输入电压为有效值等于10mV 的1kHz 正弦信号时，估计输出电压有效值为____。（ A ．0.5V ， B ．1V ， C ．2V ， D ．5V ）。 2k Ω L 2. 放大电路如图所示，已知硅三极管的50=β，则该电路中三极管的工作状态为（ ）。 3. 放大电路如图所示，已知三极管的05=β，则该电路中三极管的工作状态为（ ）。 4. 放大电路A 、B 的放大倍数相同，但输入电阻、输出电阻不同，用它们对同一个具有内阻 的信号源电压进行放大，在负载开路条件下测得A 的输出电压小，这说明A 的（ ）。 A. 输入电阻大 B. 输入电阻小 C. 输出电阻大 D.输出电阻小 5. 关于三极管反向击穿电压的关系，下列正确的是（ ）。 A. EBO BR CBO BR CEO BR U U U )()()(>> B. EBO BR CEO BR CBO BR U U U )()()(>> A. 截止 B. 饱和 C. 放大 D. 无法确定 A. 截止 B. 饱和 C. 放大 D. 无法确定
C. CEO BR EBO BR CBO BR U U U )()()(>> D. CBO BR CEO BR EBO BR U U U )()()(>> 6. 在三极管放大电路中，下列等式不正确的是（ ）。 A.C B E I I I += B. ?B C I βI C. CEO CBO I I )1(β+= D. βααβ=+ 7. 图示电路中，欲增大U CEQ ，可以（ ）。 A. 增大Rc B. 增大R L C. 增大R B1 D. 增大β 8、射极输出电路如图所示，分析在下列情况中L R 对输出电压幅度的影响，选择：2 （1）．保持i U 不变，将L R 减小一半，这时o U 将____； （2）．保持s U 不变，将L R 减小一半，这时o U 将____。 （A ．明显增大， B ．明显.减小， C ．变化不大） 9、在共射、共集、共基三种组态的放大电路中____的电压放大倍数u A 一定小于1，____的电流放大倍数i A 一定小于1，____的输出电压与输入电压反相。（A ．共射组态， B ．共集组态， C ．共基组态） 10、已知图示电路中晶体管的50≈β，Ω≈k 2be r ，在输入电压为有效值等于10mV 的1kHz 正弦信号时，估计输出电压有效值为________。（ A ．0.2V ， B ．0.5V ， C ．1V ， D ．2V ）
集成运算放大器的设计方法 运算放大器电路大全 我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。 在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。 1．1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。 绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。 单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。(参见1.3节) 图一 通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中使用的运放基本上都是
项目支持：北京市科技攻关项目，农业节水灌溉监测与控制设备研制与开发（D0706007040191）国家“十一五”科技支撑计划农产品流通过程信息化关键技术与系统研发（2006BAD10A04） 国家“十一五”科技支撑计划灌区地下水开发利用关键技术（2006BAD11B05） 微弱信号检测的前置放大电路设计 张石锐1，2，郑文刚2*，黄丹枫1，赵春江2 （1.上海交通大学农业与生物学院上海市 200240 2.国家农业信息化工程技术研究中心北京市 100097） 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求，论文设计了以电流电压转换器，仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离，提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路，并利用微弱低频信号进行了测试，得到了理想的效果。 关键字：精准农业、微弱信号检测、仪表放大器、前置放大电路 中图分类号：TN721.5 文献标识码：A The design of preamplifier circuit based on weak signal detection ZHANG Shi-rui1，2，ZHENG Wen-gang2，HUANG Dan-feng1，ZHAO Chun-jiang2 (1. School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China 2. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing, 100097, China) Abstract：Combined with the demand of the detection of weak signal in precision agriculture, the article introduced the circuit principle of deigning preamplifier circuit whit I/V Conversion level, instrumentation amplifier level and low-pass filter level. At the same time the article discussed the circuit's noise suppression and isolation according to the characteristics of the weak signal, and gave the method of choosing elements and noise reduction. Finally, gave the design of the weak signal detection pre-amplifier using the program-controlled integrated instrumentation amplifier PGA202. Key words: precision agriculture ，weak signal detection, instrumentation amplifier, preamplifier 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。
习题答案 5.1 在题图5.1所示的电路中，已知晶体管V 1、V 2的特性相同，V U on BE 7.0,20)(==β。求 1CQ I 、1CEQ U 、2CQ I 和2CEQ U 。 解：由图5.1可知： BQ CQ BQ )on (BE CC I I R R I U U 213 1 1+=--即 11CQ11.01.4 2.7k 20I -7V .0-V 10CQ CQ I I k +=Ω Ω ? 由上式可解得1CQ I mA 2≈ 2CQ I mA I CQ 21== 而 1CEQ U =0.98V 4.1V 0.2)(2-V 1031=?+=+-R )I I (U BQ CQ CC 2CEQ U =5V 2.5V 2-V 1042=?=-R I U CQ CC 5.2 电路如题图5.2所示，试求各支路电流值。设各晶体管701.U ,)on (BE =>>βV 。 U CC (10V) V 1 R 3 题图5.1
解：图5.2是具有基极补偿的多电流源电路。先求参考电流R I ， ()815 17 0266..I R =+?---=（mA ） 则 8.15==R I I （mA ） 9.0105 3== R I I （mA ） 5.425 4==R I I （mA ） 5.3 差放电路如题图5.3所示。设各管特性一致，V U on BE 7.0)(=。试问当R 为何值时，可满足图中所要求的电流关系？ 解： 53010 7 0643..I I C C =-==（mA ） 则 I 56V 题图 5.2 R U o 题图5.3
2702 1 476521.I I I I I I C C C C C C == ==== mA 即 2707 065.R .I C =-= （mA ） 所以 61927 07 06...R =-= （k Ω） 5.4 对称差动放大电路如题图5.1所示。已知晶体管1T 和2T 的50=β，并设 U BE (on )=0.7V,r bb ’=0,r ce =。 (1)求V 1和V 2的静态集电极电流I CQ 、U CQ 和晶体管的输入电阻r b’e 。 (2)求双端输出时的差模电压增益A ud ，差模输入电阻R id 和差模输出电阻R od 。 (3)若R L 接V 2集电极的一端改接地时，求差模电压增益A ud (单),共模电压增益A uc 和共模抑制比K CMR ,任一输入端输入的共模输入电阻R ic ,任一输出端呈现的共模输出电阻R oc 。 (4) 确定电路最大输入共模电压围。 解:(1)因为电路对称，所以 mA ...R R .U I I I B E EE EE Q C Q C 52050 21527 062270221=+?-=+?-== = + V 1 V 2 + U CC u i1 u i2R C 5.1k ΩR L U o 5.1kΩ R C 5.1k Ω R E 5.1k Ω -6V R B 2k Ω 题图5.1 R B 2k Ω + － R L /2 + 2U od /2 + U id /2 R C R B V 1 (b) + U ic R C R B V 1 (c) 2R EE + U
课程设计报告 学生姓名:张浩学学号：201130903013 7 学 院:电气工程学院 班 级: 电自1116(实验111） 题 目: 模电音频功率放大电路设计 指导教师：张光烈职称: 2013 年 7月 4 日
1、设计题目：音频功率放大电路 2、设计任务目的与要求： 要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8。 指标：频带宽50HZ～20kHZ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W；输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 模电这门课程主要讲了二极管，三极管，几种放大电路，信号运算与处理电路，正弦信号产生电路，直流稳压电源。功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出频率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器。本实验设计的是一个OTL功率放大器，该放大器采用复合管无输出耦合电容，并采用单电源供电。主要涉及了放大器的偏置电路克服交越失真，复合管的基本组合提高电路功率，交直流反馈电路，对称电路，并用multism软件对OTL 功率放大器进行仿真实现。根据电路图和给定的原件参数，使用multism 软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。 3、整体电路设计： ⑴方案比较： ①利用运放芯片 LM1875和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源分别接+30v和-30v并且电源功率至少要50w，输出功率30w。 ②利用运放芯片TDA2030和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源只需接+19v，另一端接地，负载是阻抗为8Ω的扬声器，输出功率大于8w。 通过比较，方案①的输出功率有30w，但其输入要求比较苛刻，添加了实验难度。而方案②的要求不高，并能满足设计要求，所以选取方案②来进行设计。 ⑵整体电路框图：
摘要 集成电路掩膜版图设计是实现电路制造所必不可少的设计环节，它不仅关系到集成电路的功能是否正确，而且也会极大程度地影响集成电路的性能、成本与功耗。 本文依据基本CMOS集成运算放大电路的设计指标及电路特点，绘制了基本电路图，通过Spectre进行仿真分析，得出性能指标与格元器件参数之间的关系，据此设计出各元件的版图几何尺寸以及工艺参数，建立出从性能指标到版图设计的优化路径。运算放大器的版图设计，是模拟集成电路版图设计的典型，利用Spectre 对设计初稿加以模拟，然后对不符合设计目标的参数加以修改，重复这一过程，最终得到优化设计方案。最后根据参数尺寸等完成了放大器的版图设计以及版图的DRC、LVS验证。 关键词：集成电路，运算放大器，版图设计，仿真
ABSTRACT Integrated circuit layout design is an essential design part to realize circuit mask manufacturing, it is not only related to the integrated circuit to function correctly, but also can greatly affect the performance of the integrated circuit, the cost and the power consumption.Based on the basic CMOS integrated operational amplifier circuit characteristic and design target, we have rendered the basic circuit diagram, and simulation by Spectre, the simulated results are derived parameters and their relationship between determining factors, thereby defining a line with the design target domain size and processing parameters, finally we builded an optimization from the performance index to layout design .Operational amplifier IC layout design, is the design model of analog integrated circuit layout . Here we used Spectre to design draft which should be simulated, then modified which do not comply with the design goals of the parameters , repeat the process, and finally get the optimization design scheme. Finally, according to the parameters such as size finished the amplifier layout design and the DRC, LVS verification. KET WORDS: Integrated circuit, Operational amplifier, layout design, Simulation
通信基本电路课程设计报告设计题目：高频小信号放大电路 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 教师评分
目录 一、设计任务与要求 (2) 二、总体方案 (2) 三、设计内容 (2) 3.1电路工作原理 (3) 3.1.1 电路原理图 (3) 3.1.2 高频小信号放大电路分析 (3) 3.2 主要技术指标 (6) 3.3仿真结果与分析 (10) 四、总结及体会 (12) 五、主要参考文献 (13)
一、设计任务与要求 1、主要内容 根据高频电子线路课程所学内容，设计一个高频小信号谐振放大器。通过在电路设计中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。 2、基本要求 设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为： (1) 谐振频率04MHz f =； (2) 谐振电压放大倍数04060dB v dB A ≤≤； (3) 通频带300Hz BW K =。 二、总体方案 小信号调谐放大器是各种电子设备、发射和接收机中广泛应用的一种电压放大器。其主要特点是晶体管的输入输出回路（即负载）不是纯电阻，而是由L 、C 元件组成的并联谐振回路。 小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分：有单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。按晶体管连接方法区分：有共基极、共发射极和共集电极放大器。 高频小信号谐振放大器的作用、电路组成、及工作原理，与低频小信号放大电路是基本一致的。不同的是：一是在高频小信号谐振放大器中，所放大信号的频率远比低频放大电路信号频率高；二是高频小信号谐振放大器的频宽是窄带（要求只放大某一中心频率的载波信号）。因此，首先在电路组成上应将低频放大电路中的低频三极管换成具有更高功率晶体管和LC 并联谐振回路。 三、设计内容 1.电路工作原理
中北大学 课程设计说明书 学生姓名:罗再兵学号： 0906044151 学院: 电子与计算机科学技术学院 专业: 电子科学与技术 题目: 信号放大滤波电路设计 指导教师：孟令军职称: 副教授 2011 年 12 月 30日
目录 1、设计任务 (2) 2、设计目的 (2) 3、设计方案 (2) 4、参考电路设计与分析 (3) 4.1、同相比例放大器 (3) 4.2、二阶压控电压源低通滤波器 (3) 4.3、二阶压控电压源高通滤波器 (4) 5、信号放大滤波电路 (5) 5.1信号放大滤波电路设计 (5) 5.2信号放大滤波电路仿真 (6) 5.3信号放大滤波电路性能评估 (8) 5.4信号放大滤波电路PCB板图 (8) 6、设计仪器设备 (9) 7、设计心得 (9)
一. 设计任务 1、查阅熟悉相关芯片资料； 2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总放大倍数为12； 3、并通过高通、低通滤波电路滤波； 4、利用PROTEL 绘制电路原理图和印刷板图，并利用multisim 软件仿真。 二. 设计目的 1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程。 2、学习使用PROTEL 软件绘制电路原理图和印刷版图。 3、掌握应用multisim 对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的 正确性。 三．设计方案 由设计题目和设计要求可知，设计此电路需要用到集成运算放大器和高 低通滤波电路，首先信号放大12倍，我们选用同相比例放大器放大，该电路结构简单，性能良好；滤波电路部分我们选用典型的二阶压控电压源低通滤波器和二 阶压控电压源高通滤波器，该电路具有电路元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。设计框架图如下： 信号输入 信号输出 图1 信号放大滤波电路设计方案 图1为信号放大滤波电路设计方案。在这一方案中，系统主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。 由于要求实现信号的3级放大，总放大倍数为12，信号经过同相比例放大器 后放大12倍，再经过二阶压控电压源低通滤波器（在通频带内增益等于1）过滤掉高频信号而留下所需频率信号，然后再经二阶高通滤波器（在通频带内增益等于1）后就可以得到我们所需频段的信号。 同相比例放大器 二阶压控电压源低通滤波器 二阶压控电压源高通滤波器
运算放大器设计 电子竞赛初赛设计方案姓名：刘俊贤学号：班级： 2019301951 08031301 实验一：用集成运放设计一个能实现V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3) 的加法电路 一．实验要求 用集成运放设计一个能实现V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3)的加法电路。设计步骤： （1）根据已知条件，确定电路方案，计算并选取各电路元件参数； （2）在输出波形不失真的情况下，测量输入、输出波形的幅度，使之满足设计要求 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器件。当外界接入线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活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。 在大多数情况下，将运放看成是理想的，有以下三条基本结论: （1）开环电压增益Av=∞。 （2）运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V+ = V-，成为虚短。（3）运算放大器同相和反相两个输入端电流可视为0，成为虚断。 三．实验分析设计 题目要求设计能实现 V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3) U0Ui .. 的加法电路，分析得： （1）输出与输入反相，则采用反相加法运算电路。（2）由基本反相比例放大器的增益公式Auf= =- RfR1
可进一步推出反相加法 运算公式u=-(Rfu+Rfu+Rfu)，则Rf=4 Rf=3 Rf=2，所以设计 0i1i2i3 R1R2R3R1R2R3 Rf=120kΩ,R1=30kΩ,R2=40kΩ,R3=60kΩ （3）Vi1=100mV,Vi2=200mV,Vi3=300mV,三者频率都为1kHz的正弦信号，使输出波形不失真，观察并记录结果。反相加法运算电路如下图所示： 四、仿真结果 理论计算（峰值）： u0=-(4*100+3*200+2*300)=1600mV 实验测得（峰值）： ' u0=1.590V ' u0≈u0 所以该设计较合理。 实验二 RC文氏桥振荡器输出正弦波 一、实验要求 根据文氏电桥振荡电路原理，设计一个正弦波发生器电路。设计任务： (1) 输出正弦波的振荡频率为1KHZ； (2) 振荡频率的测量值与理论值的相对误差 二、实验原理 文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路，它是一种较好的正弦波产生电路，适用于频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，为了产生正弦波，必须在放大电路中加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构
高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日
目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19)
一、选题的意义 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。
二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线
, 课程设计 课程名称_模拟电子技术课程设计 题目名称音频功率放大电路 $ 学生学院 专业班级 学号 学生姓名__ 指导教师 : 2010 年 6 月 20 日
— 音频功率放大电路课程设计报告 一、设计题目 题目：音频功率放大电路 二、设计任务和要求 ` 1）设计任务 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。 2）设计要求 频带宽50H Z ～20kH Z ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W； 输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 三、原理电路设计 功率放大电路： % 功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。也就是把输入的模拟信号经被放大后,去推动一个实际的负载工作，所以要求放大电路有足够大的输出功率，这样的放大电路统称为功率放大电路。而音频功率放大器的作用就是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能地小，效率尽可能的高。随着半导体工艺,技术的不断发展,输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现,也给功率放大器的发展带来了新的生机。总之，功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率,故功率放大器应具有以下几个主要特点： 1. 输出功率要足够大 工作在大信号状态下,输出电压和输出电流都很大.要求在允许的失真条件下,
机械与电气工程学院 《模拟电子技术》课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
课题名称：小信号多级放大电路设计 一、设计目的 1．通过本课程设计，掌握晶体管放大电路工作原理。 2．熟悉简单模拟电路的设计方法和主要流程。 3．学习模拟电路的制作与调试方法。 二、设计要求 1．输入电压：Vi p-p =30mV。 2．输入电阻:10k～40k。 3．频率特性:100HZ～100kHZ。 4．总谐波失真度（THD）≦3%。 5．供电电压：15V。 6.电压增益：100倍。 7．全部用分立元器件组成，不得使用集成运算放大器等集成电路。核心部分必须包含两级共射放大电路，耦合方式自选，在确保指标的前提下可自行添加其他电路。 8. 所有元器件必须为标准件，且平均每级电路中包含的电位器个数不得超过1个（其中指标为增益可调的电路，每个电路的电位器总个数可增加1个）,最多不超过3个。 三、方案设计 1．负反馈的类型 在输出端，取样方式分为电压取样（电压反馈）和电流取样（电流反馈），在输入端，比较方式分为串联比较（串联反馈）和并联比较（并联反馈）。因此负反馈放大电路有四种类型：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。 2．负反馈对放大电路性能的影响 （1）引入负反馈使增益下降 闭环增益表达式为 =A/(1+AF) A f 其中D=1+AF为反馈深度。深度负反馈D>>1条件下
A f ≈1/F (2)负反馈提高增益的稳定性易得: d A f / A f =d A/(1+AF)*A=d A/D*A 上式表明，反馈越深，闭环增益的稳定性越好。（3）负反馈对输入电阻和输出电阻的影响 串联负反馈使R i 增加，并联负反馈使R i 下降。程度取决于反馈深度： R if =（1+AF）R i （串联负反馈） R if = R i /（1+AF）（并联负反馈） 电压负反馈使R o 下降，电流负反馈使R o 增加。程度上取决于反馈深度： R of =（1+AF）R o （电流负反馈） R of =R o /(1+AF) (电压负反馈) （4）负反馈展宽频带 基本放大电路高、低频响应均只有一个极点时，闭环上、下限截止频率为： f Hf =(1+AF)f H f Lf =f L /(1+AF) 3.方案确定 输入电阻：10k～40k，分析可知电路具有输入电阻较大的特点，则电路第一级要引入共集电路提高输入电阻。输出电阻：<1k，不是太小，则输出级不需要引入共集电路。电压增益：100倍，且题目要求必须要有两级共射电路，则电路分为两级共射放大。频率特性:100HZ～100kHZ，每一级的电容耦合，本来用10uF,但是通频带在仿真的时候下限只能达到290HZ，上限能达到4.5MHZ。所以用47uF电容耦合，能展宽通频带。 四、电路设计 设计电路图如图1所示
长春工程学院 高频电子线路课程设计（论文）题目：高频小信号放大电路设计 学院：电子与信息工程学院 专业班级：电子0942班 学号：20号、31号、9号、26号 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2011.9.22~2011.10.20 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
内容摘要 高频小信号谐振放大电路 摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。 关键词： 1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。 2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数） 3.通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。 4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。 工作计划： 1.确定电路形式。 2.设置静态工作点。 3.计算谐振回路的参数。 4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。
content of marketing plan Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods, resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective (usually rectangular coefficient Kr0.1). Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency. 2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain (magnification) 3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW. 4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio. Work plan: 1 to determine the circuit form. 2 set the quiescent operating point. 3 calculate the resonant circuit parameters. 4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor. 设计任务说明