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运放设计原理

运放设计原理

一、集成电路及其特点

集成电路是利用氧化,光刻,扩散,外延,蒸铝等集成工艺,把晶体管,电阻,导线等集中制作在一小块半导体(硅)基片上,构成一个完整的电路。

按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类,其中集成电路运算放大器(线性集成电路,以下简称集成运放)是模拟集成电路中应用最广泛的,它实质上是一个高增益的直接耦合多级放大电路。

集成电路的特点

1.单个元件精度不高,受温度影响也大,但元器件的性能参数比较一致,对称性好。

适合于组成差动电路。

2.阻值太高或太低的电阻不易制造,在集成电路中管子用得多而电阻用得少。

3.大电容和电感不易制造,多级放大电路都用直接耦合。

4.在集成电路中,为了不使工艺复杂,尽量采用单一类型的管子,元件种类也要少所以,集成电路在形式上和分立元件电路相比有很大的差别和特点。

常用二极管和三极管组成的恒流源和电流源代替大的集电极电阻和提供微小的偏量电流,二极管用三极管的发射结代替

5.在集成电路中,NPN管都做成纵向管,β大;PNP管都做成横向管,β小而PN结耐压高。

NPN管和PNP管无法配对使用。

对PNP管,β和(β+1)差别大,IB往往不能忽略。

二、集成运放电路的组成及各部分的作用

1.组成

2.作用

如图所示,集成运放电路由四部分组成,输入级是一个双端输入的高性能差动放大电阻,要求其Ri高,Aod大,KCMR大,静态电流小,该级的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数,所以更新变化最多。

中间级的作用是使集成运放具有较强的放大能力,故多采用复合管做放大管,以电流源做集电极负载。

输出级要求具有线性范围宽,输出电阻小,非线性失真小等特点。

偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点

三、集成运放的电压传输特性

1.符号

同相输入端表示输入电压与输出电压相位相同,若uP>0,则uO>0;uP<0,则uO<0.

反相输入端表示输入电压与输出电压相位相反,若uN>0,则uO<0;反之uN<0,则uO>0.

2.电压的传输特性

所谓电压传输特性,实际上是一种关系曲线如图4-3,即输出电压uo和输入电压ui之间的关系曲线。

关系曲线明显地为两个区域,线性放大区和饱和区,斜线反映了线性放大区输入与输出之间的关系。

斜率就是电压放大倍数Av=uo/ui,输出与输入幅值(或有效值)之比,两端水平线是饱和区的现象,表明输出电压uo不随输入ui=uP-uN而变,而是恒定值+Uom(或-Uom),由特性曲线还看出线性区非常窄,这是因为差模开环放大倍数Aod非常高,可达几十万倍,只有当ui=|uP-uN|<28μV时,电路才工作在线性区。

四、集成运放中的电流源电路

1.镜像电流源(图4-5.4)

1组成

由三极管T2和接成二极管T1的组成,发射结并联,即UBE1=UBE2

2工作原理

IC2=IR/(1+2/β)(4-1)

如果β>>2,则

IC2≈IR=(VCC-UBE)/R(4-2)

3问题

a)IC2随VCC变化;b)要使IC2小,R必须很大

c)对温度漂移没有抑制作用d)输出电阻不够大RO=rce2

2.威尔逊电流源(图4-7.5)

1组成

在镜像电流源基础上加了T3

2工作原理

(4-3)

其中

IR=(VCC-UBE3-UBE2)/R(4-3)

3特点和问题

恒流输入管T3的Re3≈rbe/2,使它的IC3稳定性大为提高,IC3与IR之间的误差也大大减小。

但电源电压变化时,IC3和IR几乎按同样比例变化。

要求为uA级时,R仍然太大。

3.微电流源(图4-9.6)

1组成

在镜像电流源T2管的发射极上加接电阻Re。

2工作原理

UT.ln(IC1/IC2)=IC2Re(4-4)

3特点

小而稳。

用不大的Re就可以使IC2为uA级。

由于引入Re,IC2更加稳定。

由于UBE2<

4.多路电流源

用同一个参数电流IR,同时产生几个输出电流,给多个放大管提供偏置电流或作为有源负载。

5.电流源的应用

1为集成运放各级提供小而稳的偏置电流

2作为各放大级的有源负载,提高电压增益。

优点:

(a)用三极管代替大电阻,节省硅片面积,降低成本。

(b)用较少的级数可获得很高的增益,由于级数少和电路输出阻抗大,集成运放的消振问题容易解决

(c)由于放大管集电极电流与集电极电位无关,电路可以在很宽的电源电压范围内工作而偏置电流基本不变。

画图习惯与速度

[前言]

我在看资料时看到这样一个词组Human Engineering ,这是在软件开发过程中考虑使

用者操作习惯时所使用的一个术语。

其中所要考虑的除了符合大众思维外,还要能

加快操作速度。

本文通过举例来说明个人操作习惯与速度的关系。

[正文]

在使用相同软件进行layout时,影响画图速度的一些因素可能有:

对软件菜单的熟

悉程度,自定义的合理性和操作习惯。

对于第三方面而言,不同人有着明显的差异

性;同一个人的不同习惯,在某些看似微小的细节上也有着很大的不同。

以下来做

一个小小的实验:

实验要求:

  在名为test的layout cellview中有二个同一标准库中的不同cell instance,要

求将两个instance底部水平对齐,并使左边的instance的原点落在cellview的原点上。

操作1:

Step1  select both (mouse)                 1.1

Step2  move origin                         1.5

Step3  zoom in(mouse)                      1.1

Step4  align+hit(mouse)                    1.5

Step5  hot key “w” –zoom out            0.2

Step6  select 2nd                          0.5

Step7  hot key “m”-move                  0.2

Step8  zoom in (mouse)                     1.1

Step9  align+hit (mouse)                   1.5

Step10  hot key “w” –zoom out           0.2

Step11  zoom in (mouse)                    1.1

Step12  align+hit (mouse)                  1.5

--------------------------------------------------------------

Total                                       11.5

操作2:

Step1  select both (mouse)                 1.1

Step2  zoom in (mouse)                     1.1

Step3  hot key “m” – move               0.2

Step4  align+hit (mouse)                   1.5

Step5  hot key “f” –fit                 0.2

Step6  hotkey “shift+z” –zoom out       0.6

Step7  zoom in (mouse)                     1.1

Step8  align+hit (mouse)                   1.5

Step9  hot key “w” – zoom out           0.2

Step10  select 2nd                         0.5

Step11  hot key “m”-move                 0.2

Step12  zoom in (mouse)                    1.1

Step13  align+hit (mouse)                  1.5

Step14  hot key “w” –zoom out           0.2

Step15  zoom in (mouse)                    1.1

Step16  align+hit (mouse)                  1.5

--------------------------------------------------------------

Total                                        13.6

操作3:

Step1  select both (mouse)                 1.1

Step2  hot key “q” –property            0.2

Step3  select string (mouse)               0.5

Step4  key “0”                           0.2

Step5  select string (mouse)               0.5

Step6  key “0”                           0.2

Step7  choose “apply”                    1.1

Step8  choose “next”                     0.5

Step9  select string (mouse)               0.5

Step10  key “0”                          0.2

Step11  choose “ok”                      1.1

-----------------------------------------------------------------

Total                                         6.1

以上三种操作均能满足要求,但明显相差很大,这就是大致能揭示为什么有些人画得快,而有些画得慢的秘密了。

还有一个例子,比如工作中我们要在许多操作窗口(terminal)之间来回切换,有人喜欢鼠标在窗口上就将窗口

激活,有人却是要点击窗口才将其激活,其实一次也只是相差0.2秒,但一天下来就有无数的0.2秒的差距了。

[结尾]

由此可见,一个良好的操作习惯,对于提高我们的画图速度是有相互关系的。

如何合理的安排操作,并养成

好的习惯对提高速度也是相当重要的。

前言:

 本人从事手工布线时间不是很长,提不上什么经验与大家分享!

只是有一些建议可以给大家参考,免得初学者不知道如何着手,又要走上不少弯路。

正文:

做layout很辛苦,动辄一个电路就能让你晕头转向。

所以手工布局布线,要的是

有层次结构和足够的认真和仔细。

不从民族情结来讲,我们还是应该向小日本学习,就是严谨!

!

(虽然在我看来

他们是有些近似苛刻,但这一点十分重要!

),如果说他们条条框框太多,我们学不来,

那就简单一点--条理性!

!

(讲得太多就是罗嗦了!

!

这一点也说明,layout让女生做

比较合适。

(这里只讲实际操作时的想法,对数据准备略过。

具体想法如下:

(1)熟悉并拆分电路

  熟悉你所要layout的电路,把电路进行划分,了解每部分的重要程度和相互依存的关系,

就是有些部分可以画到一起,有的要把一些其他部分包含在里面。

找出电路的对称性及

相似性(版图上可以直接copy过来用的)。

知道哪里出线多,哪里出线少。

(2)评估与计划

  评估电路,比如用到多少个Macro,占总面积多少?

用到多少个Cell,占总面积多少?

standard cell 所占面积与其要布线的面积之比,等等。

评估要分几部分进行layout,

每部分要占多大面积,要花多少时间?

整体要花多少时间?

什么时候要来layout哪一部分...

(3)布局和摆放

  根据评估的大小,对各部分进行摆放(如果只是做macro,就是macro中的小部分,

如何连接到一起。

),以达到最好的效果和连线方式。

规化走线空间和走线路径,

重要的是power/ground,和较为重要的线的整体走向,以达到简洁和安全。

(4)标记版图

  对应电路,在版图上打label(或者加pin,或者加属性),一是知道已经画好是哪一部分电路,

二是知道是否连接正确。

一层层下来,由小部分组成较大部分,再由较大部分组成大部分,

越来越复杂时,layout工程师所做的记号就相当重要,好比一个好的程序员,会写上注释一样的重要。

结尾:

做layout,没有什么好教的,就像师傅教徒弟一样,有些生硬,所以要依靠工具和

好的想法。

相信你自己!

!

规划好了,画的时候就不要想了,先摆cell后布线!

!

(画的时候才想,速度就上不去了!

!

 

PCBLayout实战资料

作者:

不详    文章来源:

PCBTech    点击数:

163    更新时间:

2005-4-14

Layout(PC板佈線)是結合科技藝術的工作,同樣的線路,由不同的人所Layout來,效果就是不同,可能是排版的不同或走線的方式不同。

只要稍下功夫,有道是熟能生巧,那Layout這個工作,將帶來無比的挑戰與成就感。

  Layout工作,在整個過程當中,扮演了承先啟後的角色,不但要實現原設計者的構想又要能使PC板廠生產順利,加工廠加工之後,測試人員的測試及製造者成本降低,所以Layout之工作必需有一顆細膩的心,因為這是一個最先期之前導工作,Layout不好,整個機器運作情況便無法有效發揮。

  一般從研發設計開始到成品完成,其流程如下圖所示:

CAD製作步驟:

●先檢查客戶提供之LAYOUT資料,項目如下:

外型尺寸是否標註清楚,有無漏標註之處。

NETLIST,零件編號,是否無誤。

零件包裝是否有提供實物或圖面。

零件擺放位置是否有固定位置或可任意擺放。

須與客戶討論接地和電源線路有無特別要求,線路的阻抗要求,最小線寬、最小線距的設定。

●實際LAYOUT的流程:

設定原點

建立板框

載入連線關係表

設定LAYOUT規則

設定各層顏色

修改線寬

擺放零件

做最短連線規劃

做密度分析

設定貫孔大小

設定繞線的配對層

開始繞線

檢查未拉線

檢查安全距離

檢查電源層

將參考位置搬到適當位置並加以排列

標示各層對位孔及文字

轉出GERBERFILES

儲存檔案

●LAYOUT應注意事項:

如果兩個銲點之間,只走一條線,應儘量走在中間,以減少短路的機會。

繞線時,除非不得已的情況下,不要走90度角,容易造成斷裂。

繞完線後,儘可能使用淚滴,以增加線與銲點的接觸面,接觸面積愈大則線愈不容易斷裂。

繞線距離板邊,最少不要低於0.5MM,以免成型時將線截斷。

文字面避免放在銲點上面,將參考位置放在實體物面積之外。

注意FPC要折彎或擺動之處,必須儘量設計不要太硬,不要舖太多的銅,使其具有良好的耐折性。

CAM的製作流程:

(1)收到GERBERFILE,先將轉出單模底片,供CAD排版設計之用。

(2)收到排版設計圖之後,先行確認各項資料,以及所要求之各項工作。

(3)CAM排版流程:

先將各層GERBERFILE確認,並定義各層屬性。

做NELIST,定義最小線寬,最小線距。

定義原點,設定板框。

將各層分別製作,並各層對齊。

做鑽孔層,定義鑽頭大小(包含銅箔,覆模,補強等)。

做各層線路之修改(依客戶指定要求),以符合客戶生產要求。

做DRC檢查,以確認所修改之線路無誤,並符合最小線寬線距之要求,若有錯誤,則繼續修改至正確無誤為止。

待各層都完成之後,則進行排版。

標示各層文字,包括(料號,層別,日期)等。

待各項動作完成之後,並進行最後檢查,確認無誤,則送至PLOTTER,進行輸出。

 [转贴]PCB设计流程(新手必读)

PCB设计流程(新手必读)

  

一般PCB基本设计流程如下:

前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->

网络和DRC检查和结构检查->制

版。

第一:

前期准备。

这包括准备元件库和原理图。

“工欲善其事,必先利其器”,要做出一块

好的板子,除了要设计好原理之

外,还要画得好。

在进行PCB设计之前,首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。

元件库可以用peotel自带的库,

但一般情况下很难找到合适的,最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。

则上先做PCB的元件库,再做SCH

的元件库。

PCB的元件库要求较高,它直接影响板子的安装;SCH的元件库要求相对比较松,

只要注意定义好管脚属性和与PCB

元件的对应关系就行。

PS:

注意标准库中的隐藏管脚。

之后就是原理图的设计,做好后就准

备开始做PCB设计了。

第二:

PCB结构设计。

这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位,在PCB设计环境

下绘制PCB板面,并按定位要求放

置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。

并充分考虑和确定布线区域和非布线

区域(如螺丝孔周围多大范围属于

非布线区域)。

第三:

PCB布局。

布局说白了就是在板子上放器件。

这时如果前面讲到的准备工作都做好的

话,就可以在原理图上生成网络表

(Design->CreateNetlist),之后在PCB图上导入网络表(Design->LoadNets)。

就看见

器件哗啦啦的全堆上去了,各管

脚之间还有飞线提示连接。

然后就可以对器件布局了。

一般布局按如下原则进行:

①.按电气性能合理分区,一般分为:

数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区

(怕干扰)、功率驱动区(干扰

源);

②.完成同一功能的电路,应尽量靠近放置,并调整各元器件以保证连线最为简洁;同

时,调整各功能块间的相对位置使功

能块间的连线最简洁;

③.对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度;发热元件应与温度敏感元件分开放

置,必要时还应考虑热对流措施;

④.I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件;

⑤.时钟产生器(如:

晶振或钟振)要尽量靠近用到该时钟的器件;

⑥.在每个集成电路的电源输入脚和地之间,需加一个去耦电容(一般采用高频性能好的

独石电容);电路板空间较密时,

也可在几个集成电路周围加一个钽电容。

⑦.继电器线圈处要加放电二极管(1N4148即可);

⑧.布局要求要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉

——需要特别注意,在放置元器件时,一定要考虑元器件的实际尺寸大小(所占面积和高

度)、元器件之间的相对位置,以

保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时,应该在保证上面原则能够体现的

前提下,适当修改器件的摆放,

使之整齐美观,如同样的器件要摆放整齐、方向一致,不能摆得“错落有致”。

这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度,所以一点要花大力气去考虑。

布局

时,对不太肯定的地方可以先作

初步布线,充分考虑。

第四:

布线。

布线是整个PCB设计中最重要的工序。

这将直接影响着PCB板的性能好坏。

PCB的设计过程中,布线一般有这么

三种境界的划分:

首先是布通,这时PCB设计时的最基本的要求。

如果线路都没布通,搞得

到处是飞线,那将是一块不合格的

板子,可以说还没入门。

其次是电器性能的满足。

这是衡量一块印刷电路板是否合格的标

准。

这是在布通之后,认真调整布

线,使其能达到最佳的电器性能。

接着是美观。

假如你的布线布通了,也没有什么影响电器

性能的地方,但是一眼看过去杂

乱无章的,加上五彩缤纷、花花绿绿的,那就算你的电器性能怎么好,在别人眼里还是垃圾

一块。

这样给测试和维修带来极

大的不便。

布线要整齐划一,不能纵横交错毫无章法。

这些都要在保证电器性能和满足其他

个别要求的情况下实现,否则就

是舍本逐末了。

布线时主要按以下原则进行:

①.一般情况下,首先应对电源线和地线进行布线,以保证电路板的电气性能。

在条件允

许的范围内,尽量加宽电源、地线

宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:

地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:

0.2~0.3mm,最细宽度可达0.05

~0.07mm,电源线一般为1.2~2.5mm。

对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即

构成一个地网来使用(模拟电路的

地则不能这样使用)

②.预先对要求比较严格的线(如高频线)进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻

平行,以免产生反射干扰。

必要时

应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。

③.振荡器外壳接地,时钟线要尽量短,且不能引得到处都是。

时钟振荡电路下面、特殊

高速逻辑电路部分要加大地的面

积,而不应该走其它信号线,以使周围电场趋近于零;

④.尽可能采用45º的折线布线,不可使用90º折线,以减小高频信号的辐射;(要求高的线

还要用双弧线)

⑤.任何信号线都不要形成环路,如不可避免,环路应尽量小;信号线的过孔要尽量少;

⑥.关键的线尽量短而粗,并在两边加上保护地。

⑦.通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时,要用“地线-信号-地线”的方式引

出。

⑧.关键信号应预留测试点,以方便生产和维修检测用

⑨.原理图布线完成后,应对布线进行优化;同时,经初步网络检查和DRC检查无误后,对

未布线区域进行地线填充,用大

面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。

或是做成多层

板,电源,地线各占用一层。

——PCB布线工艺要求

①.线

一般情况下,信号线宽为0.3mm(12mil),电源线宽为0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);线与

线之间和线与焊盘之间的距离大

于等于0.33mm(13mil),实际应用中,条件允许时应考虑加大距离;

布线密度较高时,可考虑(但不建议)采用IC脚间走两根线,线的宽度为0.254mm(10mil),

线间距不小于0.254mm(10mil)。

特殊情况下,当器件管脚较密,宽度较窄时,可按适当减小线宽和线间距。

②.焊盘(PAD)

焊盘(PAD)与过渡孔(VIA)的基本要求是:

盘的直径比孔的直径要大于0.6mm;例如,通

用插脚式电阻、电容和集成电路

等,采用盘/孔尺寸1.6mm/0.8mm(63mil/32mil),插座、插针

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