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摘要 2 1.电路的总体设计思路 3 2.差分输入式的比较器电路及整流电路的设计 4 2.1电路结构分析 4 2.2电路参数计算 5 2.1.1偏置电路 5 2.1.2输入级 6 2.1.3输出级 7 2.3 电路的仿真 7 3.由两相反向的时序脉冲控制的电压倍增电路的设计 8 3.1电路结构分析 8 3.2电路参数 9 3.3电路的仿真 9 4.版图的设计 11 4.1版图设计的基本知识 11 4.1.1 MOS晶体管的绘制 11 4.1.2多晶硅电容的绘制 11 4.1.3焊盘pad的绘制 12 4.1.4保护环的绘制 13 4.2.版图的绘制过程 13 4.2.1工艺选择与替换设置 13 4.2.2 器件的分层绘制 13 4.2.3正确的布线 14 4.2.4 保护环绘制 14 4.2.5 DRC检查 15 4.2.6提取网表文件 15 4.3仿真及特性分析 16 4.3.1仿真命令 16 4.3.2仿真波形 16 5.设计总结 17 参考文献 17 附录 18 摘要 近年来,随着无线技术的不断进步,使得电子设备和传感器等系统应用范围不断扩大,已广泛应用于民用、医学、军事等领域。传统的电化学电池供电方式存在着寿命短、需要经常更换、储存能量有限等缺点,且在某些条件下更换电池过程复杂,成本很高或根本就不可能实现更换。因此,新的供电技术研究显得非常迫切。 振动能是自然环境中广泛存在的一种能量,振动式发电机可将其提取并转换为可直接使用的电能。基于振动的能量采集方法一般有三种：压电式、静电式和电磁式。相对于静电、电磁式,压电能量采集器具有结构简单、能量密度高、寿命长等优点,而备受关注。本文主要基于悬臂梁结构的压电能量采集器通过PZT压电材料的压电效应,将振动机械能转化为电能。 2.差分输入式的比较器电路及整流电路的设计 2.1电路结构分析 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。 电路的主要部分为偏置电路、输入级放大电路和输出级放大电路。 偏置电路由M1~M2和M10~M16等组成，其中M1、M2组成镜像电流源，M10分别与M11、M14、M15和M16组成镜像电流源，为输入级和输出级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点。M15和M16还作为输出级的负载。 输入级放大电路由M3~M7和M12~M13等组成，采用差分式的输入级，M12和M13组成NMOS的差分对。差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M4~M7为输入级有源负载，有源负载增大了输出增益的放大倍数。 M12和M13为第一级差分输入跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。M4~M7 为输入级负载，将差模电流恢复为差模电压输出。一输出端还接到M4和M6栅极以提供偏置电压。M3作为负载还为M5和M7栅极提供偏置电压。 输出级放大电路由M8~M9等组成，M8和M9分别构成共源放大器，M15和M16为输出级的负载，输出产生Φ1和Φ2两相反向的时序脉冲。 2.2电路参数计算 第二步就要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电路等，这个步骤包含了电路设计的绝大部分工作。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。 2.1.1偏置电路 标准电流 M2的漏极电流为 从而，M3漏极电流为 依次可得 输入级偏置电流 输出级偏置电流 ， 2.1.2输入级 差分输入级的等效电路如下： 其中，跨导Gm2=Gm1=Gm= R1为M13等效的输出电阻，即R1= R2，R3分别为M6，M7等效的输出电阻，即R2=，R3= 电路中忽略了M7衬底的偏置效应。 等效电阻 输出电压为 2.1.3输出级 输出级组成共源放大器。 作为的反相输出，形成互为反相的矩形脉冲。 2.3 电路的仿真 最终确定的电路图如下： 3.由两相反向的时序脉冲控制的电压倍增电路的设计 3.1电路结构分析 初步搭建的电路： 由比较器电路产生的，反相的时序脉冲控制M17~M20的关断，通过电容存储电荷的功能实现电压的倍增。当处于高电平，处于低电平时，M18和M19管断开，M17和M20管导通接地，通过电容形成通路，此时输入电压向电容充电；在下一个脉冲，当处于低电平，处于高电平时，M18和M19管导通，M17和M20管断开，输入电压与电容两端电压叠加， 送到输出端，形成输出信号电压的倍增。 电路仿真时需要加一个电容负载，电容不能太小，否则输出会有一定的纹波 3.2电路参数 通过对倍增电路的分析，可以确定M17,M18,M19,M20及电容的参数。 其中 M17宽长比为10u/2u ,