0.35微米运算放大器补偿电容之研究与分析-建国科技大学.PDF

0.35微米運算放大器補償電容之研究 與分析 丁黃鴻1 李元彪2 中華映管股份有限公司 1 建國科技大學 2 摘要 本論文主要對於基本運算放大器，針對補償電路部份 進行深入研究 與分析。研究的重點除了在 於 穩定度提升之外，也包含電容器種類、電壓、溫度和佈局面積 等，使運算放大器達到最佳穩定狀 態。電路研究包含 MOSFET及 PIP(Poly to Poly)和 MIM(Metal to Metal)電容 ，並針對其特性、穩 定度、面積大小和適用 性作比較分析。本研究使用之軟體 主要為 Synopsys 公司所出品的 Hspice 軟體 。此外，採用的 主要元件為國家晶片中心 (CIC)所提供 之互補型金屬氧化物半導體場效電晶 體 (CMOS) 。在台灣積體電路股份有限公司 (TSMC)之 0.35μm標準製程下 ，進行運算放大器的比 較分析與設計。 關鍵字：運算放大器、 CMOS 、TSMC 0.35μm 、PIP 、MIM 定度和精度，其重要性不言可喻。因此，本研 一、前言 究重點在 探討補償電路， 以及電容元件在不同 本論文研究主要是探討基本運算放大器 。 材質、溫度、電壓及大小對電路的影響。 以及回授(Feedback)電路 對運算放大器的影響， 其中回授電容包含金氧半場效應電晶體 二、 半導體電容種類與架構 (MOSFET) 、PIP(Poly to Poly) 、及MIM(Metal to Metal) 三種。除此之外，本論文也包含不同 在目前 IC設計中主要分為幾種半導體電 電容值、電壓及溫度的 比較。本設計及分析 主 容，其主要原理主要是利用不同材質及面積之 要以國家晶片中心所提供之 TSMC 0.35μm 製 間所產生的寄生電容，MOSFET電容製做簡單 程為 主。 沒有製程上的限制，但卻容易隨著閘極電壓而 目前 ，IC設計公司對於類比晶片的要求是為 改變，比較不適用於比較精確且穩定的容值， 低功耗、高速度 、高精度、高穩定度。而運算 MIM(Metal to Metal)和 PIP(Ploy to Poly)電容 放大器是類比晶片的關鍵。 而運算放大器因用 比較準確且穩定，但一般Logic IC中不會有兩 途不同某些參數會被特別重視，因此要 將運算 層 POLY ，MIM(Metal to Metal)电容精度也很 放大器進行改進以便滿足各種需求。運算放大 好，但浪費面積。 器為許多類比和混合信號系統中不可或缺的 一般來說 ，在 ADC電路中會 儘量 少用 部份，在做量測、控制、儀表 、感測元件應用 MOS 電容，除非真的萬不得已 ，又或者 電路 、以及必須使用精密的放大電路時都會用 specification 真的有很大的容許值，不然絕大 到。而運算放大器的回授電路直接影響到其穩 部份都是用 MIM或者 PIP電容，所以作 ADC 電路絕大部份都是用類比製程而較少使用邏 大器也為一種差動放大器 (differential 輯製程，而像 PLL或者 POR電路等，因為用 amplifier) ，與差動放大電路一樣電壓增益AV 到的電容較不嚴格，所以用MOS電容大概就 亦稱為差動增益。理想之差動增益為無窮大。 可以。不過，有些限制仍是需要在電路上克服 或者應該要去避免的。 三、運算放大器之基本架構 運算放大器(operational ampli