基于CMOS工艺的高性能仪表放大器设计

发布时间：2018-01-06 09:36

本文关键词：基于CMOS工艺的高性能仪表放大器设计　出处：《吉林大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：仪表放大器是一种可以提取传感器输出的微弱信号的电路,它具有低噪声、高共模抑制比、低失调电压、低功耗等特点。一般用在传感器的后面,作为信号处理电路的第一步骤,也可以用在高精度、低噪声的模数转换器中,作为低噪声放大器使用。仪表放大器的发展随着CMOS工艺的发展不断进步,但是同时也引入了更多的噪声问题。它作为一种微弱信号处理电路,噪声问题是要解决的重点问题。随着工艺尺寸的不断缩小,功耗和电路的面积也是需要重点考虑的因素。本文的仪表放大器主要以低噪声、低功耗为标准进行的探索与研究。本设计是基于传统仪表放大器结构,采用电容耦合式放大器与斩波稳定结构相结合的方式实现仪表放大器电路。由于传统的仪表放大器一般采用电阻作为反馈元件,会增加电路的功耗、面积以及热噪声。斩波稳定结构主要是由MOS开关实现的调制器构成,将放大器的噪声和失调调制到高频处,经过滤波器将其滤除,实现减小低频噪声的作用。本文研究并设计了一款基于CMOS工艺的仪表放大器,本设计的工艺采用的是标准的CMOS工艺库,用Cadence下的Spectre进行仿真,电源电压为3.3 V,共模电压为1.5 V,总体功耗为64.68?W,在输入信号频率为50 Hz,斩波信号频率为2k Hz时。电路前仿真结果是:50Hz处,其低频等效输入噪声达到了12.77 n V/sqrt(Hz);在0.1Hz~100Hz频率范围内的等效输入噪声为8.945?V/sqrt(Hz);放大器的共模抑制比为160 d B;电源抑制比PSRR+为147.13 d B;PSRR-为122.52 d B,满足了基本设计指标的要求。在此基础上对整体电路进行了版图设计,整体版图的面积为50×90?m2。对整体仪表放大器和各个模块的功能进行了版图后仿真,其在50 Hz处,等效输入噪声为19.77 n V/sqrt(Hz);低频频带0.1 Hz到100 Hz内的等效输入噪声为12.65?V/sqrt(Hz),达到了低功耗低噪声的设计要求。
[Abstract]:This paper studies and designs an instrumentation amplifier based on CMOS technology . The equivalent input noise in the low frequency band of 0.1 Hz to 100 Hz is 12.65 渭V / sqrt ( Hz ) , which achieves low power and low noise design requirements .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN722

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