SiGe BiCMOS運(yùn)算放大器技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速增長(zhǎng)，基于Si工藝的半導(dǎo)體器件和集成電路已經(jīng)不能滿足發(fā)展需求。SiGe BiCMOS技術(shù)具有高性能、低成本的特點(diǎn)，可以很好地滿足發(fā)展需要，因此對(duì)SiGe BiCMOS技術(shù)進(jìn)行研究有非常實(shí)際的意義。論文通過對(duì)SiGe HBT原理和SiGe BiCMOS電路特點(diǎn)的研究，設(shè)計(jì)出SiGe HBT器件和SiGe BiCMOS高速運(yùn)算放大器。
　　首先，通過分析SiGe HBT直流特性和頻率特性，給出了SiGe HBT器

2、件電學(xué)參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系以及優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。隨后進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并利用Medici軟件對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。仿真結(jié)果顯示器件的共射電流增益β為300，特征頻率fT超過30GHz。
　　其次，通過對(duì)SiGe BiCMOS運(yùn)算放大器中電路單元的研究，并結(jié)合運(yùn)放實(shí)際設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇套筒式共源共柵結(jié)構(gòu)作為運(yùn)放的主體結(jié)構(gòu)以確保高速、高增益的實(shí)現(xiàn)。在具體電路設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)SiGe HBT和MOS器件的特點(diǎn)，合理使用兩種器件以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。輸入級(jí)

3、的設(shè)計(jì)采用SiGe BiCMOS達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，在保留SiGe HBT高跨導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上充分利用MOS器件來提升運(yùn)放輸入電阻，此外，基于輸入級(jí)中SiGe HBT良好的噪聲特性，運(yùn)放的輸入?yún)⒖荚肼曤妷嚎梢源蟠蠼档?。為了獲得高輸出擺幅，設(shè)計(jì)低壓共源共柵電流鏡為運(yùn)放提供偏置。共模反饋電路采用工作在飽和區(qū)的MOS差分對(duì)來實(shí)現(xiàn)，提高了共模反饋回路增益，加強(qiáng)對(duì)共模輸出電壓的控制。
　　根據(jù)TSMC0.35μm SiGe BiCMOS工藝模型，利用

4、Cadence Spectre模擬軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行模擬仿真。模擬結(jié)果顯示，在3.3V單電源下，功耗23mW，直流開環(huán)增益87dB，單位增益帶寬2GHz，相位裕度59.3°，雙端輸出擺幅2.4V，輸入?yún)⒖荚肼曤妷?.0nV/Hz1/2，建立精度0.01％，建立時(shí)間1.6nS。
　　在版圖設(shè)計(jì)方面，為了減小失配，運(yùn)放差分輸入管采用共中心版圖，并使偏置電路遠(yuǎn)離核心電路。同時(shí)差分輸入管采用盡可能少的叉指，減小寄生電容對(duì)電路頻率特性的影