电子科技大学微固学院集成电路原理实验报告

1、电子科技大学微电子与固体电子学院标准实验报告学生姓名 :课程名称 集成电路原理 电子科技大学教务处制表 电子科技大学实验报告学号： 指导教师：于奇实验地点： 实验时间：一、实验室名称：微电子技术实验室二、实验项目名称：集成运算放大器参数的测试三、实验学时： 4四、实验原理：输入运算放大器符号如图 1 所示，有两个输入端。一个是反相输入端用“ -”表示，另一个是同相输入端用“ + ”表示。可以是单端输入，也可是双端输入。若把输入信号接在 端，而“ + ”端接地，或通过电阻接地，则输出信号与输入信号反相，反之则同相。若两个 输入端同时输入信号电压为 V- 和 V+ 时，其差动输入信号为 VID=

2、V- - V+ 。开环输出电 压 V0=AVOVID 。 AVO 为开环电压放大倍数。运算放大器在实际使用中，为了改善电路的性能，在输入端和输出端之间总是接有不同的 反馈网络。通常是接在输出端和反相输入端之间。图1 运算放大器符号本实验的重点在于根据实验指导书要求， 对开环电压增益、 输入失调电压、 共模抑制比、 电压转换速率和脉冲响应时间等主要运放参数进行测量。五、实验目的：运算放大器是一种直接耦合的高增益放大器，在外接不同反馈网络后，就可具有不同的运 算功能。运算放大器除了可对输入信号进行加、减、乘、除、微分、等数学运算外，还在 自动控制、测量技术、仪器仪表等各个领域得到广泛应用。为了更好

3、地使用运算放大器，必须对它的各种参数有一个较为全面的了解。运算放大器结 构十分复杂，参数很多，测试方法各异，需要分别进行测量。本实验正是基于如上的技术应用背景和集成电路原理课程设置及其特点而设置，目的 在于：1）了解集成电路测试的常用仪器仪表使用方法及注意事项（2）学习集成运算放大器主要参数的测试原理，掌握这些主要参数的测试方法。 通过该实验，使学生了解运算放大器测试结构和方法，加深感性认识，增强学生的实验与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。六、实验内容：1 开环电压增益测量。2 开环输出电阻测量。3 输入失调电压测量。4 共模抑制比测量。5 电压转换速率测量。6 脉冲响

4、应时间测量七、实验器材：1）直流稳压电源一台2）数字双踪示波器 *一台3）信号发生器一台4）实验测试板及连接线一套5）常见通用运算放大器IC 样品一块八、实验步骤：1、首先熟悉数字双踪示波器和信号源的使用，根据指导书要求搭建各参数的测试电路。注 意所选电阻、电容的值，不能确定时要用万用表测量；在测试板上连接测试电路时应注意 各运放集成块各管脚的功能，以免连接错误。2、各参数的测试（1）、开环电压增益由于开环电压增益 AV0 很大，输入信号 VI 很小，加之输入电压与输出电压之间有相位差，从而引人了较大的测试误差，实际测试中难以实现。测试开环电压增益时，都采用交流开 环，直流闭环的方法。测试原理

5、如图 2 所示。图 2 开环直流电压增益测试原理图直流通过 RF 实现全反馈， 放大器的直流增益很小， 故输入直流电平十分稳定， 不需进行零 点调节。取 CF足够大，以满足 RF l/ CF ，使放大器的反相端交流接地，以保证交流 开环的目的。这样只要测得交流信号电压 vS 和 vo，就能得到1)在讯号频率固定的条件下，增加输入信号电压幅度，使输出端获得最大无失真的波形。保 持输入电压不变，增加输入电压频率，当输出电压的幅值降低到低频率值的 0.707 倍，此 时频率为开环带宽。2)、输入失调电压 VIO图 3 输入失调电压和失调电流测试原理图由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，

6、输出电压不为零，称为放大器的失调。为了使输出电压回到零，就必须在输入端加上一个纠偏电压来补偿这种失调，这个 所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压， 用 VIO 表示。故 VIO 的定义为使输出电 压为零在两输入端之间需加有的直流补偿电压 输入失调电压的测量原理如图 3所示。图中直流电路通过 RI 和 RF 接成闭合环路。通常RI 的取值不超过 100 , RF RI 。（ 3）共模抑制比 kCMR运放应对共模信号有很强的抑制能力。 表征这种能力的参数叫共模抑制比， 用 kCMR 表示。它定义为差模电压增益 AVD 和共模电压增益 AVC 之比，即图 4 共模抑制比测试原理图测试原理如图

7、4 所示。kCMR 的大小往往与频率有关， 同时也与输入信号大小和波形有关。测量的频率不宜太高，信号不宜太大。（4）、电压转换速率 SR 的测试电压转换速率 SR定义为运放在单位增益状态下， 在运放输入端送入规定的大信号阶跃脉冲电压时，输出电压随时间的最大变化率。图 5 电压转换速率侧试原理图SR的测试原理如图 5（ a ）所示。测试时取 RI = RF ，在输入端送入脉冲电压，从输出端 见到输出波形，如图 5 （b）所示。这时可以规定过冲量的输出脉冲电压上升沿（下降沿）的恒定变化率区间内，取输出电压幅度 V0 和对应的时间 t，由计算公式求出（2）通常上升过程和下降过程不同，故应分别测出 S

8、R+和 SR-。（5）、脉冲晌应时间的测试（或称为建立时间）图 6 读取响应时间方法脉冲响应时间包括上升时间， 下降时间、延迟时间、和脉动时间等， 测试原理仍如图 5（a）所示，取 RFRI，RI 远大于信号源内阻、规定的误差带为 1%。读取响应时间方法如图 6 所示。其中 tr 为上升时间， tf 为下降时间， td（r 为上升延迟时间， td（f 为下降延迟时间。九、实验数据及结果分析：1、开环增益表 1 开环增益测试数据列表输入 VS （mV）输出 VO （V）测试条件1022CF=10000uF，RF=5.6M，R2=1K，R1=1K则：此时仍然出现截止失真可得2、输入失调电压表 2

9、输入失调电压测试数据列表VO（V）RF（）R1（）0.002410K1K则：3、共模抑制比表 3 共模抑制比测试数据列表VIC（V）VOC（V）RF（）R1（）8.00.028101K则，共模增益：可得其共模抑制比K CMR4 1030.00351.14 106或 98.5dB4、转换速率表 4 转换速率测试数据列表V（V）t（s）10.714.45、单位增益带宽表 5 单位增益带宽测试数据列表BW（Hz）RF（）R1（）51.7K10K1K得十、实验结论：结合课程所学的知识， 对 A741双极运算放大器的主要参数进行了测试， 熟悉了数字双 踪示波器等常用仪器的使用技巧，掌握了通用运算放大器的

10、测试方法，同时对课程中相关 的理论知识有了更深入的认识。十一、总结及心得体会： 通过本次实验，熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，掌握了通用运算放大器的 测试方法，加深了对所学理论知识的感性认识，增强了自身的实验与综合分析能力，进而 为今后从事科研、开发工作打下良好基础。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：无。、实验室名称： 微电子技术实验室、实验项目名称：集成电路版图识别与提取三、实验学时： 4四、实验原理：本实验重点放在版图识别、电路拓扑提取、电路功能分析三大模块，实验流程如下：总体布局布线观察打印输出 电路功能分析 复查，仿真验证五、实验目的：(1) 了解对塑封、陶瓷封装等不

11、同封装形式的芯片解剖的方法及注意事项。(2) 学习并掌握集成电路版图的图形识别、电路拓扑结构提取。(3) 能对提取得到的电路进行功能分析、确定，并可运用 PSPICE等ICCAD 工具展开模拟仿 真。六、实验内容：1、Motic SMZ 体视显微镜使用与操作练习。2、在芯片上找出划线槽、分布在芯片边缘的压焊点、对位标记和CD Bar（特征尺寸线条）并测出有关的图形尺寸和间距。仔细观察芯片图形总体的布局布线，找出电源线、地线、 输入端、输出端及其对应的压焊点。3、判定此 IC采用 P阱还是 N 阱工艺；进行版图中元器件的辨认，要求分出 MOS管、多晶硅电阻和 MOS 电容4、根据以上的判别依据，

12、提取芯片上图形所表示的电路连接拓扑结构；复查，加以修正； 应用 PSPICE 等电路模拟器进行仿真验证。七、实验器材：（1）可连续变倍体视显微镜1 台（2）镊子、干燥器皿（含干燥剂）1 套（3）未划片封装的圆片（含 CMOS模拟电路）1 片八、实验步骤：首先熟悉 Motic SMZ 体视显微镜的使用。（1）接通电源，选择视野光源。该显微镜备有两种光源：透射式和入射式，芯片为不透明 样片，故采用入射光源。（2）与一般显微镜不同的是，该显微镜物镜放大倍数连续可调，便于操作；焦距的变化通 过调节升降杆旋钮实现。注意调节过程中不可猛升猛降，以免损坏仪器。2、调节可变倍物镜，将放大倍数调变至最小，再调节

13、物镜与样品距离，至视野清晰，确定 所需观察的样品位置。增大放大倍数，并调节焦距，至可在视野内清楚地看到 4 个电路块 （Chip）。此时所见到的每块之间的沟槽即为划片槽，封装前将圆片沿此槽划开，得到单个 的芯片，将各压焊点用引线引出封装就是平时所用的集成电路块。3、调节显微镜，在芯片内查找出对位标记和 CD Bar（特征尺寸线条）。发现在芯片右上角 有一块区域为对位标记和 CD 条，由对位标记可知，该电路共有 13 块掩模版，每次对位均 以第一块版 P 阱版为准，避免了以往采用的后一次以上一次为准带来的套刻误差传递的危 险，套刻精度大为改善。4、进一步增大放大倍数，使视野内只有一个 Chip

14、出现，在其四周找出较大的亮的方框， 即为压焊点，先根据与压焊点相连的连线的宽窄定出正、负电源线或地线，因本电路采用 正负电源，判定上方左起第 3 个压焊点接正电源，下方第左起第 1 个压焊点接负电源。再 根据与正、负电源线的连接情况，输入端一般都加二极管保护电路，可先查到有二极管保护电路的部分，分析与其相接的连线情况，确定芯片上方左起第1、2 压焊点为两个输入端压焊点。5、根据在衬底和阱中的器件与正、负电源线或地线的连接情况，判定此IC 采用 P 阱还是N 阱工艺。由观测到的图形可以发现，阱及其保护环与负电源相接，判定为P 阱工艺。6、确定本电路采用的为 P 阱工艺之后，进行版图中元器件的辨认

15、。首先可以看出采用了多 晶硅栅，且在输入压焊点到输入管之间有一段多晶硅，但又无连线的“交叉”出现，排除 了“过桥”的可能，初步判断为电阻，再根据其与二极管保护电路连接最终与输入管相接， 可断定是输入端起限流作用的电阻。7、因已确定为 P阱工艺，则阱和保护环内的器件应为 NMOS 管，由图形可见，两输入管 共用一个源极，且源与 P阱相接，但未接负电源，而是与另一个 N 管的漏相接，该 N 管的 源极与负电源相接，意味着阱电位是浮动的，这是为了消除输入管衬底偏置效应采取的措 施。两输入管的漏极分别与另外两个 P 管的漏相接，这两个 P管的源和衬底相连并与正电 源连接，且其中一个 P 管的漏与栅极短

16、接，说明这两个 P管构成了电流镜。类似可识别出 其他的 P管和 N 管。8、根据如上的图形识别，将提取得到的各器件连接并整理成电路图九、实验数据及结果分析：通过本次实验掌握了 IC 版图识别和电路提取的基本技能，和版图编辑软件 LEDIT 的使用 方法，达到了实验目的。图1 由版图提取出的差分放大输入级电路根据实验观察分析， 按要求提取出芯片上输入电路部分的拓扑结构， 其电路图如图 1 所示。 可见，实验样片为一个采用 CMOS P 阱工艺制造的放大器电路，该电路为典型的差分放大 输入级。由电路图可以看出，器件连接方式正确，能完成确定的功能，说明提取结果是正 确的。十、实验结论：结合课程所学的

17、知识，对一种模拟集成电路进行了版图识别与提取，分析出该电路采 用了硅栅 P 阱 CMOS 工艺，电路结构为带输入保护的典型差分输入放大器。其中，在版图 中差分对的对称性考虑、电流镜的匹配设计有特色，值得今后设计中借鉴。十一、总结及心得体会：通过本次实验， 了解了 IC 内部结构及其主要工艺特点， 加深了对微电子集成电路实际版图 的感性认识，增强了自身的实验与综合分析能力，学习了逆向设计的基本方法，进而为今 后从事科研、开发工作打下良好基础。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：无。一、实验室名称：微电子技术实验室二、实验项目名称： CMOS 模拟集成电路设计与仿真三、实验学时： 4四、实验

18、原理参照实验指导书。五、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和集成电路原理与设计课程设置及其特点而设置，为 IC 设计性实验。其目的在于：根据实验任务要求， 综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计， 掌握基本的 IC 设计技巧。学习并掌握国际流行的 EDA 仿真软件 Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。六、实验内容1、UNIX 操作系统常用命令的使用， Cadence EDA仿真环境的调用。2、设计一个运算放大器电路， 要求其增益大于 40dB, 相位裕度大于 60o，功耗小于 10mW。3、根据设计指标要求，选取、确定适合的电路结构，并进行计算分析。4、电路的仿真与

19、分析，重点进行直流工作点、交流 AC 分析、瞬态 Trans 分析、建立时间小信号特性和压摆率大信号分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法。5、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。6、整理仿真数据与曲线图表，撰写并提交实验报告。七、实验仪器设备（ 1）工作站或微机终端一台（2）局域网八、实验步骤1、根据实验指导书熟悉 UNIX 操作系统常用命令的使用， 掌握 Cadence EDA仿真环境的调 用。2、根据设计指标要求，设计出如下图所示的电路结构。并进行计算分析，确定其中各器件 的参数。电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流 AC 分析、瞬态 Trans分析，能熟练掌握各

20、 种分析的参数设置方法。电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。九、实验数据及结果分析：通过本次实验掌握了 UNIX 操作系统常用命令的使用， Cadence EDA 仿真环境的调用。达 到了实验目的。根据设计指标要求，设计出一种运算放大器，并进行了参数优化，最终指标满足要求。十、实验结论：通过这次实验，学习并掌握国际流行的 EDA 仿真软件 Cadence的使用方法，完成了运算放大器集成电路的设计，并进行了优化仿真，其难点是电路结构设计和参数优化十一、总结及心得体会：通过这次实验，学习并掌握国际流行的 EDA 仿真软件 Cadence的使用方法，并进行了运放电路的设计与仿真。综

21、合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握了基本的模拟 IC 设计技巧。为今后从事科研、开发工作打下良好基础。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：无一、实验室名称：微电子技术实验室二、实验项目名称：模拟集成电路版图设计与验证三、实验学时： 4四、实验原理参照实验指导书。五、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和集成电路原理与设计课程设置及其特点而设置， 为 IC 设计性实验。其目的在于：根据实验任务要求， 综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计， 掌握 基本的 IC 版图布局布线技巧。学习并掌握国际流行的 EDA 仿真软件 Cadence的使用方法， 并进行

22、版图的的设计与验证。六、实验内容UNIX 操作系统常用命令的使用， Cadence EDA仿真环境的调用。2、根据设计指标要求，自主完成版图设计，并掌握布局布线的基本技巧。3、对所绘制的版图进行 DRC、ERC 检查验证。4、整理版图生成文件，总结、撰写并提交实验报告。七、实验仪器设备2）局域网（3）EDA 仿真软件1 套八、实验步骤1、根据实验指导书熟悉 UNIX 操作系统常用命令的使用， 掌握 Cadence EDA仿真环境的调 用。2、根据设计指标要求， 设计出如下图所示的运算放大器电路版图， 过程中应注意设计规则。3、对所绘制的版图进行 DRC、ERC 检查验证。当版图绘制完成后，需要调用版图设计规则检查 DRC 来验证是否违反设计规则。（1）点选 Layout 窗口上面的指令 Veri