中山学院集成电路版图识别与提取VIP

1、学生实验报告系别电子信息学院课程名称集成电路设计实验班级10电科实验(六、七)集成电路版图识别与提取集成运算放大器参数的测试姓名实验时间2013年5月31日学号20100102010指导教师张华斌成绩教师签名批改时间2013年月日报告内容、实验目的和任务版图提取与识别是微电子IC逆向设计的关键技术，一方面可借鉴并消化吸收先进、富有创意的版图设计思路、结构，建立自己的版图库；另一方面通过分析、优化已有版图可将原有芯片的性能加以改进提高。本实验正是基于以上的技术应用背景和集成电路原理课程及其特点而设置，目的在于：(1)了解对塑封、陶瓷封装等不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

2、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EDA工具展开模拟仿真。通过该实验，使学生了解IC内部结构及其主要工艺特点，加深感性认识，增强学生的实验与综合分析能力，掌握学习、跟踪先进电路设计与制造技术的基本方法，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。二、实验原理介绍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=版图中元器件识别二电路拓扑提取打印输出l/这样只要测得交流信号电压VS和vo ,就能得到AzovoViVoR/(Ri R2)VsWR2也RVs(2)在信号频率固定的条件下，增加

3、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、输入偏置电流Iib当运算放大器的输出电压为零（或规定值）时流入两个输入端偏置电流的平均值，为输入偏置电流IIB。设两偏置电流为IIB1与I IB2 ,则I IB ( I IB1 I IB2 ) / 2(3)用图3测试，若Vs=0, K3断开，当Ki闭合，K2断开，测得输出电压Vol。当K2闭合,Ki断开，又可测得输出电压Vo2 :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Cf,使放大器的反相端交流接地，

4、以保证交流开环的目的。A0VolV022RI旧(1Rf/Ri)iAo(4)IIB2R(1RF/RI)3、开环差模输入电阻Rid开环差模输入电阻Rid是指差模输入电压变化与对应的输入电流变化之比。其测试原理如图3所示。在该图中，要取Cf足够大，使交流短路，构成交流开环，而直流是闭环，稳定直流输出电压。图3开环差模输入电阻和输出电阻测试原理测试Rid分两步进行，将低频正弦信号巧输入电路，先将Ki、K2闭合，测得输出正弦信号V01=AVDV1,再将Ki、K2断开，测得输出正弦信号V02,其值为Vo2A/dV1Rid/(Rd2R)Vo1Rid/(Rid2R)(5)由此求得Rid022R(6)Vo1Vo

5、2输入正弦信号vs的频率一般不超过1KHz,以清除电容的影响。R不宜太大，以减小噪声的影响。4.开环输出电阻Ros开环输出电阻Ros是指输出电压变化与其对应的输出电流变化之比。仍用图3的电路进行测试。测试分两步进行，先将K1、K2闭合，K3断开，送入低频正弦信号Vs,测得输出V01=AVDV1,这里V1为输入端信号。闭合K3,接入负载阻抗RL,再次测得输出电压V02为A/dViRl /(RosRl)ViR/(RosRl)Ros(Vol Vo2)RlVo2(7)5 .输入失调电压Vio由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，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

6、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4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 , RfRi,这时若测得输出电压为Vol,就可推算出输入端的失调电压为Vio(8)6、输入失调电流IioIio的定义为补偿失调电压后，使输出电压为零，而流入运算放大器两输入端的电流之差。即11011b11b2I(9)测试原理仍用图4,分两步进行。第一步将Ki、K2闭合，测得输出电压为Voi,因这时的电路和测试输入失调电压完全一

7、样，故可得：VoiVio(RiRf)/Ri。第二步将Ki、K2都断开，此时运放的两个输入端，除了失调电压Vio之外，还有输入电流Ibi和Ib2在电阻上所产生的电压，即 IbiRIb2R(Ib1 1b2)RIIO R。若这时测得输出电压为Vo2 ,根据前面的计算公式可知Vo 2(VioIioR) (RiRf)/Ri(10)由此可得I IORiRiRfVo 2 VoiR(11)7、共模抑制比kCMRkCMR表不它定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，用义为差模电压增益Avd和共模电压增益Avc之比，即kcMR|Avd/Avc|。测试原理如图5所示。由于RfRi,该闭环

8、电路对差模信号的增益AvdRf/Ri。共模信号的增益AvcVo/Vs因此，只要从电路上测出Vo和Vs,即可求出共模抑制比kCMRIAVD / AVCRf VsRiVo(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8、最大共模输入电压Vivm最大共模输入电压是指最大不失真共模输出正弦波电压时的共模输入电压。其侧试原理仍用图5的电路。测试方法是将Vs由小到大逐渐增加，观察到输出波形刚出现失真时，记下这时输入信号值，就是最大共模输入电压。由于输入电压加大后，kcMR将下降，故也有将VIVM定义为使kCMR下降6分贝的输入电压。测试时可将两种定义的测试结果进行

9、比较。9、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。(八(6)图6电压转换速率测试原理图Sr的测试原理如图6(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6(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Vo和对应的时间t,然后由计算公式求出Sr-(V/m)(13)t通常上升过程和下降过程不同，故应分别测出Sr+和Sr-。10、脉冲响应时间的测试(或称为建立时间)图7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

10、迟时间、和脉动时间等，测试原现仍如图6(a)所示，取RfRi,Ri远大于信号源内阻、规定的误差带为2。读取响应时间方法如图7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。三、实验内容和步骤1.开环电压增益测量；* 2.输入偏置电流测量；* 3.开环差模输入电阻测量。4 .开环输出电阻测量。5 .输入失调电压测量。*6.输入失调电流测量。7 .共模抑制比测量；8 .电压转换速率测量。9 .脉冲响应时间测量。10 .开环差模放大倍数。注：前面加*的参数测试为选作内容，根据个人的进度而定，其他参数测试必做。以图8所示的电路进行参数测试，步骤如下：100

11、kQ一A.一+ 15VKi10kQ100 QVK3K2100kQ-15V3mA73kQG100 Q10k QAT4K5K6 3kQ3k Q ；Vd,IG(b)图8运算放大器参数测试电路1 .测试运放的开环特性参数用图8(a)电路。测试时将K2接输入信号，K1接电容。K3、K4根据需要可接入Rl和Cl。参照实验原理进行各个参数的测试。2 .测试大信号脉冲参数也采用图8(a)的电路。测试时将K2接电阻，K1接脉冲信号源，Ri根据需要选取，从输入和输出脉冲波形中读取各个有关脉冲的参数。测试时可利用K3和K4接入负载Rl和Cl以观察Rl和Cl对脉冲参数的影响。3 .测试失调特性参数和共模特性参数都采用

12、图8(b)的电路。图中的AT为被测电路，A为辅助电路。若采用单电路测试方法，可将K6和K7断开，K5闭合。变换开关位置，即可测试各个参数。4 .在图8(b)中将K4、K8接地，分别在K1断开，K2闭合和K1闭合、K2断开两种情况下，测出辅助放大器的输出电压Voi和vo2,代入式（4）中，即可计算出I旧。测Vid和Iid时，都是将K4、K8接地，通过Ki和K2的闭合断开，测出辅助放大器的输出电压Voi和VO2,计算Vio和Iio。，测试共模特性参数时，将Ki,K2闭合，K4接地，从K8送入正弦信号Vs,测出辅助放大器的输出电压Vl,计算出KcmRo四、实验结论与心得实验数据：实验一：AVDKCMR1IOIIBVI