【摘 要】
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近年来随着社会的进步、半导体产业的进一步发展、工艺制程的成熟,使得器件尺寸朝着摩尔定律的极限方向发展。面对越来越先进的纳米工艺制程,我们在电路设计中需要考虑的效应也越来越多。随着2020年美国对我国集成电路行业的进一步“制裁”,让我们在集成电路制造方面捉襟见肘。面对现在芯片国产替代的潮流,高可靠性大驱动电流运算放大器在驱动领域也扮演着重要的角色。而国内对于运算放大器的研究主要集中在通用类的运算放大
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近年来随着社会的进步、半导体产业的进一步发展、工艺制程的成熟,使得器件尺寸朝着摩尔定律的极限方向发展。面对越来越先进的纳米工艺制程,我们在电路设计中需要考虑的效应也越来越多。随着2020年美国对我国集成电路行业的进一步“制裁”,让我们在集成电路制造方面捉襟见肘。面对现在芯片国产替代的潮流,高可靠性大驱动电流运算放大器在驱动领域也扮演着重要的角色。而国内对于运算放大器的研究主要集中在通用类的运算放大器,驱动类运放的产品很少,虽然国外大电流驱动类运放的产品有很多,但是其静电防护等级较低。因此,本文将基于标准工艺对高可靠性大驱动电流运放进行设计与实现。本文基于0.18μm的CMOS工艺,设计一款5V电源电压下最大输出电流大于300m A,3V电源电压下最大交流输出电流大于210m A的驱动类运算放大器。本设计中运用两级放大器的结构,运算放大器采用全差分结构作为输入级以获得合适的开环增益,运算放大器的第二级采用Class-AB结构以获得轨对轨（Rail-to-Rail）输出;采用三支路基准电流源为运放提供偏置,基于大驱动电流输出的特性电路中还加入了过温保护的模块,实现对电路的保护;电路输出级MOS版图采用漏极加宽的画法以及外加ESD器件来提升ESD防护等级。此次设计的运算放大器还可以通过控制端口使芯片进入休眠模式,以满足更加广泛的应用需求。本文设计的运算放大器可以5V电源电压下、-45℃～125℃温度范围内输出大于300m A的动态输出电流,外部环境温度超过130℃时,芯片关断;外部环境下降到90℃时,芯片重新恢复工作,过温迟滞区间为40℃。基于0.18μm的工艺完成电流运算放大器的仿真、版图绘制、流片与测试,整体的版图面积为1050×950μm2。实测结果可表明5V电源电压下可实现376m A的电流输出,静态电流为900μA,转换速率为2V/μs,输出电压摆幅为0.3～（VCC-0.5）V并且输出端口的ESD防护等级可达8k V。
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