CMOS运算放大器设计优化方法研究
CMOS运算放大器设计优化方法研究
CMOS运算放大器设计优化方法研究
2002年12月1日
唐长文 zwtang@fudan.edu.cn
复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室
摘要
本文论述了一种采用数学最优化方法－几何规划（Geometric Programming）进行两级运算放大器的管子尺寸参数优化的方法。
我们在设计一个确定结构的模拟电路中，许多设计约束条件和设计目标函数往往都是尺寸参数（管子尺寸，偏置电流）的一个多项式函数。我们调管子尺寸参数的设计过程，其实就是在满足所有设计约束的条件下，得到设计目标函数的一个解的过程。通常情况下，通过手工计算和SPICE仿真相结合得到的解是一个局部最优解。而本文介绍了一种采用数学最优化方法－几何规划（Geometric Programming）来得到设计的全局最优解的方法。
首先，我们根据运算放大器设计要求（单位增益带宽、相位裕量、输入等效噪声、面积、功耗等），通过CMOS运算放大器设计一般步骤得到所有设计约束条件不等式、约束等式和目标函数。然后，将所有约束不等式、约束等式和目标函数转换成一个几何规划问题。最后，采用数学优化求解方法－内点法求得一个全局最优解或者无解的结果。文章最后，我们给出了设计要求和SPICE仿真的比较结果。
几何规划（Geometric Programming）优化设计方法不只适合于两级运算放大器的设计，它同样对于任何满足几何规划条件的问题都适合，比如Cascode运算放大器、LC振荡器、∑ 调谐器、滤波器设计等等工程优化问题。
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