cmos實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 模擬集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：班內(nèi)序號(hào)：實(shí)驗(yàn)一:共源級(jí)放大器性能分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握synopsys軟件啟動(dòng)和電路原理圖（schematic）設(shè)計(jì)輸入方法；2、掌握使用synopsys電路仿真軟件customdesigner對(duì)原理圖進(jìn)行電路特性仿真；3、輸入共源級(jí)放大器電路并對(duì)其進(jìn)行DC、AC分析，繪制曲線；4、深入理解共源級(jí)放大器的工作原理以及mos管參數(shù)的改變對(duì)放大器性能的影響二、實(shí)驗(yàn)要求1、啟動(dòng)synopsys，建立庫(kù)及Cellview文件。2、輸入共源級(jí)放大器電路圖。3、設(shè)置仿真環(huán)境。4、仿真并查看仿真結(jié)果，繪制曲線。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、電路圖2、幅度和相位曲線3、

2、部分參數(shù)四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析器件參數(shù)：NMOS管的寬長(zhǎng)比為10，柵源之間所接電容1pF，Rd=10K。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由仿真結(jié)果有：gm=173u，Rd=10k，所以增益Av=173*10/1000=1.73=4.76dB 實(shí)驗(yàn)二:差分放大器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握差分放大器的設(shè)計(jì)方法；2.掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)要求1.確定放大電路；2.確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q；3.確定電路其他參數(shù)。4.電壓放大倍數(shù)大于20dB，盡量增大GBW，設(shè)計(jì)差分放大器；5.對(duì)所設(shè)計(jì)電路調(diào)試；6.對(duì)電路性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試仿真，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算和誤差分析。三、實(shí)驗(yàn)原理平衡態(tài)下的小信號(hào)差動(dòng)電壓增益AV為：四、實(shí)

3、驗(yàn)結(jié)果R W/L202530354010K18(1.28G)18.6(769M)19(646M)19.3(711M)19.5(640M)20K23.7(624M)24.2(502M)24.6(415M)24.9(354M)25.1(314M)30K26.526.927.227.527.7改變W/L和柵極電阻，可以看到，R一定時(shí)，隨著W/L增加，增益增加，W/L一定時(shí)，隨著R的增加，增益也增加。但從仿真特性曲線我們可以知道，這會(huì)限制帶寬的特性，W/L增大時(shí)，帶寬會(huì)下降。為保證帶寬，選取W/L=25，R=20K的情況下的數(shù)值，保證了帶寬約為500MHZ，可以符合系統(tǒng)的功能特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下圖。1.

4、 電路圖 2. 幅頻特性曲線該圖增益為26.9Db,采用W/L為25，R取30k，帶寬約為300M五、思考題 根據(jù)計(jì)算公式，為什么不能直接增大R實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的增大？ 答：若直接增加Rd，則Vd會(huì)增加，增加過(guò)程中會(huì)限制最大電壓擺幅； 如果VDDVd=VinVTH，那MOS管處于線性區(qū)的邊緣，此時(shí)僅允許非常小的輸出電壓擺幅。即電路不工作。此外，RD增大還會(huì)導(dǎo)致輸出結(jié)點(diǎn)的時(shí)間常數(shù)更大。實(shí)驗(yàn)三：電流源負(fù)載差分放大器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握電流源負(fù)載差分放大器的設(shè)計(jì)方法；2.掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)要求1.設(shè)計(jì)差分放大器，電壓放大倍數(shù)大于30dB；2.對(duì)所涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)

5、試；3.對(duì)電路性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試仿真，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算和誤差分析。三、實(shí)驗(yàn)原理電流鏡負(fù)載的差分對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)算放大器的輸入級(jí)一般都采用電流鏡負(fù)載的差分對(duì)。如上圖所示。NMOS器件M1和M2作為差分對(duì)管，P溝道器件M4，M5組成電流源負(fù)載。電流0I提供差分放大器的工作電流。如果M4和M5相匹配，那么M1電流的大小就決定了M4電流的大小。這個(gè)電流將鏡像到M5。如果VGS1=VGS2，則Ml和M2的電流相同。這樣由M5通過(guò)M2的電流將等于是IOUT為零時(shí)M2所需要的電流。如果VGS1VGS2，由于I0=ID1+ID2，ID1相對(duì)ID2要增加。ID1的增加意味著ID4和ID5也增大。但是，當(dāng)VGS1變的比

6、VGS2大時(shí)，ID2應(yīng)小。因此要使電路平衡，IOUT必須為正。輸出電流IOUT等于差分對(duì)管的差值，其最大值為I0。這樣就使差分放大器的差分輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端輸出信號(hào)。反之如果VGS110V/us相位裕度=60度VOUT范圍=-2,2VICMR=-12VPdiss=2mW三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容確定電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：圖中有多個(gè)電流鏡結(jié)構(gòu)，M5,M8組成電流鏡，流過(guò)M1的電流與流過(guò)M2電流ID1,2=ID3,4=1/2*ID5，同時(shí)M3，M4組成電流鏡結(jié)構(gòu)，如果M3和M4管對(duì)稱，那么相同的結(jié)構(gòu)使得在x，y兩點(diǎn)的電壓在Vin的共模輸入范圍內(nèi)不隨著Vin的變化而變化，為第二極放大器提供了恒定的電壓和電流。圖1所示，

7、Cc為引入的米勒補(bǔ)償電容。利用表1、表2的參數(shù)COX=ox/toxK=0Cox計(jì)算得到KN=110A/V2KP=62A/V2第一級(jí)差分放大器的電壓增益為：第二極共源放大器的電壓增益為:第二極共源放大器的電壓增益為:所以二級(jí)放大器的總的電壓增益為相位裕量有要求60的相位裕量，假設(shè)RHP零點(diǎn)高于10GB以上因此由補(bǔ)償電容最小值2.2pF，為了獲得足夠的相位裕量我們可以選定Cc=3pF考慮共模輸入范圍：在最大輸入情況下，考慮M1處在飽和區(qū)，有在最小輸入情況下，考慮M5處在飽和區(qū)，有而電路的一些基本指標(biāo)有正的CMR 負(fù)的CMR 用負(fù)ICMR公式計(jì)算VDsat5由式（12）我們可以得到下式如果VDS5值

8、小于100mv，可能要求相當(dāng)大的(W/L)5，如果VDsat5小于0，則ICMR的設(shè)計(jì)要求則可能太過(guò)苛刻，因此，我們可以減小I5或者增大(W/L)5來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，我們?yōu)榱肆粢欢ǖ挠喽任覀僔IC(min)等于-1.1V為下限值進(jìn)行計(jì)算 則可以得到的VDsat5進(jìn)而推出 四、實(shí)驗(yàn)原理電路結(jié)構(gòu):最基本的COMS二級(jí)密勒補(bǔ)償運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的結(jié)構(gòu)如圖所示。主要包括四部分：第一級(jí)輸入級(jí)放大電路、第二級(jí)放大電路、偏置電路和相位補(bǔ)償電路。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.電路布局布線4. 幅頻特性曲線由圖可以看出增益為34.4+40=74.4Db,符合要求。六、思考題分析此類電流鏡優(yōu)點(diǎn)，并說(shuō)明原因。答：1.獲得了較高的精度：

9、在本電路中，由于電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，下方兩nmos管（圖中1,2）的漏端注入電壓相等，由此，Iout是Iin的精確復(fù)制，即使上方兩mos管（圖中0,3）的輸入電壓發(fā)生變化，對(duì)1,2而言，變化量近似相等，因此Iout Iin即通過(guò)共源共柵級(jí)屏蔽了輸出電壓變化的影響。2.以降低輸出擺幅為代價(jià)，提高了輸出電阻：各管子均處于飽和或臨界飽和的狀態(tài)。七、實(shí)驗(yàn)分析在本次設(shè)計(jì)中采用了密勒補(bǔ)償，但在包含密勒補(bǔ)償?shù)碾娐分袝?huì)產(chǎn)生一個(gè)離原點(diǎn)很近的零點(diǎn)，位于這是由于Cc+CGD6形成從輸入到輸出的回路。這個(gè)零點(diǎn)大大降低了電路的穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)中我們?cè)黾右粋€(gè)與補(bǔ)償電容串聯(lián)的電阻，從而改善零點(diǎn)的頻率,引入的電阻為RZ，零點(diǎn)的頻率可表示為，將此零點(diǎn)移到左半平面來(lái)消除第一非主極點(diǎn)，滿足的條件為選定合適的CL與CC，在程