微电子cascode放大器课程设计.docx
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微电子cascode放大器课程设计
哈尔滨理工大学
软件学院
课程设计报告
课
程
微电子电路
题
目
带有源负载的cascode放大器
班
级
专
业
集成电路设计与集成系统
学
生
学
号
指导教师
徐瑞
2014年11月12日
一、课程设计目的3...
二、课程设计要求3...
三、设计思想及流程5...
（1）确定电流源I的值5..
5..
（2）确定N管和P管的沟道宽长比
6.
（3）使用Capture连接电路图（如下图）8..
（4）直流扫描确定电压偏置点1..1
（5）确定数值进行交流仿真
四、设计结果：
1..3.
五、心得体会：
1..5.
一、课程设计目的
1、进一步熟悉和掌握《微电子电路》设计电路所需要的理论知识。
2、熟悉并掌握captureCIS、Hspice与CosmosScope软件的使用。
3、掌握根据电路写网表的能力，应用Hspice仿真网表并分析仿真报告修改网表，学会用ComosScope查看分析波形，应用软件工具查看电路的性能指标。
4、学习设计和调试放大器电路的基本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和设计电路的基本技能。
培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与调试的实践和经验。
二、课程设计要求
分析如图这样的带有源负载的cascode放大器的开环增益，3dB频宽，单位增益频率。
其中负载电容为3PF，电源电压为5V，功耗小于2mW。
要求cascode放大器的开环增益大于60dB；单位增益频率越大越好，所有管子都工作在饱和区，对仿真结果进行分析。
M5
M6
Vdd
Vb
I
C
NMOS
PMOS
k（μA/V2）
111
69
Vt（V）
0.7231
-0.906
Vin
三、设计思想及流程
分析设计要求给出的电路图进行参数计算：
1）确定电流源I的值
图中所示的mos管其中上面四个pmos管为镜像电流源。
所有管子都饱和的情况下，支路上的镜像电流由左边恒流源I决定，左右两条支路上的电流都为电流源I的值。
设计要求功耗小于2mw，观察到两条
支路上电压都为vdd=5v。
根据公式P=VI计算
2mw
I
25v
得
I200A。
因为开环增益要求大于60dB。
60dB20lgAo得
Ao100
0；
2
Ao（gmr0）
2IVA'L
gmvov;rovov所以I50A;
2）确定N管和P管的沟道宽长比
取固定沟道长L为2um，计算得Wn=35umWp=74um
6
3）使用Capture连接电路图（如下图）
生成网表.SP文件：
sourceDESIGN
M_M5
N01652N01652N01432N01432nvp
+L=2u
6
+W=74u
+AD=80p
+AS=80p
C_C1
N02440GND3pf
M_M4
N02261N01652N01432N01432nvp
+L=2u
+W=74u
+AD=80p
+AS=80p
V_V1
N03022GND1.70Vdc
M_M6
N02365N02365N01652N01432nvp
+L=2u
+W=74u
+AD=80p
+AS=80p
V_V2
N03064GNDDC1.13VAC1.5Vac
M_M3
N02440N02365N02261N01432nvp
+L=2u
+W=74u
+AD=80p
+AS=80p
V_V3
N01432GND5Vdc
M_M2
N02440N03022N02523GNDnvn
+L=2u
+W=34u
+AD=80p
+AS=80p
I_I1
N02365GNDDC0.1mAdc
M_M1
N02523N03064GNDGNDnvn
+L=2u
+W=35u
+AD=80p
+AS=80p
.op
.acdec1011g
.lib
'c:
/lib/h05hvcddtt09v01.lib'tt
.end
（4）直流扫描确定电压偏置点
使用语句.dcV_V1/V_V2startendstepV_V2/V_V1startendstep扫描直流工作点，寻找M2漏极的直流电压位于2.5V附近的最优工作点曲线。
分析仿真结果
：
：
9
9
10
交换扫描顺序：
.dcV_V2start2end2step2V_V1start1end1step1
分析直流仿真结果：
10
11
5）确定数值进行交流仿真
固定V_V1=1.70、V_V2=1.13进行交流仿真
11
12
12
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交流仿真后查看放大器参数，并逐步调节修改，以达到最佳性能
13
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增益为77.25dB3dB频率为5371.7Hz单位增益频率为
36.192megHz符合设计要求。
五、心得体会：
通过这次课程设计让我更加深刻的了解、深入学习cascode放大器的工作原理，以及熟悉了放大器的基本设计流程，增强了自己分析问题，解决问题的能力，更好的将微电子电路的理论知识与实际的操作设计相结合。
在开始的设计中也面临着毫无头绪的情况，在老师的提示下有了思路，静下心来计算放大器的各个理想参数，分析各个指标的影响因素。
因为以前在其他课程的实验中学到网表中关于扫描语句的用法，所以开始着眼于扫描M1管的直流电压寻找最优直流工作点，但发现对精度的要求特别高，后来老师纠正我要固定M1管的直
流电压，扫描M2的电压，发现精度要求真的降低了很多，更便于实现所要求的性能指标，从而完成设计。
这使我明白了解决问题要善于变通，同时着手点要明确，这样才能事半功倍。
1
1参考文献：
[1]周玲玲，《微电子电路》（第五版），电子工业出版社，2008年。
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