西北工业大学 CMOS实验二报告.docx
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西北工业大学CMOS实验二报告
模拟CMOS集成电路实验
实验二
一、执行DC分析获得输入偏置电平，要求此时输出偏置电平为1.5V。
在DC分析结果中，标出关键点（工作区的交界点）。
并指出增益最大时的输入偏置电平。
1..图a.（R取2K）
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
RDvddDN2K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN00
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.DCVGN030.05
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probev（DN）LX7（M1）
.仿真图
分析：
输出偏置为1.5V时的工作点，输入偏置为0.957V
两个关键点分别为截止取和饱和区交界点，饱和区线性区交界点，输入偏置分别为0.7V和1.07V
当输入电平等于输出电平时增益最大，此时输入电压为1V
2.图b
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
M2vddvddOUTBNNMOSW=20uL=0.5u
M1OUTGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN00
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.DCVGN030.05
***********************output***********************
.optionspostacctprobe
.probev（OUT）LX7（M1）
.仿真图
分析：
输出偏置为1.5V时的工作点，此时输入偏置为1.035V
两关键点分别为截止区饱和区交界点和截止区线性区交界点，输入偏置分别为，0.7V和1.55V
增益最大如图输入偏置为1.24V
3.图c
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
M2OUTGPvddvddPMOSW=20uL=0.5u
M1OUTGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN00
VSNSN00
VBNBN00
VGPGP02.1
***********************analysis**********************
.DCVGN030.05
***********************output***********************
.optionspostacctprobe
.probev（OUT）LX7（M1）
.仿真图
分析：
输出偏置为1..5V时的工作点，此时输入偏置为0.725V
两点关键点分别为截止区饱和区交界点和饱和区线性区交界点，输入偏分别为0.7V和0.75V
增益最大输入偏置为0.738V
二、执行tran分析，输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,并通过tran分析波形，
计算增益。
（提示：
使用Hspice自带的函数测出输入输出信号的峰峰值，计算增益）逐步增大输入正弦信号的幅值到观察幅值达到多少时会有失真发生，失真的原因是什么？
1．图a.（RD取2k,输入:
幅值5mv，偏置0.957V）
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
RDvddGD2K
M1GDGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0AC1,-180sin（0.9560.11K）
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.tran1us5ms
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probetranv（GD）
.measurevmaxMAXV（GD）
.measurevminMINV（GD）
.仿真图
分析：
$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='A-2008.0332-BIT'
.TITLE'.titlecsr'
vmaxvmintemperalter#
1.55131.448125.00001.0000
1.5513-1.5=0.0513V1.5-1.4481=0.0519V
输出正弦波的幅度取（0.0513+0.0519）/2=0.0516V
增益为51.6mv/5mv=10.32
输入0.1v时失真，饱和失真。
2．图b.（输入:
幅值为5mv，偏置1.04V）
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
M2vddvddOUTBNNMOSW=20uL=0.5u
M1OUTGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0AC1,-180sin（1.030.0051K）
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.tran1us5ms
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probetranv（OUT）
.measurevmaxMAXV（OUT）
.measurevminMINV（OUT）
.仿真图
分析：
$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='A-2008.0332-BIT'
.TITLE'.titlecsm2'
vmaxvmintemperalter#1.50671.50671.493425.00001.00001.5067-1.5=0.0067V=6.7mv,1.5-1.4934=0.0066v=6.6mv
所以输出电压幅值取6.65mv
增益为66..5/5=1.33
输入为0.37V时开始顶部失真，器件截止
3．图c.（输入：
幅值为5mv，偏置0.752V）
.sp文件
***********************netlist************************
M2OUTGPvddvddPMOSW=20uL=0.5u
M1OUTGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03VGNGN0AC1,-180sin（0.7370.0051K）
VSNSN00
VBNBN00
VGPGP02.1
***********************analysis**********************
.tran1us5ms
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probetranv（OUT）
.measurevmaxMAXV（OUT）
.measurevminMINV（OUT）
.仿真图
分析：
$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='A-2008.0332-BIT'
.TITLE'.titlecsm2'
vmaxvmintemperalter#
2.66140.426625.00001.0000
2.6614-1.5=1.1614V,1.5-0.4226=1.0734V
所以输出正弦信号幅值取（1.1614+1.0734）/2=1.1174V=1117.4mV
增益为1117.4/5=223.48
输入为0.007V时开始顶部失真，截止失真。
三、执行AC分析，仿真得出-3db频率值，低频增益数值，并与手工计算结果比对。
从波形中给出该频率点的相移量。
1．图a（RD取2k）
sp文件（部分）
***********************netlist************************
RDvddDN2K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.956AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.0110G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
分析：
低频增益值为20.3db,-3db频率为4.83GHz，相移为-51.2
手工分析：
2．图b.
sp文件（部分）
***********************netlist************************
M2vddvddOUTBNNMOSW=20uL=0.5u
M1OUTGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=1.035AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.0130G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（OUT）Vp（OUT）
.仿真图
分析：
低频增益为2.46db-3db即为-0.54db频率为24GHz相移为-70.7
手工分析：
3．图c
sp文件（部分）
***********************netlist************************
M2OUTGPvddvddPMOSW=20uL=0.5u
M1OUTGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.737AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
VGPGP02.1
***********************analysis**********************
.ACdec1000.010.1G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（OUT）Vp（OUT）
.仿真图
分析：
低频增益为47db-3db即为44db频率为22.9MHz相移为-45.3
手工分析：
四、对图1重新执行频率分析，观察在R=2K、20K、200K时的3db带宽和增益有何不同。
1R=2K
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
RDvddDN2K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.9561,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.011G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
分析：
输入偏置应为0.956V，相应的频率特性曲线为：
0HZ-10GHz
-3DB频率为4.45GHZ,增益为20.3DB。
2．R=20K
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
RDvddDN20K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.779AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.011G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
输入偏置应为0.779V,
分析：
低频增益为30.1DB,-3DB频率为0.45GHZ
3．R=为200K
.sp文件
***********************netlist************************
RDvddDN200K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.725AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.011G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
输入偏置电压应为0.725V
分析：
低频增益为40DB，-3DB频率为44.7MHZ
结论：
增益增大，截止频率减少，高频特性变差
五、将MODEL中沟道调制系数改为0，再次对图1执行频率分析，观察在R=2K20K200K时的低频增益及3db带宽和
（2）又有何不同。
说明了什么问题？
1．R=2K
.sp文件（部分）
***********************netlist************************
RDvddDN2K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.956AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.0110G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
分析：
增益为20.1db,-3DB频率4.01GHZ
2.R=20K
sp文件
***********************netlist************************
RDvddDN20K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.779AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.0110G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
分析：
增益为29.9db,-3DB频率0.391GHZ
3．R=200K
sp文件
***********************netlist************************
RDvddDN200K
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
***********************source***********************
Vvddvdd03
VGNGN0DC=0.725AC1,-180
VSNSN00
VBNBN00
***********************analysis**********************
.ACdec1000.0110G
***********************output**********************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.仿真图
分析：
增益为39.9db,-3DB频率0.0393GHZ
结论：
忽略沟道调制效应时，增益影响很小,截至频率降低。
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