CMOS实验二.docx
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CMOS实验二
实验课2共源级放大器分析
无说明情况下,实验采用课本32页给出的MODEL。
NMOS
LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8
PMOS
LEVEL=1VT0=-0.8GAMMA=0.4PHI=0.8
NSUB=5e+14LD=0.09e-6U0=100LAMBDA=0.2
TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.94e-3CJSW=0.32e-11
MJ=0.5MJSW=0.3CGDO=0.3e-9JS=0.5e-8
1、实验内容和步骤
实验电路图1-1、1-2以及1-3中电路（W/L）1=50/0.5,（W/L）2=20/0.5,VDD=3V，Vb=2.1V。
1.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。
2.执行tran分析，输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,并通过tran分析的波形，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？
3.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。
4.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。
5.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？
电路图1-1电路图1-2电路图1-3
2、实验结果与分析
1.对于电路图1-1：
（1）执行DC分析后获得输入偏置电平，其输出波形图如图a-1所示：
图a-1电阻负载的共源级输出电压和跨导与输入电压的特性曲线
（2）当输出偏置电平为1.5V，输入电平值如图a-1.1所示，标出的关键点（工作区的交界点）如图a-1.2所示：
图a-1.1输入电平值x图a-1.2关键点（工作区的交界点）
（3）根据采用电阻负载的共源级的增益公式（1-1）
（1-1）
可知，增益
随着跨导
的增大而增大，故增益最大时的输入偏置电平即跨导最大时的输入电平。
（4）总结：
由图a-1.1，得输出偏置电平为1.5V，输入为0.957V，增益最大时的输入偏置电平为1.05V。
（5）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
RDDDDN2k
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************source*****************
VDDDD03
VGSNGNSN0
VSNSN00
VBNBN00
**************analysis******************
.DCVGSN030.05
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV（DN）LX7（M1）*LX7（）求器件跨导
.end
对于电路图1-2：
（1）执行DC分析后获得输入偏置电平，其输出波形图如图b-1所示：
图b-1二极管连接的负载的共源级输出电压和跨导与输入电压的特性曲线
（2）当输出偏置电平为1.5V，输入电平值如图b-2.1所示，标出的关键点（工作区的交界点）如图b-2.2所示：
图b-2.1输入电平值x图b-2.2关键点（工作区的交界点）
3）根据采用二极管连接的负载的共源级的增益公式（1-1）可知，
增益
随着跨导
的增大而增大，故增益最大时的输入偏置电平即跨导最大时的输入电平。
（4）总结：
由图b-2.1，得输出偏置电平为1.5V，输入为1.03V，增益最大时的输入偏置电平为1.55V。
（5）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DN1GN1SN1BNNMOSW=50uL=0.5u
M2DN2GN2SN2BNNMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************source*****************
VDN2DN203
VGN2GN203
VDSN12DN1SN20
VGSN1GN1SN10
VSN1SN100
VBNBN00
**************analysis******************
.DCVGSN1030.05
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV（DN1）LX7（M1）*LX7（）求器件跨导
.end
对于电路图1-3：
（1）执行DC分析后获得输入偏置电平，其输出波形图如图c-1所示：
图c-1电流源负载的共源级输出电压和跨导与输入电压的特性曲线
（2）当输出偏置电平为1.5V，输入电平值如图c-3.1所示，标出的关键点（工作区的交界点）如图c-3.2所示：
图c-3.1输入电平值x图c-3.2关键点（工作区的交界点）
（3）根据采用电流源负载的共源级的增益公式（1-1）可知，
增益
随着跨导
的增大而增大，故增益最大时的输入偏置电平即跨导最大时的输入电平。
（4）总结：
由图c-3.1，得输出偏置电平为1.5V，输入为0.725V，增益最大时的输入偏置电平为0.752V。
（5）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
M2DPGPSPBPPMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************modelPMOS************************
.MODELPMOSPMOS（
+LEVEL=1VT0=-0.8GAMMA=0.4PHI=0.8
+NSUB=5e+14LD=0.09e-6U0=100LAMBDA=0.2
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.94e-3CJSW=0.32e-11
+MJ=0.5MJSW=0.3CGDO=0.3e-9JS=0.5e-8）**************source*****************
VDNDPDNDP0
VGSNGNSN0
VSNSN00
VBNBN00
VSPSP03
VGPGP02.1
VBPBP03
**************analysis******************
.DCVGSN030.05
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV（DN）LX7（M1）*LX7（）求器件跨导
.end
2.对于电路图1-1：
（1）执行tran分析，输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,通过tran分析的波形,输出波形如图a-2:
图a-2电阻负载的共源级执行tran分析后的波形
（2）分析图a-2，得出
输出峰峰值vmax=1.552vmin=1.448，根据增益公式（1-2）
（1-2）
得，增益为（1.552-1.448）/0.01=10.4。
当输入电压达到0.1v时开始失真，为饱和失真。
（3）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
RDDDDN2k
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************source*****************
VGNGN0AC1,-180sin（0.9570.0051K）
VDDDD03
VSNSN00
VBNBN00
**************analysis******************
.TRAN1us5ms
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV（DN）LX7（M1）*LX7（）求器件跨导
.end
对于电路图1-2：
（1）执行tran分析，输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,通过tran分析的波形,输出波形如图b-2:
图b-2二极管连接的负载的共源级执行tran分析后的波形
（2）分析图b-2，得出
输出峰峰值vmax=1.5132vmin=1.5000，根据增益公式（1-2），得
增益为（1.5132-1.5000）/0.01=1.32
当输入为0.37V时输出开始失真，失真的原因是器件截止了。
（3）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DN1GN1SN1BNNMOSW=50uL=0.5u
M2DN2GN2SN2BNNMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************source*****************
VGN1GN10AC1,-180sin（1.030.0051K）
VDN2DN203
VGN2GN203
VDSN12DN1SN20
VSN1SN100
VBNBN00
**************analysis******************
.TRAN1us5ms
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV（DN1）LX7（M1）*LX7（）求器件跨导
.end
对于电路图1-3：
（1）执行tran分析，输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,通过tran分析的波形,输出波形如图c-2:
图c-2电流源负载的共源级执行tran分析后的波形
由图可知波形已经失真，计算得出偏置在0.737V时，波形不失真。
输出波形如图c-2.1如下：
图c-2.1电流源负载的共源级执行tran分析后的波形
（2）分析图c-2.1，得出
输出峰峰值vmax=2.66vmin=0.42，根据增益公式（1-2），得
增益为（2.66-0.42）/0.01=224
当输入电压为0.007V时就开始失真，失真原因是器件截止工作了。
（3）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
M2DPGPSPBPPMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************modelPMOS************************
.MODELPMOSPMOS（
+LEVEL=1VT0=-0.8GAMMA=0.4PHI=0.8
+NSUB=5e+14LD=0.09e-6U0=100LAMBDA=0.2
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.94e-3CJSW=0.32e-11
+MJ=0.5MJSW=0.3CGDO=0.3e-9JS=0.5e-8）**************source*****************
VGNGN0AC1,-180sin（0.7370.0051K）
VDNDPDNDP0
VSNSN00
VBNBN00
VSPSP03
VGPGP02.1
VBPBP03
**************analysis******************
.TRAN1us5ms
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV（DN）LX7（M1）*LX7（）求器件跨导
.end
3.对于电路图1-1：
（1）执行AC分析，仿真得出的幅频特性曲线和相频特性的波形图分别如图a-3.1和图a-3.2所示:
图a-3.1电阻负载的共源级的幅频特性曲线
图a-3.2电阻负载的共源级的相频特性曲线
（2）实验所得的-3db时的频率值以及该频率点的相移量分别如图a-3.3和图a-3.4：
图a-3.3-3db时的频率值图a-3.4频率点的相移量
（3）由图a-3.3得，低频增益为20.3db，则-3db即为17.3db，此时的频率为4.45GHZ。
（4）手工分析结果：
20lgAu=20*lg（10.4）=20.34db，与实验结果相似。
（5）由图a-3.4，得此时相移为-50.4。
（6）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
RDDDDN2k
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************source*****************
VGNGN0DC0.957AC1,-180
VDDDD03
VSNSN00
VBNBN00
**************analysis******************
.ACdec1000.015G
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN）Vp（DN）
.end
对于电路图1-2：
（1）执行AC分析，仿真得出的幅频特性曲线和相频特性的波形图分别如图b-3.1和图b-3.2所示:
图b-3.1二极管连接的负载的共源级的幅频特性曲线
图b-3.2二极管连接的负载的共源级的相频特性曲线
（2）实验所得的-3db时的频率值以及该频率点的相移量分别如图b-3.3和图b-3.4：
图b-3.3-3db时的频率值图b-3.4频率点的相移量
（3）由图b-3.3得，低频增益为2.47db，则-3db即为-0.530db，此时的频率为23.5GHZ。
（4）手工分析结果：
20lgAu=20*lg（1.33）=20.34db，与实验结果相似。
（5）由图b-3.4，得此时相移为-70.5。
（6）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DN1GN1SN1BNNMOSW=50uL=0.5u
M2DN2GN2SN2BNNMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************source*****************
VGN1GN10DC1.03AC1,-180
VDN2DN203
VGN2GN203
VDSN12DN1SN20
VSN1SN100
VBNBN00
**************analysis******************
.ACdec1000.0150G
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeVdb（DN1）Vp（DN1）
.end
对于电路图1-3：
（1）执行AC分析，仿真得出的幅频特性曲线和相频特性的波形图分别如图c-3.1和图c-3.2所示:
图c-3.1电流源负载的共源级的幅频特性曲线
图c-3.2电流源负载的共源级的相频特性曲线
（2）实验所得的-3db时的频率值以及该频率点的相移量分别如图c-3.3和图c-3.4：
图c-3.3-3db时的频率值图c-3.4频率点的相移量
（3）由图c-3.3得，低频增益为47.0db，则-3db即为44.0db，此时的频率为22.7MHZ。
（4）手工分析结果：
20lgAu=20*lg（224）=47.00db，与实验结果相似。
（5）由图c-3.4，得此时相移为-45.1。
（6）源代码：
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
M2DPGPSPBPPMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS（
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8）
**************modelPMOS************************
.MODELPMOSPMOS（
+L
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