cmos实验报告.docx

1、cmos实验报告模拟集成电路设计实验报告学院：班级：学号：姓名：班内序号：实验一:共源级放大器性能分析一、实验目的1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法；2、掌握使用synopsys电路仿真软件customdesigner对原理图进行电路特性仿真；3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线；4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响二、实验要求1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。2、输入共源级放大器电路图。3、设置仿真环境。4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。三、实验结果1、电路图2、幅度

2、和相位曲线3、部分参数四、实验结果分析器件参数：NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，Rd=10K。实验结果：由仿真结果有：gm=173u，Rd=10k，所以增益Av=173*10/1000=1.73=4.76dB实验二:差分放大器设计一、实验目的1.掌握差分放大器的设计方法；2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。二、实验要求1.确定放大电路；2.确定静态工作点Q；3.确定电路其他参数。4.电压放大倍数大于20dB，尽量增大GBW，设计差分放大器；5.对所设计电路调试；6.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。三、实验原理平衡态下的小信号差动电压增益A

3、V为：四、实验结果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改变W/L和栅极电阻，可以看到，R一定时，随着W/L增加，增益增加，W/L一定时，随着R的增加，增益也增加。但从仿真特性曲线我们可以知道，这会限制带宽的特性，W/L增大时，带宽会下降。为保证带宽，选取W/L=25，R=20K的情况下的数值，保证了带宽约为500MHZ，可以符合系统的功能特性，实验结果

4、见下图。1. 电路图2. 幅频特性曲线该图增益为26.9Db,采用W/L为25，R取30k，带宽约为300M五、思考题根据计算公式，为什么不能直接增大R实现放大倍数的增大？答：若直接增加Rd，则Vd会增加，增加过程中会限制最大电压摆幅；如果VDDVd=VinVTH，那MOS管处于线性区的边缘，此时仅允许非常小的输出电压摆幅。即电路不工作。此外，RD增大还会导致输出结点的时间常数更大。实验三：电流源负载差分放大器设计一、实验目的1.掌握电流源负载差分放大器的设计方法；2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。二、实验要求1.设计差分放大器，电压放大倍数大于30dB；2.对所涉及的电路进行设计

5、、调试；3.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。三、实验原理电流镜负载的差分对传统运算放大器的输入级一般都采用电流镜负载的差分对。如上图所示。NMOS器件M1和M2作为差分对管，P沟道器件M4，M5组成电流源负载。电流0I提供差分放大器的工作电流。如果M4和M5相匹配，那么M1电流的大小就决定了M4电流的大小。这个电流将镜像到M5。如果VGS1=VGS2，则Ml和M2的电流相同。这样由M5通过M2的电流将等于是IOUT为零时M2所需要的电流。如果VGS1VGS2，由于I0=ID1+ID2，ID1相对ID2要增加。ID1的增加意味着ID4和ID5也增大。但是，当VGS1变

6、的比VGS2大时，ID2应小。因此要使电路平衡，IOUT必须为正。输出电流IOUT等于差分对管的差值，其最大值为I0。这样就使差分放大器的差分输出信号转换成单端输出信号。反之如果VGS110V/us相位裕度=60度VOUT范围=-2,2VICMR=-12VPdiss=2mW三、实验内容确定电路的拓扑结构：图中有多个电流镜结构，M5,M8组成电流镜，流过M1的电流与流过M2电流ID1,2=ID3,4=1/2*ID5，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的结构使得在x，y两点的电压在Vin的共模输入范围内不随着Vin的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图1所

7、示，Cc为引入的米勒补偿电容。利用表1、表2的参数COX=ox/toxK=0Cox计算得到KN=110A/V2KP=62A/V2第一级差分放大器的电压增益为：第二极共源放大器的电压增益为:第二极共源放大器的电压增益为:所以二级放大器的总的电压增益为相位裕量有要求60的相位裕量，假设RHP零点高于10GB以上因此由补偿电容最小值2.2pF，为了获得足够的相位裕量我们可以选定Cc=3pF考虑共模输入范围：在最大输入情况下，考虑M1处在饱和区，有在最小输入情况下，考虑M5处在饱和区，有而电路的一些基本指标有正的CMR负的CMR用负ICMR公式计算VDsat5由式（12）我们可以得到下式如果VDS5值

8、小于100mv，可能要求相当大的(W/L)5，如果VDsat5小于0，则ICMR的设计要求则可能太过苛刻，因此，我们可以减小I5或者增大(W/L)5来解决这个问题，我们为了留一定的余度我们VIC(min)等于-1.1V为下限值进行计算则可以得到的VDsat5进而推出四、实验原理电路结构:最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。五、实验结果1.电路布局布线4. 幅频特性曲线由图可以看出增益为34.4+40=74.4Db,符合要求。六、思考题分析此类电流镜优点，并说明原因。答：1.获得了较高的精度：在本

9、电路中，由于电路结构特点，下方两nmos管（图中1,2）的漏端注入电压相等，由此，Iout是Iin的精确复制，即使上方两mos管（图中0,3）的输入电压发生变化，对1,2而言，变化量近似相等，因此IoutIin即通过共源共栅级屏蔽了输出电压变化的影响。2.以降低输出摆幅为代价，提高了输出电阻：各管子均处于饱和或临界饱和的状态。七、实验分析在本次设计中采用了密勒补偿，但在包含密勒补偿的电路中会产生一个离原点很近的零点，位于这是由于Cc+CGD6形成从输入到输出的回路。这个零点大大降低了电路的稳定性。本次设计中我们增加一个与补偿电容串联的电阻，从而改善零点的频率,引入的电阻为RZ，零点的频率可表示为，将此零点移到左半平面来消除第一非主极点，满足的条件为选定合适的CL与CC，在程序中读出gm6的值，就可以计算出RZ的值。但是电阻过大会带来更大的热噪声，还会使时间常数更大，而电路的GB随CC的增大而减小，这里就涉及到电阻RZ电容CC和gm6的折衷。经过反复尝试，我们找到了一组比较合适的数据，其中CC=3p，RZ=60k，GB和电路的稳定性均比较好的达到了实验要求。【下载本文档，可以自由复制内容或自由编辑修改内容，更多精彩文章，期待你的好评和关注，我将一如既往为您服务】