北郵cmos實驗報告

1、北京郵電大學電子工程學院北京郵電大學 CMOS模擬集成電路設計實驗 實驗報告 實驗一 共源級放大器性能分析一、實驗目的1、掌握synopsys軟件啟動和電路原理圖（schematic）設計輸入方法；2、掌握使用synopsys電路仿真軟件customdesigner對原理圖進行電路特性仿真；3、輸入共源級放大器電路并對其進行DC、AC分析，繪制曲線；4、深入理解共源級放大器的工作原理以及mos管參數(shù)的改變對放大器性能的影響二、實驗要求1、啟動synopsys，建立庫及Cellview文件。2、輸入共源級放大器電路圖。3、設置仿真環(huán)境。4、仿真并查看仿真結(jié)果，繪制曲線。三、實驗結(jié)果1、R1=1K

2、電路圖幅頻與相位曲線參數(shù)圖2、 R1=10K的原理圖幅度與相位圖參數(shù)圖 實驗二 差分放大器設計一、實驗目的1.掌握差分放大器的設計方法；2.掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標的測試方法。二、實驗要求1.確定放大電路；2.確定靜態(tài)工作點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，設計差分放大器；5.對所設計電路調(diào)試；6.對電路性能指標進行測試仿真，并對測量結(jié)果進行驗算和誤差分析。三、實驗原理平衡態(tài)下小信號的差動電壓增益為：4、 實驗結(jié)果RW/L40302010533K22dB21dB21dB20dB18dB50K26dB25dB25dB24dB22dB100K32dB31

3、dB31dB30dB28dB改變W/L和柵極電阻，可以看到，R一定時，隨著W/L增加，增益增加，W/L一定時，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，這會限制帶寬的特性，W/L增大時，帶寬會下降。為保證帶寬，選取W/L=5，R=50K的情況下的數(shù)值，保證了帶寬約為1.73GHZ，可以符合系統(tǒng)的功能特性，實驗結(jié)果見下圖。 實驗三 電流源負載差分放大器設計一、實驗目的1.掌握電流源負載差分放大器的設計方法；2.掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標的測試方法。二、實驗要求1.設計差分放大器，電壓放大倍數(shù)大于30dB；2.對所涉及的電路進行設計、調(diào)試；3.對電路性能指標進行測試仿真，并對測量

4、結(jié)果進行驗算和誤差分析。三、實驗原理 電流鏡負載的差分對傳統(tǒng)運算放大器的輸入級一般都采用電流鏡負載的差分對。如上圖所示。NMOS器件M1和M2作為差分對管，P溝道器件M4，M5組成電流源負載。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M2的電流將等于是IOUT為零時M2所需要的電流。如果VGS1VGS2，由于I0=ID1+ID2，ID1相對ID2要增加。ID1的增加意味著ID4和ID5也增大。但是，當VGS1變的比VGS2大時，ID2應小。因此要使電路平衡

5、，IOUT必須為正。輸出電流IOUT等于差分對管的差值，其最大值為I0。這樣就使差分放大器的差分輸出信號轉(zhuǎn)換成單端輸出信號。反之如果VGS110V/us相位裕度=60度VOUT范圍=-2,2VICMR=-12VPdiss=2mW3、 實驗內(nèi)容圖中有多個電流鏡結(jié)構(gòu)，M5,M8組成電流鏡，流過M1的電流與流過M2電流ID1,2=ID3,4=1/2*ID5，同時M3，M4組成電流鏡結(jié)構(gòu)，如果M3和M4管對稱，那么相同的結(jié)構(gòu)使得在x，y兩點的電壓在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，Cc為引入的米勒補償電容。利用表1、表2中的參數(shù)第一級差分放

6、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RHP零點高于10GB以上因此由補償電容最小值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)，有而電路一些基本指標下面用ICMR的要求計算(W/L)3用負ICMR公式計算由式（12）我們可以得到下式進而推出為了得到60的相位裕量，的值近似起碼是輸入級跨導的10倍，我們設，為了達到第一級電流鏡負載（M3和M4）的正確鏡像，要求=，圖中x，y點電位相同我們可以得到進而由我們可以得到直流電流同樣由電流鏡原理，我們可以得到四、實驗

7、原理電路結(jié)構(gòu):最基本的COMS二級密勒補償運算跨導放大器的結(jié)構(gòu)如圖所示。主要包括四部分：第一級輸入級放大電路、第二級放大電路、偏置電路和相位補償電路。相位補償:電路有至少四個極點和兩個零點，假定z2、p3、p4以及其它寄生極點都遠大于GBW，若不考慮零點z1，僅考慮第二極點p2，那么這是一個典型的兩極點決定的系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，通常要求有63左右的相位裕度，即保持頻率階躍響應的最大平坦度以及較短的時間響應。但在考慮z1之后，這個右半平面（RHP）的零點在相位域上相當于左半平面（LHP）的極點，所以相位裕度會得到惡化。同時如果為了將兩個極點分離程度增大，則補償電容Cc就要增大，這也會使得零點減

8、小，進一步犧牲相位裕度，如圖所示5、 實驗結(jié)果 電路圖 實驗總結(jié)及問題解決實驗中的問題感謝助教老師的幫助和耐心講解，讓我們在解決問題的同時學習到了更多的知識，在實驗過程我們遇到了一些問題，總結(jié)如下： 1.一開始我們不知道怎么看前后的放大倍數(shù)，后來是助教告訴我們要看縱坐標的分貝數(shù)進行比較。 2.我們的原件參數(shù)設置不是太合理，最開始計算出來的值并不是很能用，后來經(jīng)過不斷的修改才調(diào)試出最適合的參數(shù)。 實驗心得體會 通過第一次實驗，初步掌握了Synopsys軟件的設計和仿真過程，學會了基本操作，解決了一些常見誤區(qū)和問題。 接下來的幾次試驗都是有助教給好的原理圖，我們根據(jù)原理圖畫好電路，自行仿真得出實驗要求的參數(shù)，并給老師驗收。整個過程中雖然一開始出現(xiàn)了錯誤，后來慢慢學會了合理分配參數(shù)。 最后一次實驗需要自行設計，對我們來說也十分有挑戰(zhàn)，自行查閱書本后不僅了解了電路的原理，還要自己設計數(shù)據(jù)。我們花了1個小時的時間對所有元件進行數(shù)據(jù)設計和計算，不斷逼近要求的值。 通過整個的實驗過程，感到Synopsys得功能很強大，但有一些操作比較復雜。跟以往我們用的模電的軟件不同。通過這幾次COMS設計實驗，讓我們將課堂上學習的理論知識運用到實踐中，在實驗調(diào)試的過程中更好地理解了理論知識，并加深了對模擬COMS集成電路設計這門課程的理解。在COMS實驗設計過程中，增益、速度、功耗