北郵模擬集成電路報(bào)告

1、模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題目：模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)院：電子工程學(xué)院班級(jí)：2013211202姓名： 學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)一、共源極放大器性能分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握synopsys軟件啟動(dòng)和電路原理圖（schematic）設(shè)計(jì)輸入方法；2、掌握使用synopsys電路仿真軟件customdesigner對(duì)原理圖進(jìn)行電路特性仿真；3、輸入共源級(jí)放大器電路并對(duì)其進(jìn)行DC、AC分析，繪制曲線；4、深入理解共源級(jí)放大器的工作原理以及mos管參數(shù)的改變對(duì)放大器性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)要求1、啟動(dòng)synopsys，建立庫(kù)及Cellview文件。2、輸入共源級(jí)放大器電路圖。3、設(shè)置仿真環(huán)境。4、仿真

2、并查看仿真結(jié)果，繪制曲線。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、建立工作庫(kù)；2、建立單元；3、編輯電路；4、仿真。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、電路圖：2、幅頻特性曲線：3、元件參數(shù)：電阻，Rd=10k：柵源之間所接電容，C=1pF：三極管（NMOS管）的參數(shù)，溝道寬度為10，長(zhǎng)度為1，寬長(zhǎng)比為10：2V電壓表的參數(shù)：3V電壓表的參數(shù)：五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析輸入交流電源電壓為1V，所得增益為12dB。由仿真結(jié)果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91dB可見，實(shí)際增益大于理論增益。實(shí)驗(yàn)二、差分放大器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握差分放大器的設(shè)計(jì)方法；2.掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標(biāo)的測(cè)試方

3、法。二、預(yù)習(xí)要求1根據(jù)指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)并計(jì)算電路的有關(guān)參數(shù)；2.畫出所設(shè)計(jì)的電路，列出元件的值；3.制定出實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)用的儀器設(shè)備；4.寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.按以下指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)差分放大器，電壓放大倍數(shù)大于20dB，盡量增大GBW；2.對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試；3.對(duì)電路性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試仿真，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算和誤差分析；4.使用二極管代替電阻做負(fù)載，實(shí)現(xiàn)10dB增益（選做）；5.實(shí)驗(yàn)MOS管代替電阻做負(fù)載，實(shí)現(xiàn)30dB增益（選做）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、繪制電路圖；2、粗略確定電路中元件參數(shù)；3、根據(jù)要求調(diào)整元件參數(shù)；4、仿真，并生成網(wǎng)表；5、繪制頻譜特性圖形；6、電路的改進(jìn)

4、建議和實(shí)驗(yàn)中的體會(huì)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表中數(shù)據(jù)單位為dB）RW/L51020304010k7.99.610.911.411.720 k13.815.616.817.317.730 k17.31920.220.821.1六、實(shí)驗(yàn)截圖1.電路圖2. W=10， L=1， R=10K時(shí)的幅頻特性曲線：3. W=40， L=1， R=30K時(shí)的幅頻特性曲線：改變W/L和柵極電阻，可以看到，R一定時(shí)，隨著W/L增加，增益增加，W/L一定時(shí)，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，W/L增大時(shí)，帶寬會(huì)下降。實(shí)驗(yàn)三：電流源負(fù)載差分放大器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握電流源負(fù)載差分放大器的設(shè)計(jì)方法；2.

5、掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)差分放大器，電壓放大倍數(shù)大于30dB；2.對(duì)所涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試；3.對(duì)電路性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試仿真，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算和誤差分析。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.繪制電路圖；2.粗略確定電路中原件參數(shù)；3.根據(jù)要求調(diào)整元件參數(shù)；4.仿真，并生成網(wǎng)表；5.繪制頻譜特性圖形；6.電路的改進(jìn)建議和實(shí)驗(yàn)中的體會(huì)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果增益（dB）W/L(NMOS)40506070W/L(PMOS)1020.220.821.4222026.426.526.827.1303030.5630.9531.35五實(shí)驗(yàn)截圖1.電路圖2. WP=5，WN=40，L=1時(shí)

6、的幅頻特性曲線：3. WP=10，WN=70，L=1時(shí)的幅頻特性曲線：本次實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)二的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改調(diào)試的，電壓增益為31.35dB，電壓的理論增益公式為AVgm0,2(r02|r03)電源電壓的設(shè)計(jì)需要合適的范圍，既不能太小，也不能太大。過小會(huì)使得場(chǎng)效應(yīng)管不能進(jìn)入到飽和區(qū)，過大會(huì)使得此放大器的輸出擺幅過小，我們的電路設(shè)計(jì)中選擇電源電壓為3V，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)五：共源共柵電流鏡設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぼ浖氖褂?，了解Cadence軟件的設(shè)計(jì)過程。掌握電流鏡的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，設(shè)計(jì)集成電路實(shí)現(xiàn)所給要求。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目及要求1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目：低輸出電壓高輸出電阻的電流鏡設(shè)計(jì)。包括基本共源共柵

7、電流鏡設(shè)計(jì)和低壓共源共柵電流鏡設(shè)計(jì)。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求：電流比1:1；輸出電壓最小值0.5V；輸出電流變化范圍5100UA。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共源共柵電流鏡基本參數(shù)確定。其中：每個(gè)MOSFET的襯底都接地，(W/L)1=(W/L)2; (W/L)3=(W/L)4;通過大信號(hào)直流工作點(diǎn)分析和小信號(hào)等效電路分析，可以知道該電路的特點(diǎn)如下：（1） 小信號(hào)輸入電阻低（1/gm1）；（2） 輸入端工作電壓低（ VT1+VMAX=VT1+2Iinmax/KP1(W/L)11/2 ）;（3） 小信號(hào)輸出電阻高（rout=rds21+(gm3+gmb3)rds3+rds3）;（4） 輸出端最小工作電壓低（ 2VMAX

8、(2V4=VT3+2VMAX) ）。1.設(shè)計(jì)變量初始估算確定(W/L)1、(W/L)2為了計(jì)算設(shè)計(jì)變量，我們有必要了解電路MOSFET的工作狀態(tài)，為了使輸出端最小工作電壓小于0.5V，令：MN3管工作于臨界飽和區(qū)（即：VOUTMIN=VG3-VT3=0.5V）,而MN1、MN2管隨著輸入電流Iin從5UA變到100UA的過程中先工作在過飽和區(qū)最終工作在臨界飽和區(qū)，同時(shí)令：當(dāng)MN1、MN2工作在臨界飽和區(qū)時(shí)VDS1=VDS2=VOUTMIN/2=0.25V。為了使MN1、MN2工作在飽和區(qū)，則必須：VDSVGS2-VT22IINMAX/KP2WL2VDS2=VOUTMIN2(W/L)22IINM

9、AXKPN(VOUTMIN2)=210010-6A123.010-6A/V20.252V226確定(W/L)3、(W/L)4從MN3管VGS3的角度來考慮問題，當(dāng)Iin=100UA時(shí)，為了使MN2管工作在臨界飽和區(qū)，VGS3的電壓降不可以過大，即：VGS3VG3-VOUTMIN2又MN3管工作于臨界飽和區(qū)，則：VGS3VD3+VT3-VOUTMIN2VT3+2IINMAXKP3WL3VOUTMIN+VT3-VOUTMIN22IINMAXKP3WL3VOUTMIN2(W/L)32IINMAXKPN(VOUTMIN2)2=210010-6A123.010-6A/V20.252V226確定（W/L）

10、B為了節(jié)省面積和設(shè)計(jì)的方便，?。╓/L）B=1確定IB在確定IB前先要計(jì)算VT3，根據(jù)襯偏效應(yīng)可以得到：VT3=VTN0+（2F+VSB-2F=0.6431V+0.63V1/2（0.83V+0.25V-0.83V)0.72V因?yàn)镸N3工作在臨界飽和區(qū)，所以：VG3=VD3+VT3又MNB管工作于MOS二極管狀態(tài)：VG3=VDSB=VGSB=VTB+2IBKPBWLBIB=12(VOUTMIN+VT3-VTNO)2KPN(W/L)BIB=0.5O.5V+0.72V-0.6431V2123.010-6A/V2120UA確定溝道長(zhǎng)度L取L=3M2.驗(yàn)證直流工作點(diǎn)（1）MNB：二極管連接確保它工作于飽

11、和區(qū)。（2）MN3：工作于臨界飽和工作區(qū)。（3）MN1、MN2：當(dāng)IIN=100UA，它們工作于臨界飽和區(qū)；當(dāng)IIN減小時(shí)，VGS1、2減小且VDS1、2增大，使它們工作在過飽和區(qū)。（4）MN4：要使MN4管工作于飽和區(qū)，則：Vds4Vgs4-VT4Vd4Vg4-VT4VT1+|V|VOUTMIN而VT1=0.6431V,VOUTMIN=0.5V,顯然上式成立。即MN4工作于飽和區(qū)。3.仿真驗(yàn)證繪制電路圖，進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.電路圖2.電阻參數(shù)：實(shí)驗(yàn)總結(jié)：1.實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方法：元件參數(shù)的設(shè)置：實(shí)驗(yàn)過程中，電路圖可以按照實(shí)驗(yàn)講義的提示進(jìn)行搭建，但是元件的參數(shù)需要自己進(jìn)行設(shè)定，剛開始時(shí)選擇的參數(shù)范圍不合理，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求，后來通過查閱資料和筆記以及經(jīng)過助教的提醒，選擇了合適的參數(shù)范圍，完成了實(shí)驗(yàn)要求。MOS管命名不正確：NMOS4和PMOS4初始名字與仿真庫(kù)不同，導(dǎo)致仿真報(bào)錯(cuò)。這個(gè)問題困擾了我們好一陣子，以為是哪一步操作有誤，甚至還重新做了一遍實(shí)驗(yàn)，但是還是解決不了，后來經(jīng)過出現(xiàn)過相同問題的同學(xué)提醒，在一開始選擇MOS管時(shí)就把參數(shù)和名稱設(shè)置好，才解決了這個(gè)問題。2.心得體會(huì)