集成電路分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(2)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-實(shí)驗(yàn)三 CMOS兩級(jí)放大器分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

集成電路分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(2)LAB3CMOS兩級(jí)放大器分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告PAGE0集成電路分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(2)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)三CMOS兩級(jí)放大器分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1)計(jì)算機(jī)(2)CadenceVirtuosoADE5.1.41(3)CadenceSpectre實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑偈煜げ⒄莆帐褂锰崛〉闹付üに?TSMC0.35um混合信號(hào)工藝)的器件的電學(xué)參數(shù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)②熟悉并掌握NMOS輸入管差分對(duì)輸入PMOS共源兩級(jí)放大器設(shè)計(jì)、PMOS輸入管差分對(duì)NMOS共源兩級(jí)放大器分析與設(shè)計(jì)③熟悉并掌握兩級(jí)放大器相應(yīng)指標(biāo)的分析與仿真驗(yàn)證方法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容①根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，完成給定的電路設(shè)計(jì)(預(yù)習(xí))②根據(jù)要求調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，使其和設(shè)計(jì)符合(OP分析)③交流小信號(hào)分析電路的差模頻率響應(yīng)、共模頻率響應(yīng)、CMRR(AC分析)④DC分析共模輸入范圍、輸出電壓范圍、共模輸入電平對(duì)差分對(duì)跨導(dǎo)的影響⑤電源抑制比PSRR的分析與驗(yàn)證、零極點(diǎn)分析⑥parametricanalysis分析共模輸入電平對(duì)差模增益的影響=7\*GB3⑦壓擺率（轉(zhuǎn)換速率）SR分析=8\*GB3⑧溫度掃描分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.實(shí)驗(yàn)前按要求閱讀實(shí)驗(yàn)操作文檔，熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程及操作步驟,設(shè)計(jì)給定電路(計(jì)算參數(shù))2.按實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求操作、仿真電路、記錄數(shù)據(jù)(波形)、處理數(shù)據(jù)(波形)3.課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告請(qǐng)?jiān)谙麓螌?shí)驗(yàn)課前提交實(shí)驗(yàn)記錄：實(shí)驗(yàn)3.2靜態(tài)工作點(diǎn)分析與調(diào)整(OP)實(shí)驗(yàn)3.3頻率響應(yīng)分析(AC)實(shí)驗(yàn)3.4零極點(diǎn)分析及調(diào)零電阻（PZ分析）實(shí)驗(yàn)3.5共模則增益及共模抑制比CMRR實(shí)驗(yàn)3.6共模輸入范圍分析(DC)實(shí)驗(yàn)3.7輸出電壓范圍分析(DC)實(shí)驗(yàn)3.8正負(fù)電源抑制比PSRR±分析(AC)實(shí)驗(yàn)3.9共模輸入電平對(duì)差分對(duì)差模增益的影響(parametricanalysis)實(shí)驗(yàn)3.10壓擺率（tran分析）實(shí)驗(yàn)3.11溫度掃描分析電路設(shè)計(jì)部分(預(yù)習(xí)完成)依據(jù)實(shí)驗(yàn)3.3.1預(yù)定設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)以下分析過(guò)程，估算設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)①約束條件：過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓M1/M2(輸入管)M3/M4(負(fù)載管)M5(長(zhǎng)尾管)M6(共源放大管)M7(共源負(fù)載管)0.2V0.2V0.2V0.2V0.2V②根據(jù)頻率響應(yīng)和相位裕度要求確定第一級(jí)差分對(duì)電流和第二級(jí)電流比例以及密勒電容ID6/ID1倍數(shù)CLCc63pF1.3pF③根據(jù)單位增益帶寬、壓擺率估算電流(注意不要超過(guò)靜態(tài)功耗的約束條件)M1/M2(輸入管)M5(長(zhǎng)尾管)M6(共源放大管)100uA200uA600uA④根據(jù)直流差模增益/共模增益指標(biāo)估算器件溝道長(zhǎng)度M1/M2(輸入管)M3/M4/(負(fù)載管)M5(長(zhǎng)尾管)L=1.2um=0.04L=2.5um=0.04L=1.2um=0.04注意M3、M4、M6的L一致，M5和M7的L一致M6(共源放大管)M7(共源電流偏置)L=2.5um=0.04L=1.2um=0.04⑤根據(jù)過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。工藝跨導(dǎo)計(jì)算器件寬長(zhǎng)比，從而確定器件最終尺寸(單位：um)M1/M2(差分對(duì)輸入管)M3/M4(差分對(duì)負(fù)載管)M5(差分對(duì)長(zhǎng)尾管)W/LWLW/LWLW/LWL22.827.36um1.2um83.2208um2.5um45.654.72um1.2umM0(鏡像電流源)M6(共源放大管)M7(共源負(fù)載管)W/LWLW/LWLW/LWL22.827.36um1.2um499.21248um2.5um136.8164.16um1.2um器件電流和溝道長(zhǎng)度參數(shù)計(jì)算過(guò)程(將計(jì)算結(jié)果拍照后截圖放入下面邊框中)(請(qǐng)?jiān)诖颂庂N上計(jì)算器件溝道長(zhǎng)度參數(shù)的手寫計(jì)算過(guò)程截圖，作為預(yù)習(xí)依據(jù))FigureSEQFigure\*ARABIC1器件電流及溝道長(zhǎng)度分析預(yù)習(xí)根據(jù)器件電流計(jì)算器件寬長(zhǎng)比和溝道寬度計(jì)算過(guò)程(計(jì)算過(guò)程拍照后截圖放入下框中)(請(qǐng)?jiān)诖颂庂N上計(jì)算器件寬長(zhǎng)比和溝道寬度參數(shù)的手寫計(jì)算過(guò)程截圖，作為預(yù)習(xí)依據(jù))FigureSEQFigure\*ARABIC2器件寬長(zhǎng)參數(shù)分析預(yù)習(xí)依據(jù)計(jì)算的器件參數(shù)，根據(jù)以下分析過(guò)程，驗(yàn)證設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算以下器件參數(shù)gm(單位uA/V)ro(單位kΩ)Cgs(單位fF)Cgd(單位fF)M1/M2(輸入管)100025098.4965.00688M3/M4(負(fù)載管)1000250156038.064M5(長(zhǎng)尾管)2000125196.99210.01376M6(共源放大管)600041.669360228.384M7(共源負(fù)載管)600041.66590.97611.74128根據(jù)上表計(jì)算的參數(shù)，計(jì)算驗(yàn)證兩級(jí)放大器的差模增益、共模增益、共模抑制比、主極點(diǎn)、次極點(diǎn)、右零點(diǎn)、單位增益帶寬、相位裕度、正負(fù)電源抑制比、共模輸入范圍、輸出電壓范圍。并將這些計(jì)算過(guò)程拍照后填入下面虛框中，作為預(yù)習(xí)依據(jù)。這些計(jì)算過(guò)程拍照后填入下面虛框中，作為預(yù)習(xí)依據(jù)。估算CMOS兩級(jí)放大器頻率響應(yīng)特性差模增益(V/V)15600差模增益(dB)83.86共模增益(dB)-12.04共模抑制比CMRR(dB)95.9主極點(diǎn)7.4KHz次極點(diǎn)28MHz右零點(diǎn)735MHz單位增益帶寬115MHz相位裕度14°調(diào)零電阻Rz0.83KOh正電源抑制比PSRR+89.89負(fù)電源抑制比PSRR-∞共模輸入電壓范圍[0.2V,2.15V]輸出電壓范圍[0.2V,3.1V]壓擺率SR+114V/us壓擺率SR-133V/us電路頻率響應(yīng)結(jié)果計(jì)算過(guò)程(將計(jì)算結(jié)果拍照后截圖放入下面邊框中)FigureSEQFigure\*ARABIC3電路頻率響應(yīng)結(jié)果分析預(yù)習(xí)電路仿真實(shí)驗(yàn)部分（課堂完成）實(shí)驗(yàn)3.2靜態(tài)工作點(diǎn)分析及調(diào)整【實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印出來(lái)后再使用筆填寫】實(shí)驗(yàn)3.3頻率響應(yīng)分析(不帶調(diào)零電阻Rz)低頻增益(dB)81.155-3dB頻率1.71KHz單位增益帶寬15.69MHz相位裕度41°AC分析，抓出低頻增益和-3dB頻率坐標(biāo)FigureSEQFigure\*ARABIC4低頻增益和-3dB頻率AC分析，抓出0dB坐標(biāo)和0dB頻率對(duì)應(yīng)的相位坐標(biāo)FigureSEQFigure\*ARABIC50dB坐標(biāo)和0dB頻率實(shí)驗(yàn)3.4零極點(diǎn)分析PZ分析，抓出未加調(diào)零電阻電路的零極點(diǎn)頻率FigureSEQFigure\*ARABIC6未加調(diào)零電阻電路的零極點(diǎn)頻率PZ分析，抓出加調(diào)零電阻后電路零極點(diǎn)頻率【注：后面仿真都加調(diào)零電阻】FigureSEQFigure\*ARABIC7加調(diào)零電阻后電路零極點(diǎn)頻率AC分析，抓出加調(diào)零電阻后0dB坐標(biāo)和0dB頻率對(duì)應(yīng)的相位坐標(biāo)FigureSEQFigure\*ARABIC8加調(diào)零電阻后0dB坐標(biāo)和0dB頻率對(duì)應(yīng)的相位實(shí)驗(yàn)3.5共模增益頻率響應(yīng)分析低頻共模增益(dB)-3.57825低頻CMRR(dB)84.733AC分析，抓出共模增益和CMRR幅頻特性曲線，并標(biāo)注低頻共模增益和低頻CMRRFigureSEQFigure\*ARABIC9共模增益頻率曲線FigureSEQFigure\*ARABIC10CMRR幅頻特性曲線實(shí)驗(yàn)3.6共模輸入范圍分析Vin(min)0.96VVin(max)2.74VDC分析，抓出共模輸入范圍，并標(biāo)注出關(guān)鍵點(diǎn)FigureSEQFigure\*ARABIC11共模輸入范圍實(shí)驗(yàn)3.7輸出電壓范圍分析Vout(min)0.2VVout(max)2.6VDC分析，抓出輸出電壓范圍，并標(biāo)注出關(guān)鍵點(diǎn)FigureSEQFigure\*ARABIC12輸出電壓范圍實(shí)驗(yàn)3.8電源抑制比PSRR分析正電源增益(dB)-8.521PSRR+(dB)89.68負(fù)電源增益(dB)-28.6PSRR-(dB)109.73AC分析，抓出正電源增益幅頻特性和PSRR+幅頻特性，并標(biāo)注出相應(yīng)低頻值FigureSEQFigure\*ARABIC13正電源增益幅頻特性和PSRR+幅頻特性曲線AC分析，抓出負(fù)電源增益幅頻特性和PSRR-幅頻特性，并標(biāo)注出相應(yīng)低頻值FigureSEQFigure\*ARABIC14負(fù)電源增益幅頻特性和PSRR-幅頻特性曲線實(shí)驗(yàn)3.9差模增益隨共模電平變化曲線parametricanalysis分析，分析差分對(duì)差模增益隨共模電平變化曲線FigureSEQFigure\*ARABIC15差分對(duì)差模增益隨共模電平變化曲線實(shí)驗(yàn)3.10正負(fù)壓擺率仿真Tran分析，分析兩級(jí)放大器的正負(fù)壓擺率SR+30SR-27Tran分析，抓出輸出電壓范圍，并標(biāo)注出關(guān)鍵點(diǎn)FigureSEQFigure\*ARABIC16Tran分析輸入輸出范圍FigureSEQFigure\*ARABIC17Tran分析SR+、SR-實(shí)驗(yàn)3.11溫度對(duì)兩級(jí)放大器輸出靜態(tài)工作點(diǎn)的影響(溫度失調(diào))DC分析，抓出輸出電壓隨溫度漂移而引起的漂移范圍FigureSEQFigure\*ARABIC18輸出電壓隨溫度漂移而引起的漂移分析總結(jié)部分(本頁(yè)自成一頁(yè))CMOS差分對(duì)放大器設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比工藝TSMC035MM2P4M標(biāo)準(zhǔn)CMOS設(shè)計(jì)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)給定值手算結(jié)果仿真結(jié)果負(fù)載電容CL=3pF=3pF=3pF密勒補(bǔ)償電容Cc=1.3pF=3pF靜態(tài)功耗單號(hào)<3mW，雙號(hào)<4mW3mW3mW共模輸入范圍[1V,3V][0.2V,2.15V][0.96V,2.74V]輸出擺幅越大越好[0.2V,3.1V][0.2V,2.6V]直流增益單號(hào)大于10000倍(44dB)雙號(hào)大于12000倍(40dB)15600倍（83.86dB）11422倍（81.155dB）共模抑制比至少比差模增益大10dB95.984.733電源抑制比至少比差模增益大10dB89.8999.705壓擺率SR20V/us114V/us28.5V/us單位增益帶寬(無(wú)Rz)單號(hào)>15MHz;雙號(hào)>10MHz115MHz15.7MHz單位增益帶寬(有Rz)115MHz18.45MHz相位裕度(無(wú)Rz)大約60°14°41°相位裕度(有Rz)60°課程名稱集成電路分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(2)課程代號(hào)Title實(shí)驗(yàn)三CMOS兩級(jí)放大器分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)PROCESSTSMC0.35UMMIXEDSIGNAL2P4MPOL