CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、cmos模擬集成電路設(shè)計(jì)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)報(bào)告pb05203094 2系 趙占祥一 實(shí)驗(yàn)題目請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)放，參數(shù)要求為：增益： 60-80db0db帶寬： 200mhz相位裕度 ： 60負(fù)載 ： 1p功耗 ： 15mw二 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用cadence電路設(shè)計(jì)工具virtuoso，從電路圖的繪制及仿真，到版圖繪制及仿真、驗(yàn)證。三 實(shí)驗(yàn)步驟1. 原理我先設(shè)計(jì)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)運(yùn)放，電路圖為該運(yùn)放包括三部分：a) 差分輸入增益級(jí)包括差分輸入對(duì)管nm0，nm1和有源電流鏡負(fù)載pm1，pm4。 差分結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境噪聲有很強(qiáng)的抗干擾能力，另外增大了可得到的的最大輸出電壓擺幅。還有其他一些優(yōu)勢(shì)。 使用電流鏡做有緣負(fù)載有三個(gè)

2、好處： 1） 在相對(duì)的、比較小的面積中，有緣負(fù)載可以得到比較大的輸出阻抗。2） 電流鏡將差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出信號(hào)。3） 有助于共模抑制比cmrr的提高。b) 源跟隨器為pm3和nm4。從nm0漏極輸出的信號(hào)輸入到這一級(jí)，并通過(guò)pm3放大，nm4是pm3的有源器件負(fù)載。源跟隨器有較大的輸入阻抗，可以顯著提高第一級(jí)放大的增益，減小信號(hào)電平損失，起到電壓緩沖器的作用。c) 偏置電路包括pm2，pm0，nm2，nm3。幾個(gè)管子構(gòu)成了幾何比例電流源，通過(guò)其寬長(zhǎng)比來(lái)得到合適的電流值。nm3漏極電流為差分對(duì)提供電流源。 電容c0是為了保證電路有足夠的相位裕度，保證閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定而采用的密勒補(bǔ)償結(jié)

3、構(gòu)。2. 仿真過(guò)程1） 設(shè)計(jì)并繪制電路圖和測(cè)試電路圖 在virtuoso schematic editing中繪制電路圖如下（先未加電容）： 測(cè)試電路如下， 進(jìn)行直流和交流仿真，交流仿真參數(shù)設(shè)置，從1hz到500mhz：仿真結(jié)果，帶寬為322mhz，增益60.92db，但相位裕度是負(fù)的為提高相位裕度，需要使單位增益點(diǎn)向原點(diǎn)靠近，使用密勒電容達(dá)到此目的，如下圖。電容初值606ff仿真結(jié)果如下圖，帶寬只有45m，相位裕度0度再改變電容值，減小密勒電容，以增大帶寬帶寬變?yōu)?59mhz，相位裕度33度，如下圖。如此類(lèi)似調(diào)整電容大小及mos管的寬長(zhǎng)比，最后達(dá)到的最好結(jié)果是帶寬213mhz，相位裕度48度

4、，增益一直為61db，相位裕度差一點(diǎn)。我想好好調(diào)器件寬長(zhǎng)比就肯定能跳出最后結(jié)果。下圖顯示出了mosfet的id，vgs，vds，gm的值。根據(jù)id計(jì)算功耗為：p=vdd*i=1.8*(17.236u+20.7687u+58.7987u)= 174.24612uw，滿足設(shè)計(jì)要求。 由于我時(shí)間不夠，而且在自己實(shí)驗(yàn)室連接iclab的設(shè)計(jì)軟件時(shí)，總是無(wú)緣無(wú)故自動(dòng)關(guān)閉，且關(guān)了之后不能修改，所以我沒(méi)來(lái)得及把參數(shù)一一細(xì)細(xì)調(diào)好。3. 折疊式共源共柵運(yùn)放我還設(shè)計(jì)了一種折疊式共源共柵管，仿真結(jié)果：相位裕度65度，帶寬26mhz，增益57.21db，沒(méi)多花時(shí)間好好調(diào)寬長(zhǎng)比，折疊式共源共柵運(yùn)放理應(yīng)增益較高。四 實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì) 本實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)運(yùn)放的要求是增益、帶寬、相位裕度、功耗，我做完實(shí)驗(yàn)后覺(jué)得，最好先調(diào)好直流參數(shù)，如果直流參數(shù)調(diào)好，每個(gè)管子都工作在飽和區(qū)，那么增益一般都會(huì)達(dá)到60db。調(diào)好增益后再調(diào)帶寬，我覺(jué)得可能是因?yàn)槲疫x用了標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)運(yùn)放，這種結(jié)構(gòu)帶寬并不高，所以花了一些時(shí)間改寬長(zhǎng)比把帶寬提高到200mhz。滿足了增益和帶寬后，在滿足60度的相位裕度就難了，因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的運(yùn)放增益和帶寬本來(lái)就不高，要提高相位裕度，必須要降