清華07年的一份運算放大器的設計(非常詳細)

1、清華大學微納電子學系運算放大器的設計模擬集成喊路分析與設計丸作業(yè)賣絵掖告蔣明 2004011189 張諾 20030118992007年7月7日目錄一. 設計指標4二. 電路結構51. 基本結構52. 擴展結構7三. 設計過程81. 選擇理山82. 手工計算8四. 仿真驗證121. 基本結構12I. 直流工作點12II. 靜態(tài)功耗13III. 開環(huán)直流傳輸特性曲線14IV. 開環(huán)交流小信號增益曲線16V. 低頻等效輸入噪聲17VI. 單位增益緩沖器卜的SR21VII. 單位增益緩沖器卜的建立時間23VIII. 帶隙展準的溫度持性曲線262. 擴展結構28I. 直流工作點28II. 靜態(tài)功耗29

2、III. 開環(huán)直流傳輸特性曲線30IV. 開環(huán)交流小信號增益曲線31V. 低頻等效輸入噪聲33VI. /位增益緩沖器卜的SR35VII.單位增益緩沖器卜的建立時間37五. 汝計總結391. 性能分析392. 收獲體會41八.網單附錄421. 基本結構42擴展結構45一.設計指標實驗妥求設計簾仃偏進電路的兩級運算放大黔.并滿足參數(shù)指標如2工藝0.6pm CMOS電源電樂3V運放結構基分輸入.單端輸出負載電容10pFGBW>10MHz相位裕度>60°共模輸入電壓范閘>1V輸出電壓范圍rail-to-rail擺率> lOV/ps開環(huán)增益>60dB表1二電路結構

3、1.荘木結構基本結構采用了標準折疊式共源共柵放人電路和PTAT基準電流源，原理圖繪制如卜:1）運放電路圖12）偏置電路VDCLVDCLVSS3）恒溫電流源電路2.擴展結構為進一步提高電路性能，我們在標準電路結構卜做了一點擴展，增加了自舉電路以提爲幵環(huán)増益。 原理圖如卜：圖4三設計過程1. 選擇理由我們垃終選定的電路包括基本結構和擴展結構兩套方案。叢本運放結構采川了單端輸出的折疊 式共源典柵兩級放大器，擴展結構在革本結構的準礎上增加了自舉電路部分，而偏置電路則均采用 了 PTAT帯隙基準結構。選抒的理山件先來門實驗要求的限制一帶有偏置電路的兩級運算放大器以及人分輸入、單 端輸出的運放結構.這一限

4、制就基本將運放結構確定卜來了?？紤]到設計指標對開環(huán)增益的要求， 我們決定差分電路釆用共源共柵結構，在擴展結構屮乂增加了自舉電路部分以進步提咼幵環(huán)增益。 同時又由于共模輸入范圍要求比較大，遂采用折疊式差分結構。為增加電路穩(wěn)定性，提高相位裕度，減小非主極點影響，電路中還進行了密初電容的頻率補償. 設計中將密勒電容接在第級共柵輸入端和第:級共源輸岀i之間，這樣在反饋通路上存在一個共 柵結構，消除了頻率補償原本因前饋通路而帶來的零點。標準電流源為了減小電爪源和溫度等因素造成的匸作點漂移，采用了 PTAT帶隙堆準結構，并 通過電流鏡結構給運放提供偏置電流。簡小分析一下所設計電路的優(yōu)缺點：1）優(yōu)點a. 輸

5、入共模范用人。由于采用了 PMOS折疊式差分輸入結構，輸入共模范用可以做到很人, a:至可以低于地電位/ssb. 輸出擺福大.第一級折疊式差分結構克服了套筒式結構的缺點，輸出范用木巾就C經可以 很大.同時.仃第二級放大結構的存在.輸出范I阿可以進一步增大.以達到全擺福輸出c. 開環(huán)増益高共源共柵結構的輸出電陽很為，如果加上自舉電路部分則更進一步提高了開 環(huán)增益。同時又是網級放大，因此開環(huán)增益可以做到很高。d. 穩(wěn)定性好。雖然采用了差轉m結構増加了一個鏡像極點，但與同時帯來的鏡像零點共同作 用便得其彩響町以忽略.電路中采用了密勒補償，提髙了相位裕度，增加了電路穩(wěn)定性。2）缺點a. 功耗較人。折疊

6、式差分結構由于增加了一條支路，電源輸出電流要更等一些。同時第二級 放大電路為配介頻率補償需要用加梵跨導，這也在一定程度上増加了功耗.b. 結構復雜度較高。相比于單級放大電路和簡單差分結構，這里的電路結構較為毘雜，所需 的偏直電壓也較多，設計起來需要考點的因索也很多。2. 手工計算 1）獲取匸藝參數(shù)由F這里的T- 131 0僅提供初始值參考,進步的精細化需要在仿.完成,ifu lL 1：藝期R往H是厲流作蟲的曲數(shù)卩勺此這電虛接從庫遼件中讀出所需的參數(shù)以供卜而的il勺,并乩忽略了所 何的二級效應。/(air/V-s)tax(m)*)(V)Kf(/zA/V2)NMOS426.041.25xl0*80

7、.728117.7PMOS 192.001.3xl0*8 1.02-51.0表22）設定荃本參數(shù)設計過程中首先設定了密勒電容值Cc =2pF o為保證全擺幅輸出,M13管的過驅動電壓應 該很小，因此令偏置電Jk«4=%o + O2vO92V，而苴余偏置電爪可粗略設定，通過改變相應管 子的尺寸進行細調.這甲.設定；1=1.8；2=1.0；3 = 2.0V3）佛定運放偏置電流汝計指標要求SR>10V/zs,考股到SR=i-.并且為留仃 淀裕度，故令19 = 50/.M10和Mil兩管作為電流源，其流過的電流應足以應付大幅度輸入電壓的要求，故這里令I10 =In =100iiAb4）

8、確定兩級跨導值5）蝕定各管尺接下來的部分就是根據MOS管電流電樂公式和跨導公式來進ifil tZ從而得到估算的寬K 比，這其屮可能要對管子的過驅動電爪進行預先假也以卜對各管尺寸進行乎工推導。Ml. 2管的尺寸:M9管的尺寸:« 60.52M10. 11管的尺寸:42.49（L 丿3K：（«-假定M12管的過驅動電壓為0.3V,得到M12管的尺寸為:« 326.85 瓦（-）從而雎了 112 = 3 嚴=。認于是M13管的尺寸為:嚴 345.7K；（百-M3. 4管流經的電流I3,4 = Iio.ii- = 75ZzA*估計其源瑞電爪在0.7V左右，并考慮襯偏效甌

9、2可得到其尺寸為十 13.26役宦M5、6恃的過驅動電爪為0.25V,則其尺寸為:節(jié) a 47.065,6K；（%s-%估計M7、8骨的源瑞電壓為2.5V,并考慮村偏效應,町得到其尺寸為:2%K；（%s-W«18386) 設計標準電流源部分實驗所采用的電流源結構在運放的輸入端為一帶隙族準電樂.記為Vref則仃表達式這里，Vref的前半部分具有負溫度系數(shù).約為-1.5mV/K,后半部分具旳止溫度系數(shù)，這是由 kTf Vf = o根據陣文件，晶體管只仃pap5 pnpio和pnp20三種類型，這里選収Q1為pnp5類型，QN Q3為pnp20類型，因此n =20?=16 o注意,我們最終

10、需耍得到的并不是這個基準電壓，而是R3上的基準電流Is，即目標是要使Is 具仃零溫度系數(shù).我們選用的R3模空為hr(lk),貝冇負的溫度系數(shù)，因此最終得到的Vref也應 該具有負溫度系數(shù)，才可以保證Is在工作點具有零溫度系數(shù)。由這里涉及許多經驗模型，較為復雜，故垃終的參數(shù)是通過仿貞確定的。這里需要調肖的主 要是R1和R2,不斷改變其比值，使得Is對溫度掃描的結果在標準丁作點(25*0 具仃零溫度系7) 設計電流鏡偏置部分偏置電路部分的結構是根據具體所需的偏爪而設計的< 偏置電路的結構與需要偏置電壓的部分 應保持結構相同，即采用電流鏡結構，這樣在溫度上升或考閾值電壓減小時二者的變化規(guī)律一致

11、。這里需要提及的是Vb2和S>3兩個電壓.首先根據運放屮被偏置的電路結構確定Vb2應由 PMOS電流鏡偏置，Vb3hY由NMOS電流鏡偏K. i(nX2 = 1.0V >%d 一2卜，故采用了原理 圖中歷示的偏置結構，其中M19管工作在線性區(qū)。另方而，；3 = 2V >2，故采用了原理圖 中所示的偏置結構.即二極骨接法的小聯(lián)。為精確得到所需的偏置電壓，備管的貝體尺寸需耍在仿克中不斷修改.本實驗中將所冇的偏置 電丿理論所需值的偏差均調整到小于1 x 10-A/o四仿真驗證1.莊木結構I.直流工作點1) TT模熨卜的備節(jié)點靜態(tài)丁作電壓 * operating point info

12、rmation tnom= 25.000 temp= 25.000* operating point status is all simulation time is 0 node = voltage node =vol tage node =vol tage+0:bl=1.7999 0:b2=1.0001 0:b3=2.0005+0:b4=920.0012m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=720.0657m 0:nl0=1.7020 0:nll=1.9019+0:nl2=693.7436m 0:nl3=694.1353m 0:nl4=630.768

13、6m+0:nl5=690.4886m 0:nl6=631.3224m 0:nl7=690.4710m+0:nl8=1.7554 0:n2=720.0657m 0:n3=2.2191+0:n4=1.7370 0:n5=1.7370 0:n6=2.4849+0:n7=2.4849 0:n8=2.6648 0:n9= 865.0626m+0:out=1.4986 0:vdd =3.0000 0:vss =0表32) SS模型F的各節(jié)點靜態(tài)匸作電壓* operating potnt informationtnom= 25.000 temp= -20.000)«c)|c * * H( H<

14、;* operating point status is all simulation time is 0.node=vol tagenode =vol tagenode = vol tage+0:bl=1.55060:b2=777.9951m 0:b3=:2.4237+0:b4=1.10810:inn =900.0000m 0:irp =900.0000m+0:nl=888.7061m 0:nl0=1.9993=1.6587+0:nl2=782.7472m 0:nl3=782.0556m 0:nl4=729.2390m+0:nl5=778.6760m 0:nl6=729.6022m 0:nl

15、7=778.6555m+0:nl8=2.05460:n2=:888.7061m 0:n3=2.4348+0:n4=1.4S050:n5=1.4805 0:n6=2.5040+0:n7+O:out=2.5040 0:nS=1.5112 0:vdd=2.6761 0:n9= 1.0533=3.0000 0:vss= 0.表43) FF模型卜的各節(jié)點靜態(tài)I：作電爪* operating point informationtnom= 25.000 temp= 80.000* operating point status is all simulation time is 0. node = volta

16、genode =vol tagenode =vol tage+0:bl=2.0707 0:b2=1.2781 0:b3=1.5444+0:b4=717.9975m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=554.4140m 0:nl0=1.3526 0:nll=2.1653+0:nl2=573.5976m 0:nl3=575.1540m 0:nl4=507.2145m+0:nl5=571.8883m 0:nl6=508.0586m 0:nl7=571.8743m+0:nl8=1.4056 0:n2=554.4140m 0:n3=1.9801+0:n4=2.02

17、17 0:n5=2.0217 0:n6=2.4870+0:n7=2.4870 0:n8=2.6672 0:n9= 663.9822m+0:out=1.5940 0:vdd =3.0000 0:vss =0«5II靜態(tài)功耗1) TT?？詹返母麟娮υ摧敵鲭娏骷肮?* voltage sourcessubcktelementvolts0:vdd0:vss0:vinl 0:vin23.00000.900.0000m 900.0000mcurrent2.1240m2.1240m0.0power6.3719m0.00wattstotal voltage source power dissipa

18、tjon= 6.3719m2) SS模型卜的各電爪源輸出電流及功耗 * voltage sourcessubcktelement O:vdd O:vss O:vinl 0:vin2volts 3.00000900.0000m 900.0000mcurrent 2.0593m2.0593m00power 6.1780m00.0.wattswattstotal voltage source power dissipat)on= 6.1780m表73) FF模醴卜的乞電壓源輸出電流及功耗 * voltage sourcessubcktelement 0:vdd 0:vss 0:vinl 0:vin2

19、volts 3.00000900.0000m 900.0000mcurrent -2.05S9m2.05S9m00.power 6.1767m0.0.0total voltage source power dissipat)on= 6.1767m表8III. 開壞直流傳輸特性曲線1) TT模糧卜的開壞氏流傳輸待牲曲線W0 6 -OS044342600Oi020304060607VOITS(Y1圖5從圖中得到，運放的最高輸出電平為2.9608V,巌低輸出電平為10.772nV可以認為該運放做 到了全擺幅輸出.2) FVT分析得到的不同?？臻g對比圖5小000 voiTg圖6其中，SS模型的垃尚輸出

20、電平為2.9589V,報低輸出電平為10.1982： FF模型的顯高輸；11電 平為2.9655V,最低輸出電平為i90.9SnVoIV. 開壞交流小信號增益曲線1) TT模型卜的開環(huán)交流小信號增益曲線圖7從圖中得到,TT模教下的開環(huán)增益為95.422dB, 3dB苒寬為1187.3H乙 從而增益帶寬積為GBW = io95422/20 x 1187.3Hz « 70.09MHz.相位裕度為 180°-102.74° = 77.26°。2) SS模型下的開環(huán)交流小倍號増益曲線從圖中得到.SS模型下的開環(huán)增益為99.766dB, 3dB帶寬為775.61H

21、乙 從而增益帶寬積為GBW = 10"766,20 x775.61Hz« 75.50MHz o 相位裕度為 180°-101.86°= 7&14。°3) FF模型卜的開環(huán)交流小信號增益曲線1(HZ)圖9從圖中得到,FF模型下的開環(huán)增益為87.829dB, 3dB帝寬為2599.6H乙 從而增益帶寬積為GBW = 1OS7S29,2OX 2599.6Hz « 64.03MHz 相位裕度為 180°-99.68°= 80.32°«V. 低頻等效輸入噪聲 1) TT模熨卜等效輸入、輸出噪山的功

22、率密度分布曲數(shù)CH薩0曲。強lip圖10(更雖5*22） TT模型卜等效輸入、輸出噪聲的功率累枳分布換數(shù)10(310001O10 Okd;空-&£>£6Z_將各頻點對應的等效輸入、輸出噪聲的功率密度分布列表如卜:Freq(Hz)1.000010.0000100.00001.0000k10.0000k%v/辰）24.8035n24.8035n24.8035n24.8035n24.S035njv/辰）393.0553U393.0416u391.6751U300.9237u46.4491U表9將各頻點對應的等效輸入、輸出噪聲的功率累積分布列衣如F：Freq(Hz)1

23、.000010.0000100.00001.0000k10.0000kYun(V)074.4105n246.7918n783.9636n2.4802UKoat(V)01.1792m3.9062m11.3283m16.3368m表103) FVT分析得到的等效輸入噪聲的功率密度分布兩數(shù)對比圖619615214-U缸畑6M4 73 柯744 "2T44 r374aT44 6?>/A<AJAVWACWfyVM*y-fVXA二 bcAcfxoh)744 737占1010OQHKZ)1OaearfinowT<0iV.SQnHO l|KO圖12圖中從上到卜依次是TT模型、SS模

24、型和FF模型。FVT分析得到的等效輸入噪聲的功率累積分布西數(shù)對比圖宇2建A*0H)2 1FlKZ)刃”：rt eg b m?& sp it<0)iXmeV/xjURrMn f|HQiH3BrV/nrtHrVtt)f|Hf) 絢"g 廈 nm“(vi8gl10.01CK100 01(K?)0O圖13圖中從上到卜依次是TT模型、SS模醴和FF模吃。4) FVT分析得到的等效輸出噪川的功率密度分布更數(shù)対比圖SpPt-£-三d)oeogabcH asrVrtHn riH£>MH2)圖14圖中從上到卜依次是TT模熨、SS模熨和FF模熨。5) FVT分析得

25、到的等效輸出噪聲的功率累積分布隨數(shù)對比圖yM&wg20 OmtsOritIOm5.0n0020 0mItOmS.Ora002.0e9nmS.Ow50( meg (°r u n e oo F2北W刃朝rXt) tq gt( ”)(”cm ouvw “oiasrVrtqiHrm) r<q 債楓 meg ("a 論.OufinmOI10 100 1000 16UH?)、O500圖15圖中從上到卜依次是TT模熨、SS模型和FF模世。VI.單位增益緩沖器卜的SR1) TT模空卜測杲擺率的輸入、輸出信號波形5阿圖16上圖為輸入大福度脈沖信號的波形，卜圖為相應的輸出波形。2

26、) TT模型卜單位增益緩沖器卜的SR圖17從圖中得到.SR+=18012V/“j. SR-=88827V/s。3) SS模熨卜單位增益緩沖器卜的SR20.5p*G(V)側S 10fin_ 一(Vrtl 1(H0E r»QE)QQMwrium 17J®yn-cgO0t*egMnm<n: -60 7?6n-eg«00req1 11VVV1V100 2Sq仏1312 SaU l7Su 23 Siu Xu "仇 Xu XSu37fiu 40«iCW圖18從圖屮得到 SR+= 17.197V/燼，SR= 80.726V/燼。4) FF模吃卜沖位增益

27、緩沖器卜的SRCH薩00l/axrunr 1 7SBur-og1 OOf1 1OO仇Z1316u l?6u 23 &軌岳 a2"v g XSw 血 B 削 40圖19從圖屮得到，SR+= 17.559V/zs SIT = 87.517V/燼。VII.單位増益緩沖器下的建立時間1) TT模型下測員建立時間的輸入、輸出信號波形20M IWIWP)圖20上圖為輸入小擺福信號的波形,卜圖為相應的輸出波形。2) TT模型卜"位增益緩沖器輸出信號上升階段的建立防間從圖屮得到.單位增益緩沖器輸出信號上升階段的建立時間為10.212-9.99 = 0.222/zs °3)

28、 TT?？詹穯挝粔堃婢彌_器輸出信號卜降階段的建立防間圖22從圖屮得到.單位增益緩沖器輸出佶號卜降階段的建立時間為30.283-29.99-0.293/zSo4) FVT分析得到的輸出信號上升階段的建立時間対比圖GdpMZV1SS 20010|»05'301411IiQiw103«1Q4U105uIIS)圖23從圖中得到.SS模型卜單位增益緩沖器輸岀信號上升階段的建立時間為0.234ps> FF模盤卜單 位增益緩沖器輸出信號上升階段的規(guī)立時間為0.213pso5) FVT分析得到的輸出信號卜降階段的建工時間對比圖20(VI 1 佝Vln)15dQ262<j

29、20A"叫 I $81供隔1 W»|A00Cd 披GflO5*X>36i13Q 釗一 05'XQIi0030iv82e303-30Su30530b圖24從圖中得到,SS模型F單位增益緩沖器輸出信號F降階段的建立時間為0.282ms, FF模型卜沖. 位增益緩沖器輸出信號卜降階段的建立時間為0.272JJS。VIII.帶隙葺準的溫度特性曲線1）帯隙基準電壓的溫度持性曲線5薩0圖25從圖中得到,所獲得的帯隙曲F：電爪的確被設計為了具仃 兀的負溫度系數(shù)，在這里是3.02K1, 與所選取的電阻?？盏臏囟认禂?shù)基本一致。2）帶隙基準電流的溫度特性曲線 上圖為基準電流源的溫

30、度特性，卜圖為其溫度系數(shù)溫度曲數(shù)關系圖。通過不斷調整參數(shù)，該墓準 電流源在正常丁作環(huán)境卜(25D 的溫度系數(shù)恰好為零.輸出電流為10pA>Gdp*'O(A|圖262.擴展結構I. 直流工作點1) TT模型下的各節(jié)點靜態(tài)工作電壓* operating pont informationtnom= 25.000 temp= 25.000* operating point status is all simulation time is 0.node = voltage node =vol tage node =vol tage+0:bl=1.7999 0:b2=2.4849 0:b3=

31、720.0638m+0:b4=920.0012m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=700.3145m 0:nl0=1.7020 0:nll=1.9019+0:nl2=693.7436m 0:nl3=694.1353m 0:nl4= 630.7686m+0:nl5=690.4SS6m 0:nl6=631.3224m 0:nl7= 690.4710m+0:nl8=1.7554 0:n2=700.3145m 0:n3=2.2189+0:n4=1.7376 0:n5=1.7376 0:n6=2.4750+0:n7=2.4750 0:n8=879.6977m 0

32、:n9=1.9435+0:ol=1.9749 0:o2=1.9749 0:o3=988.0119m+0:o4=988.0119m 0:out=1.4712 0:vdd=3.0000+0:vss=0.表ii2) SS?？詹返母鞴?jié)點靜態(tài)匸作電壓* operating point informationtnom= 25.000 temp= -20.000* operating point status is all simulation time is 0.node=vol tagenode =vol tagenode =vol tage+0:bl=1.55060:b2=2.4915 0:b3= 6

33、99.7390m+0:b4=1.10810:inn =900.0000m 0:irp =900.0000m+0:nl=678.2189m 0:nl0=1.9993 0:nll=1.6587+0:nl2=782.7472m 0:nl3=782.0556m 0:nl4=729.2390m+0:nl5=778.6760m 0:n 16=729.6022m 0:nl7=778.6555m+0:nl8=2.05460:n2=:678.2189m 0:n3:=2.4330+0:n4=1.4S300:n5=1.4830 0:n6=2.4839+0:n7=2.4S39 0:nS:=651.0548m 0:n9

34、=2.0988+0:ol=2.1520 0:o2=2.1520 0:o3=755.5837m+0:o4=755.5837m 0:out=1.3797 0:vdd=3.0000+0:vss=0.表123) FF模型卜的各肖點靜態(tài)工作電壓* operating point informationtnom= 25.000 temp= 80.000* operating point status is all simulation time is 0.node = voltage node =vol tage node =vol tage+0:bl=2.0707 0:b2=2.4983 0:b3= 7

35、11.3924m+0:b4=717.9975m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=694.1423m 0:nl0=1.3526 0:nll=2.1653+0:nl2=573.5976m 0:nl3=575.1540m 0:nl4=507.2145m+0:nl5=571.8883m 0:nl6=508.0586m 0:nl7=571.8743m+0:nl8=1.4056 0:n2=694.1423m 0:n3=1.9818+0:n4=2.0204 0:n5=2.0204 0:n6=2.4856+0:n7=2.4856 0:n8=1.1672 0:n9=1.

36、7344+0:ol=1.7250 0:o2=1.7250 0:o31.2743+0:o4=1.2743 0:out =1.6471 0:vdd =3.0000+0:vss=0.表13II. ®態(tài)功耗1) TT模壁卜的孑電壓源輸出電流及功耗* voltage sourcessubcktelement 0:vdd 0:vss 0:vinl 0:vin2volts 3.00000.900.0000m 900.0000mcurrent 2.1659m2.1659m00.power 6.4977m0.00.total voltage source power dissipatjon= 6.49

37、77m watts表142) SS模型卜的各電爪源輸出電流及功耗 * voltage sourcessubcktelement0:vdd0:vss0:vinl0:vin2volts3.00000.900.0000m900.0000mcurrent-2.0919m2.0919m0.0.power6.2756m0.00total voltage source power dissipation= 6.2756m watts表153) FF模熨卜的各電爪源輸出電流及功耗 * voltage sourcessubcktelement0:vdd0:vss0:vinl0:vin2volts3.00000.

38、900.0000m900.0000mcurrent2.1062m2.1062m00.power6.3185m0.00.total voltage source power dissipatjon= 6.3185m watts表16III. 開壞直流傳輸特性曲線PVT分析紂到的開環(huán)直流傳輸持性曲線對比圖(V) vot 哄)圖27從圖屮得到.TT模型的最高輸出電平為2.961V,垠低輸出電平為10.762nV； SS模型的最高輸 出電平為2.959V,最低輸出電平為10.198nV： FF模型的最高輸出電平為2.9657V,垠低輸出 電平為124.72nV>IV. 開壞交流小信號增益曲線1)

39、 TT模型卜的幵壞交流小信號增益曲線5腫o1|HZ)圖28從圖中得到.TT模型下的開環(huán)增益為139.05dB, 3dB苛寬為14.945H乙 從而增益帶寬積為GBW = io139Q5,2°xl4.945Hz«133.97MHz.相位裕質為 180°-107.65° = 72.35°O2) SS模型卜的開環(huán)交流小信兮増益曲線圖29從圖屮得到.SS模盤F的開環(huán)增益為144.OdB. 3dB帶寬為8.6923Hz.從而增益帶寬積為GBW = 101440/20 x&6923Hza 137.76MHz .相位裕股為 180°-107

40、.74°= 72.26°o3) FF模型卜的開環(huán)交流小信號増益曲線1IHZ)圖30從圖中得到,FF模型下的開環(huán)增益為131.18dB> 3dB帶寬為35.736H乙 從而增益帶寬積為GBW = io13118,20x35.736Hz«129.45MHz.相位裕度為 180°-106.71° = 73.29°OV. 低頻等效輸入噪聲1) FVT分析得到的等效輸入噪聲的功率密度分布旳數(shù)對比圖5陀圖31一 gfrxrA2) FVT分析得到的等效輸入噪聲的功率累積分布阪數(shù)對比圖圖32¥-ysT>s-oz- >MOM

41、RT分析得到的等效輸出噪聲的功率密度分布函數(shù)對比圖5P&圖33三M24)FVT分析得到的等效輸出噪川的功率累枳分伯函數(shù)對比圖02亨CIS50 Om0100心ng (Mogoumo “OiyM&wgOn00lOCQ UK?)MOm19 Oh圖34VI單位增益緩沖器下的SR 1) TT?？詹窙_位増益緩沖器的SRWjorumSrtB00,訊12 5UI75u-7 5qBE Z")PAntH5 Q<l3rr«9S 35從圖屮得到.SR+= 18.328V/朋 SR-= 63.41W/So2) SS模型卜單位增益緩沖器的SR OOrFgOOl?5uE，4g23M

42、)圖36Mnmun： 394rreg從圖中得到.SR+= 17.563V/“s SR" = 59.462V/So3)FF模吃卜單位增益緩沖器的SR5E<v)i(e>圖37從圖屮得£h SR+= 17.832V/zs, SR_ = 59.165V/少。VII.單位增益緩沖器F的建立時間 1) NT分析得到的單位增益緩沖器輸出信匕上升階段的建立時間對比圖5叫圖38從圖中得到，TT模型卜單位增益緩沖器輸出信號上升階段的建立時間為0.200ps. SS模些卜單 位增益緩沖器輸出借號上升階段的建立時間為0.239ms, FF?？詹穯挝辉鲆婢彌_器輸出佶號上升 階段的建立時間

43、為0.183MSO2) FVT分析紂到的單位增益緩沖器輸出佇號卜降階段的建立時間劉比圖圖39從圖中得到.TT模型卜單位増益緩沖器輸出信號下降階段的建立時間為0.176ms. SS模型卜單 位増益緩沖器輸出信號卜降階段的建立時間為0.175|js, FF模型卜申位增益緩沖器輸出信號卜降 階段的建立時間為0.216ms«五.設計總結1.性能分析現(xiàn)將以上各電路結構的仿貞結果進彳j:匯總，得到如卜的參數(shù)特性農:1）甚本結構性能參數(shù)設計指標TTf 25rssf 2orFF, 809開環(huán)増益>60dB95.422dB99.766dB87.829dB增益帶寬積> 10MHz70.09M

44、Hz75.50MHz64.03MHz相位裕度>60°77.26°78.14°80.32°共模輸入范圍1>1V>1.4V>1.4V>1.4V輸出擺幅rail-to-rail2.961V2.959V2.966V等效輸入噪聲2-2.48pV2.38pV2.67pV擺率'> 10V/ps18.012V/ps17.197V/ms17.559V/|js88.827V/PS80.726V/ps87.516V/|JS建立時間°0.222ps0.234ps0.213ps0.293ms0.282ps0.272|js宜流功

45、耗6.3719m W6.1780m W6.1767mW« 172）擴展結構性能參數(shù)設計指標TT, 25rss, -2orFF, 809開環(huán)增益>60dB139.05dB144.0dB131.18dB增益帶寬積> 10MHz133.97MHz137.76MHz129.45MHz相位裕度>60°72.35°72.26°73.29°共模輸入范圍床>1V>1.4V>1.4V>1.4V輸出擺幅rail-to-rail2.961V2.959V2.966V等效輸入噪聲*-2.49pV2.40pV2.75|jV擺 &#

46、187;*> lOV/ps18.328V/PS17.563V/ps17.832V/ms63.413V/ps59.462V/ps59.165V/ps建立時間*-0.200ps0.239ps0.183ps0.176ps0.175ps0.216ps這里的測站 川併未在仿真測試中寫出.此處簡述如下。不斷改變輸入共模電爪.進行靜態(tài)工作點的仿. 如果結果衣明所仃管了均止常工作.則此電壓處于允許的輸入范國內。曲此即町確定共模輸入范I乩2這里的等效輸入噪聲為枳分至10kHz的結果。3這里的測試結果毎欄分為阿行第 行對應上丿1仁1；的止擺率SR，笫二行對應卜降伉弓的負找率SR這里的測試結果孑為兩行第fj對

47、應上升倍號的建立時間.第二行對應下降倍號的建立時紳6.4977mW表186.2756mW6.3185mW2.收獲體會模擬集成電路分析與設計，顧名思義，是一門實踐性虧設計性都很強的一門課。雖然我們在平 時學習的人參是厲本上的理論知識，但是只仃當這些知識融入到實際應用屮去才方顯其價值。通過 這一次的project,我們深切地感受到了這一點.一次嫁介件的仿"實於需要我們將所學兒乎所 仃方面的知識點緊密地結介在一尼，在實踐中不斷考慮各伸彩響I大1素，分析各種解決辦法。這對F 訓練我們的工程索養(yǎng)是大有裨益的！竝然仿真在整個project中占了主體地位，然而前期的手工計笄絕對不是可冇可無的。我們

48、在 確定匚藝參數(shù)時,在優(yōu)化電路性能時,一定要是有的放矢的。如果沒何前期的手工計算,而是完全 門丨1地修改參數(shù)，那么結果無疑是要失JR的.而手工計算則不驗了我們的理論水平和細心程度。在 實驗過稈中，我們也發(fā)生了若次因為某個指標估算裕度不夠，或某次計算發(fā)牛錯謀而導致辛苦了 半尺的結果要推倒巫來，這對于本來時間壓力就很大的我們來說算是不小的打擊了，因為往往一次 重新計算就意味著-兩個小時的時間,如算上仿真的時間則可能更多.可是,我們依然認為這樣的 挫折是必要的。不經歷風厲，怎么見彩!1!?病苦的過程往往是耕煌結局的通行證，所以我們無怨無通過這次project我們自身對模擬電路設計“折衷”的思想也冇了

49、更深一步的體會.乞個電 路模塊Z間是相互影響、相互制約的。提高開壞增益往往總味著3dB帶寬的卜降，穩(wěn)定性的提高 又常常是以增益帶寬積卜降為代價。擺率、功耗、速度、而積各種指標彼此之間形成一個網狀, 謂“牽一發(fā)而動全身”.所以，我們在設計過程當中，要明確冃標，先抓住關鍵因素，同時兼 顧各項指標。一次成功的概率也許很小，但進一步的分析旬修止，日標一定會離我們越來越近。放后，衷達一下我們對老師、助教以及周圍同學的致謝。感謝老師這個學期精彩的講課，感謝 助教一直以來的敬業(yè)，也感謝周圍同學平時給予的幫助。在以后的學習過稈中，我們會更加努力！六.網單附錄1.基本結構Title Operational Am

50、t.lib "h06mi xddct02v24.lib" tt.lib "h06mixddct02v24.lib" resistor.unprot.temp 25.option list post node *Fo|decl cascode OTA with 2nd stage*Mln2inp n3vdd pmos w=35u l = luM2nlinn n3vdd pmos w=35u l = luM3n5b3nlvss nmos w= 1 lu l = luM4n4b3n2vss nmos w=l lu l = luM5n7n5vdd vd