北郵cmos實驗報告

北京郵電大學(xué)模擬CMOS集成電路設(shè)計實驗報告學(xué)院：電子工程學(xué)院班級：2013211202學(xué)號：姓名:指導(dǎo)老師：韓可目錄實驗一：共源級放大器性能分析 21. 實驗?zāi)康?22. 實驗內(nèi)容 23. 實驗步驟 24. 實驗結(jié)果 35. 實驗結(jié)果分析 3實驗二差分放大器設(shè)計 41. 實驗?zāi)康?42. 差分放大器的設(shè)計方法及實驗原理 43. 實驗內(nèi)容 44. 實驗步驟 45. 實驗結(jié)果 56. 實驗結(jié)果分析 6實驗三：電流源負載差分放大器設(shè)計 71. 實驗?zāi)康?72. 實驗原理 73. 差分放大器的設(shè)計方法 84. 實驗內(nèi)容 85. 實驗步驟 86. 實驗結(jié)果 97. 實驗結(jié)果分析 10實驗五共源共柵電流鏡設(shè)計 111. 實驗?zāi)康?112. 實驗設(shè)計題目及要求 113. 實驗內(nèi)容 114. 實驗結(jié)果 155. 實驗結(jié)果分析 16六．課程設(shè)計總結(jié) 17實驗一：共源級放大器性能分析實驗?zāi)康恼莆誷ynopsys軟件啟動和電路原理圖設(shè)計輸入方法。掌握使用synopsys電路仿真軟件customdesigner對原理圖進行電路特性仿真。輸入共源級放大器電路并對其進行DC、AC分析，繪制曲線。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。實驗內(nèi)容啟動synopsys,建立庫以及Cellview文件2)輸入共源級放大器原理圖3)設(shè)置仿真環(huán)境4)仿真并查看仿真結(jié)果，繪制曲線實驗步驟建立工作庫建立單元編輯電路：添加元件、添加連線、添加管腳仿真：添加仿真庫文件，“setup/analyses”添加設(shè)置直流靜態(tài)工作點和交流分析、”simulation/netlistandrun”仿真并生成網(wǎng)表,“result/annotate/dcnodevoltages”在原理圖中顯示各節(jié)點直流電壓，選擇“Results/plot”,得到坐標(biāo)曲線。實驗結(jié)果共源放大器電路原理圖放大電路的幅度與相位曲線實驗結(jié)果分析計算放大器的放大倍數(shù)（實驗中W/L=10Rd=10K,gm約為500μ）理論上AV=-gmRD=14db由圖可以看出實際增益略大于理論增益實驗二差分放大器設(shè)計實驗?zāi)康恼莆詹罘址糯笃鞯脑O(shè)計方法掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標(biāo)的測試方法差分放大器的設(shè)計方法及實驗原理確定放大電路手工計算場效應(yīng)管的直流轉(zhuǎn)移特性曲線，在曲線上確立出mos管的飽和區(qū)，確定輸入電壓，輸出電壓的范圍。確定靜態(tài)工作點Q:(VImin+VImax)/2確定電路中其他參數(shù)的值實驗內(nèi)容按一下指標(biāo)，設(shè)計一個差分放大器：電壓放大倍數(shù)大于20db,盡量增大GBW對所設(shè)計的電路進行設(shè)計、調(diào)試對電路的性能指標(biāo)進行測試仿真，并對測量結(jié)果進行驗算和誤差分析實驗步驟繪制電路圖粗略確定電路中的元件參數(shù)根據(jù)要求調(diào)整元件參數(shù)仿真，并生成網(wǎng)表繪制頻譜特性圖形實驗結(jié)果差分放大器電路原理圖幅頻特性曲線實驗結(jié)果分析調(diào)節(jié)mos管寬長比和電阻大小，得到對應(yīng)放大倍數(shù)R/(W/L)203040506020k16.8db17.3db17.7db17.9db18db30k20.2db20.6db21.1db21.3db21.4db40k22.6db23.1db23.4db23.6db23.8db2）分析不能直接增大R的大小實現(xiàn)放大倍數(shù)的增大的原因直接增大R，會導(dǎo)致其上的電壓Vd增大，若Vd增大，VDD-Vd將會減小，導(dǎo)致輸出電壓擺幅減小，若Vin-Vth=VDD-Vd,也隨之減小，此時僅允許非常小的電壓輸出擺幅，電路幾乎不工作，此外，增大R，導(dǎo)致輸出節(jié)點的時間常數(shù)增大。實驗三：電流源負載差分放大器設(shè)計實驗?zāi)康恼莆针娏髟簇撦d差分放大器的設(shè)計方法掌握差分放大器的調(diào)試與性能指標(biāo)的測試方法實驗原理電流鏡負載的差分對工作原理圖VGS1=VGS2，M4通過M2的電流將是Iout為0時M2所需要的電流。VGS1>VGS2，要使電路平衡，Iout必須為正VGS1<VGS2，同理，Iout必須為負。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。該放大器的小信號特性參數(shù)等效跨導(dǎo)為gm=√（I0β/4）=√(KI0W/4L)3)該放大器的電壓增益為AV=gm(r04/r02)=√（I0/β）*2/(λ2+λ5)差分放大器的設(shè)計方法確定放大電路（選擇場效應(yīng)管）手工計算場效應(yīng)管的直流轉(zhuǎn)移特性曲線，在曲線上確定出mos管的飽和區(qū)，確定輸入電壓，輸出電壓的范圍確定靜態(tài)工作點確定電路中其他參數(shù)實驗內(nèi)容按以下指標(biāo)要求，設(shè)計一個差分放大器電壓放大倍數(shù)大于30DB對所設(shè)計的電路進行調(diào)試對電路的性能指標(biāo)進行測試仿真，并對測量結(jié)果進行驗算和誤差分析實驗步驟繪制電路圖粗略確定電路中的元件參數(shù)根據(jù)要求調(diào)整元件參數(shù)仿真，并生成網(wǎng)表繪制頻譜特性圖形實驗結(jié)果電流源負載差分放大電路原理圖幅頻特性曲線實驗結(jié)果分析記錄在調(diào)試電路的過程中，不同電路元件參數(shù)時的電壓放大倍數(shù)w/l(pmos)(行)w/l(nmos)(列)706050404031.2db30.32db29.5db28.8db3030.6db29.7db28.9db28.1db2030.16db29.3db28.5db27.7db2)由表格數(shù)據(jù)可知，選擇pmos的w/l為30，nmos的W/l為70，增益為30.6db，滿足設(shè)計要求。電源電壓的設(shè)置不可過大，否則將會導(dǎo)致放大器的輸出擺幅變小，也不可過小，過小使得場效應(yīng)管不能進入飽和區(qū)，最終選擇3V作為電源電壓，滿足設(shè)計要求。 實驗五共源共柵電流鏡設(shè)計實驗?zāi)康?）熟悉軟件的使用。了解CADENCE軟件的設(shè)計過程，掌握電流鏡的相關(guān)知識和技術(shù)，設(shè)計集成電路實現(xiàn)所給要求實驗設(shè)計題目及要求題目：低輸出電壓高輸出電阻的電流鏡設(shè)計包括基本共源共柵電流鏡設(shè)計和低電壓電流鏡設(shè)計設(shè)計要求：電流比1:1輸出電壓最小值0.5v輸出電流變化范圍5-100uA實驗內(nèi)容共源共柵電流鏡基本參數(shù)確定每個MOSFET的襯底都接地，(W/L)1=(W/L)2;(W/L)3=(W/L)4.該電路的特點如下：1.小信號輸入電阻低（～1/gm1）2.輸入端工作電壓低（）3.小信號輸出電阻高（）4.輸出端最小工作電壓低（）設(shè)計變量初始估算※確定(W/L)1、（W/L）2為了計算設(shè)計變量，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：=0.5V），而MN1、MN2管隨著輸入電流從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)，同時令：當(dāng)MN1、MN2工作在臨界飽和區(qū)時。為了使MN1、MN2工作在飽和區(qū)，則必須：(以MN2為例計算),※確定(W/L)3、（W/L）4從MN3管的角度來考慮問題，當(dāng)＝100UA時，為了使MN2管工作在臨界飽和區(qū)，的電壓降不可以過大，即：又MN3管工作于臨界飽和區(qū)，則：在此實驗中，選定(W/L)1=(W/L)2=(W/L)3=(W/L)4=93/3;※確定(W/L)B為了節(jié)省面積，和設(shè)計的方便，取(W/L)B=3/3=1※確定IB在確定IB前要先計算,根據(jù)襯偏效應(yīng)可以得到:因為MN3工作在臨界飽和區(qū)，所以：又MNB管工作于MOS二極管狀態(tài)：在此實驗中，粗略選定IB為10uA※確定溝道長度L取驗證直流工作點MNB：二極管連接確保它工作于飽和區(qū)。MN3：工作于臨界飽和工作區(qū)。MN1、MN2：當(dāng),它們工作于臨界飽和區(qū)；當(dāng)減小時，減小且增大，使它們工作在過飽和區(qū)。MN4：要使MN4管工作于飽和區(qū)，則：而,顯然上式成立。即MN4工作于飽和區(qū)。仿真驗證繪制電路圖，進行仿真，通過仿真結(jié)果進行參數(shù)調(diào)整采用初始估算的設(shè)計變量，即：(W/L)1=(W/L)2=(W/L)3=(W/L)4=93/3;(W/L)B=3UM/3UM;IB=10UA，RL＝7KOHM，使MN3進入臨界飽和。實驗結(jié)果電路原理圖電流值Iin為50uA,Iout=44.1uA,比值接近1:1輸出電壓為0.637798v,大于0.5v,滿足設(shè)計要求實驗結(jié)果分析調(diào)整輸入電流，調(diào)節(jié)電阻和Ib,使電路滿足設(shè)計要求Iin(uA)Iout(uA)R(KOHM)IB(uA)54.39681554.4117155044.158710504534571710093.569917綜合多次實驗的數(shù)據(jù)，最終選定元件參數(shù)為：(W/L)1=(W/L)2=(W/L)3=(W/L)4=93/3(W/L)B=3UM/3UMIB=15UaR=8kohm六．課程設(shè)計總結(jié)在為期一個月的模擬cmos集成電路設(shè)計實驗課程中，接觸了synopsys軟件以及學(xué)會用原理圖設(shè)計方法，多次使用慢慢的對這個軟件和設(shè)計流程從熟悉到陌生，另一方面是對課本上的知識進行了鞏固和加深了