模拟CMOS集成电路_拉扎维_实验二.doc

实验二 单级放大器的设计一、实验目的及任务1、掌握单级放大器的原理和性能。2、设计一个采用电阻做负载的共源级放大器。二、实验相关知识1、采用电阻做负载的共源级放大器电路的大信号分析。如果输入电压从零开始增大，M1截止，Vout=VDD（如图2.1（b）。当Vin接近VTH时，M1开始导通，电流流经RD，使Vout减小。如果VDD不是非常小，M1饱和导通，我们可以得到： Vout=VDD-RD12nCOXWLVin-VTH2 (2.1)这里忽略了沟道调制效应。进一步增大Vin，Vout下降更多，管子继续工作在饱和区，直到Vin=Vout+VTH（图2.1（b）中的A点）。在A点出满足： Vin1-VTH=VDD-RD12nCOXWLVin1-VTH2 (2.2)从上式可以计算出Vin1-VTH，并进一步计算出Vout。当VinVin1时，M1工作在线性区： Vout=VDD-RD12nCOXWL2Vin-VTHVout-Vout2 (2.3)如果Vin足够高以使M1进入深线性区，Vout2Vin-VTH，从图2.1(b)的等效电路可以得到： Vout=VDDRonRon+RD=VDD1+nCOXWLRDVin-VTH (2.4)2、采用电阻为负载的共源级放大器小信号特性由于在线性区跨导会下降，通常要确保Vout Vin- VTH,工作在图2.1(b)中A点的左侧。式(2.1)表征输入输出特性，并把它的斜率看作小信号增益，可以得到： Av=VoutVin (2.5) =-RDnCoxWLVin-Vout (2.6) =-gmRD (2.7)此结果可以从下面的观察中直接得到：M1将输入电压的变化Vin转换为漏极电流的变化gmVin，进一步转换为输入电压的变化-gmRDVin。从图2.1(d)的小信号等效电路也可以得到同样的结果。图2.1 (a)共源级；(b)输入-输出特性；(c)MOS管工作在线性区的等效电路；(d)饱和区的小信号模型三、实验内容和步骤1、根据实验相关知识所述，画出采用电阻做负载的共源级放大器的原理图。2、根据所画原理图编写电路网表。3、调入SMIC0.35um混合信号工艺库。4、先计算电路的直流工作点，随后进行仿真并得到电路的直流工作点，将仿真结果与计算结果进行比较。5、在网表中加入DC分析的激励语句，做DC大信号仿真，得到放大器的直流转移特性曲线，并对的出的曲线进行分析说明。6、在网表中加入AC分析的激励语句，做小信号仿真，得到放大器的AC频率特性和低频小信号增益，并对仿真结果给出分析和说明。四、思考题1、要增大低频小信号增益，有哪些方法？并通过仿真验证这些方法的正确性。实验二 附 录实验所需网表：*nmos single stage amplifier analysisM1 out in 0 0 n33 w=20u l=2uVin in 0 DC 1 AC 1 Vvdd vdd 0 3.3vRd out vdd 5kCd out 0 1p.LIB d:asicsmic035MS035_v0p2.lib tt.OP*.DC Vin 0 3.3 0.1*.AC dec 10 1 1000MEG *.tf v(out) vin*.pz