哈工大cmos模拟集成电路大作业

Harbin Institute of Technology模拟CMOS集成电路大作业设计题目： 二级运放设计 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 设计时间： 2011.6.20 哈尔滨工业大学2012年设计题：假定nCox=110 A/V2， pCox=50 A/V2 ，n0.04V-1， p0.04V-1（有效沟道长度为1m时），n0.02V-1， p0.02V-1（有效沟道长度为2m时），n0.01V-1， p0.01V-1（有效沟道长度为4m时），=0.2，VTHN| VTHP | =0.7V。设计如下图的放大器，满足如下要求，其中负载电容CL = 10pF。 Av 4000V/V， VDD = 5V， GB = 5MHz ，SR 10V/s ，60 相位裕度， Vout 摆幅 =0.54.5V, ICMR 1.54.5V， Pdiss 2mW1.请说明详细的设计过程，包括公式表达式（假定Cox = 0.35fF/m2，栅源电容按计算）；2.给出进行交流仿真和瞬态仿真的spice仿真的网表，并给出仿真波形和结果。3.如果要求Av至少提高为原来的2倍，其它要求不变，如何修改电路（注意讨论对其它性能参数的影响）？注意事项：1. 计算得到的极点频率为角频率。2. 尺寸最后应选取整数，工艺精度的限制。3. 尾电流增加，Av增加还是减小？1. 根据相位裕度PM=60deg的要求，求Cc（假定z10GB）;考虑零点的影响，CC的选取：PM=60时，GB处 令z =10GB时 若PM60 , p22.2GB ，并由z=10GB由此可得：负载电容CL=10pF,所以Cc2.2pF,取Cc=3pF2. 由已知的Cc并根据转换速率的要求（或功耗要求）选择ISS（I5）的范围； 3.由计算得到的电流偏置值(I5 /2),设计W3/L3（ W4/L4 ）满足上ICMR（或输出摆幅）要求，即饱和区条件；极限情况下，即ICMR达最大4.5V时，M3，M4管的过驱动电压为：由此可得，M3，M4管的漏电流：代入pCox=50 A/V2，VDD = 5V，ICMR+=4.5V，I5=40A，VTHN| VTHP | =0.7V可得：4. 验证M3处镜像极点是否大于10GB代入验证成立5. 设计W1/L1（ W2/L2 ）满足GB的要求由此解得：6. 设计W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；当ICMR取最小值1.5V时，M5管的过驱动电压为：7. 根据p22.2GB 计算得到gm6；并且根据偏置条件VSG4=VSG6计算得到M6的尺寸8. 根据尺寸和gm6计算I6，并验证Vout,max是否满足要求9. 计算M7的尺寸。并验证Vout,min是否满足要求10. 验证增益和功耗满足题设要求。11.SPICE仿真验证(1)交流仿真Spice网表：AN TWO-STAGE OP AMPSM1 2 5 6 0 MOSN w=6u l=2.0uM2 3 4 6 0 MOSN w=6u l=2.0uM3 2 2 1 1 MOSP w=8u l=2.0uM4 3 2 1 1 MOSP w=8u l=2.0uM5 6 7 0 0 MOSN w=8u l=2.0uM6 8 3 1 1 MOSP w=76u l=2.0uM7 8 7 0 0 MOSN w=38u l=2.0uCc 3 8 3pCl 8 0 10pVDD 1 0 DC 5VVb 7 0 DC 1.15VV1 4 0 DC 1.5V AC 0.0001VV2 5 0 DC 1.5V AC 0.0001V 180.OP.ac DEC 20 1 100Meg.plot ac v(8)/0.0002V).plot ac vp(8).PROBE *model.MODEL MOSN NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.02 GAMMA=0.2 PHI=0.7.MODEL MOSP PMOS VTO=-0.7 KP=50U+LAMBDA=0.02 GAMMA=0.2 PHI=0.8.end 幅频特性曲线 相频特性曲线（2） 瞬态仿真Spice网表：AN TWO-STAGE OP AMPSM1 2 5 6 0 MOSN w=6u l=2.0uM2 3 4 6 0 MOSN w=6u l=2.0uM3 2 2 1 1 MOSP w=8u l=2.0uM4 3 2 1 1 MOSP w=8u l=2.0uM5 6 7 0 0 MOSN w=8u l=2.0uM6 8 3 1 1 MOSP w=76u l=2.0uM7 8 7 0 0 MOSN w=38u l=2.0uCc 3 8 3pCl 8 0 10pVDD 1 0 DC 5VVb 7 0 DC 1.15VV1 4 5 DC 0v sin( 0 0.0001v 100KHZ )V2 5 0 DC 1.5V .OP.tran 10us 20us.plot tran V(8).plot tran V(4).probe*model.MODEL MOSN NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.02 GAMMA=0.2 PHI=0.7.MODEL MOSP PMOS VTO=-0.7 KP=50U+LAMBDA=0.02 GAMMA=0.2 PHI=0.8.end 输入信号 输出信号分析：交流仿真与瞬态仿真结果与计算所得理论值相符，在计算中所忽略的部分体效应、沟道长度调制效应的影响是造成仿真结果与理论计算产生微小偏差的原因。讨论问题：如果要求Av至少提高为原来的2倍，其它要求不变，如何修改电路（注意讨论对其它性能参数的影响）？要提高Av可适当增大M2、M3或M6、M7