北邮cmos实验报告

1、北京邮电大学电子工程学院北京邮电大学 CMOS模拟集成电路设计实验 实验报告 实验一 共源级放大器性能分析一、实验目的1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法；2、掌握使用synopsys电路仿真软件customdesigner对原理图进行电路特性仿真；3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线；4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响二、实验要求1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。2、输入共源级放大器电路图。3、设置仿真环境。4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。三、实验结果1、R1=1K

2、电路图幅频与相位曲线参数图2、 R1=10K的原理图幅度与相位图参数图 实验二 差分放大器设计一、实验目的1.掌握差分放大器的设计方法；2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。二、实验要求1.确定放大电路；2.确定静态工作点Q；3.确定电路其他参数。4.电压放大倍数大于20dB，尽量增大GBW，设计差分放大器；5.对所设计电路调试；6.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。三、实验原理平衡态下小信号的差动电压增益为：4、 实验结果RW/L40302010533K22dB21dB21dB20dB18dB50K26dB25dB25dB24dB22dB100K32dB31

3、dB31dB30dB28dB改变W/L和栅极电阻，可以看到，R一定时，随着W/L增加，增益增加，W/L一定时，随着R的增加，增益也增加。但从仿真特性曲线我们可以知道，这会限制带宽的特性，W/L增大时，带宽会下降。为保证带宽，选取W/L=5，R=50K的情况下的数值，保证了带宽约为1.73GHZ，可以符合系统的功能特性，实验结果见下图。 实验三 电流源负载差分放大器设计一、实验目的1.掌握电流源负载差分放大器的设计方法；2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。二、实验要求1.设计差分放大器，电压放大倍数大于30dB；2.对所涉及的电路进行设计、调试；3.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量

4、结果进行验算和误差分析。三、实验原理 电流镜负载的差分对传统运算放大器的输入级一般都采用电流镜负载的差分对。如上图所示。NMOS器件M1和M2作为差分对管，P沟道器件M4，M5组成电流源负载。电流0I提供差分放大器的工作电流。如果M4和M5相匹配，那么M1电流的大小就决定了M4电流的大小。这个电流将镜像到M5。如果VGS1=VGS2，则Ml和M2的电流相同。这样由M5通过M2的电流将等于是IOUT为零时M2所需要的电流。如果VGS1VGS2，由于I0=ID1+ID2，ID1相对ID2要增加。ID1的增加意味着ID4和ID5也增大。但是，当VGS1变的比VGS2大时，ID2应小。因此要使电路平衡

5、，IOUT必须为正。输出电流IOUT等于差分对管的差值，其最大值为I0。这样就使差分放大器的差分输出信号转换成单端输出信号。反之如果VGS110V/us相位裕度=60度VOUT范围=-2,2VICMR=-12VPdiss=2mW3、 实验内容图中有多个电流镜结构，M5,M8组成电流镜，流过M1的电流与流过M2电流ID1,2=ID3,4=1/2*ID5，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的结构使得在x，y两点的电压在Vin的共模输入范围内不随着Vin的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图1所示，Cc为引入的米勒补偿电容。利用表1、表2中的参数第一级差分放

6、大器的电压增益为第二极共源放大器的电压增益为所以二级放大器的总的电压增益为相位裕量有要求60的相位裕量，假设RHP零点高于10GB以上因此由补偿电容最小值2.2pF，为了获得足够的相位裕量我们可以选定Cc=3pF考虑共模输入范围：在最大输入情况下，考虑M1处在饱和区，有而电路一些基本指标下面用ICMR的要求计算(W/L)3用负ICMR公式计算由式（12）我们可以得到下式进而推出为了得到60的相位裕量，的值近似起码是输入级跨导的10倍，我们设，为了达到第一级电流镜负载（M3和M4）的正确镜像，要求=，图中x，y点电位相同我们可以得到进而由我们可以得到直流电流同样由电流镜原理，我们可以得到四、实验

7、原理电路结构:最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。相位补偿:电路有至少四个极点和两个零点，假定z2、p3、p4以及其它寄生极点都远大于GBW，若不考虑零点z1，仅考虑第二极点p2，那么这是一个典型的两极点决定的系统。为保证系统稳定，通常要求有63左右的相位裕度，即保持频率阶跃响应的最大平坦度以及较短的时间响应。但在考虑z1之后，这个右半平面（RHP）的零点在相位域上相当于左半平面（LHP）的极点，所以相位裕度会得到恶化。同时如果为了将两个极点分离程度增大，则补偿电容Cc就要增大，这也会使得零点减

8、小，进一步牺牲相位裕度，如图所示5、 实验结果 电路图 实验总结及问题解决实验中的问题感谢助教老师的帮助和耐心讲解，让我们在解决问题的同时学习到了更多的知识，在实验过程我们遇到了一些问题，总结如下： 1.一开始我们不知道怎么看前后的放大倍数，后来是助教告诉我们要看纵坐标的分贝数进行比较。 2.我们的原件参数设置不是太合理，最开始计算出来的值并不是很能用，后来经过不断的修改才调试出最适合的参数。 实验心得体会 通过第一次实验，初步掌握了Synopsys软件的设计和仿真过程，学会了基本操作，解决了一些常见误区和问题。 接下来的几次试验都是有助教给好的原理图，我们根据原理图画好电路，自行仿真得出实验要求的参数，并给老师验收。整个过程中虽然一开始出现了错误，后来慢慢学会了合理分配参数。 最后一次实验需要自行设计，对我们来说也十分有挑战，自行查阅书本后不仅了解了电路的原理，还要自己设计数据。我们花了1个小时的时间对所有元件进行数据设计和计算，不断逼近要求的值。 通过整个的实验过程，感到Synopsys得功能很强大，但有一些操作比较复杂。跟以往我们用的模电的软件不同。通过这几次COMS设计实验，让我们将课堂上学习的理论知识运用到实践中，在实验调试的过程中更好地理解了理论知识，并加深了对模拟COMS集成电路设计这门课程的理解。在COMS实验设计过程中，增益、速度、功耗