集成电路原理与设计之三实习教案moni

1、集成电路设计实egratedCircuitsDesign授课教师集成电路设计实egratedCircuitsDesign授课教师、2007-sInstituteofking 掌握CMOS模拟集成电路的设掌握CMOS模拟集成电路的设计方法原理图输入、电路分析、参数优完成对应设计的版图对称DRC 、后仿设计Padframe，并完成互连（选做设计时间：8次InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page可以2人一组完成设若2人可以2人一组完成设若2人合作，分工必须明期末的ion与实中，应明确各自完成的实验内但更鼓Instituteof

2、Microelectronics, Copyright 2007-2008king Page设计内容：两级运算放大设计内容：两级运算放大设计指标差分输入，单端输，输入摆幅大于3V，输出摆幅尽量InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page只要能满足设计指标，只要能满足设计指标，第一级：折叠共源共第二级：共补偿：Miller电容+消除零点的电要求功耗、面积合版图美InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page参考结构（下页为部分修改要求InstituteofMi

3、croelectronics, Copyright 2007-2008king 参考结构（下页为部分修改要求InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page将Miller电容CC改为CC与R将Miller电容CC改为CC与RZ串CC与RZ位于结点4与结点运放的偏置由10uA的电流提供，请合理设计偏置电设计过程中，请参考模拟集成电路本文档的后续内容供设计时参InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page偏置电路VdsatM2、M3MVsatb若M 偏置电路Vdsa

4、tM2、M3MVsatb若M W ，因此M23的等效沟长L而M取1Vdsadsat3 NdsatVVb1 N bW ds，所以N VV通常N的取值6king PageCopyright 2007-偏置电路 b4VVVVGSMV4 5 联后的晶体Msatb4 VGSb偏置电路 b4VVVVGSMV4 5 联后的晶体Msatb4 VGSb若M 取，因此M45的等效沟长L而M1W dsatdst ，dsatVV V设dsat ，则VdsatV bb4dst， Vb通常M的取值6king PageCopyright 2007-GBW与fp2环路 j j(1)pjGBW与fp2环路 j j(1)pjp

5、则 H pj)近似：在）p1pGXA0p1，而PM45，则情况所以king PageCopyright 2007-、 2tan fGBW补偿后、 2tan fGBW补偿后，GBW 90，所( fp1 (fp2fpn若f、 (2king PageCopyright 2007-PM 90tan1(GBWPM 45时，GBW fpfpPM 90tan1(GBWPM 45时，GBW fpfpGBW，PM fpfp ，fp ， 4GBW，PM . . fpfp10，PM B合理的设：f2 king PageCopyright 2007-假设低频增益AV0 , f2,pp将修改为f假设低频增益AV0 ,

6、f2,pp将修改为f，使得PM 70，求补偿后f答增益带宽 GBW补偿后GBWGBW fp) fp()GBW16MHz，所以pAVking PageCopyright 2007-两级运放的MillerCE(1Av2Miller 11f两级运放的MillerCE(1Av2Miller 11f (1 22)C2v 2f为第一个极king PageCopyright 2007-Miller补偿的推导为描述简便，下面推C已包)D式 sC V RVS1sC V g1RLsR 1 )C1 CVCMiller补偿的推导为描述简便，下面推C已包)D式 sC V RVS1sC V g1RLsR 1 )C1 CV

7、C LCR2)1 1 LCVR CESs)m LV 1 s(R R R R R RC )s2R CVCELECCLking PageCopyright 2007-Miller补偿的推导CgR (1C)mVg out R) 2RRCRRin ESCLLLC9mCELECCL若p2 11则RgmR R R gR RR gRR SESCLLLCLSmLSC1gRMiller补偿的推导CgR (1C)mVg out R) 2RRCRRin ESCLLLC9mCELECCL若p2 11则RgmR R R gR RR gRR SESCLLLCLSmLSC1gRm9gpmR( CCLECCLLm 1Lgm9

8、 。若、 pzC2R A CCC1E SvCLLCC king PageCopyright 2007-Miller补偿的副作用：正零点1 s 传输函数的分子中包Miller补偿的副作用：正零点1 s 传输函数的分子中包z表明z为正零点，位于右半平面g9, RH(PfZ2 C右半平面零点会降低PX，进而影响稳定king PageCopyright 2007-1方法1：使无穷大/gZZZmRC(1/ )CmZ为负零点，抵消非主方21 ( s HZp1/2gm 11p /1方法1：使无穷大/gZZZmRC(1/ )CmZ为负零点，抵消非主方21 ( s HZp1/2gm 11p /C(/)RLmZ

9、1C CR C / LZECgCgCmCmC1（时，与书上结论一致CEgCmCking PageCopyright 2007-RZ的实方法1：RZ 1gm9，没有零1 抵ZpgCm9CCL1CRZ的实方法1：RZ 1gm9，没有零1 抵ZpgCm9CCL1CL，负零点，高方3 /Zm9gCgCm9Cm9C由于很多应用中CL不能精确确定，因此更多的时采用方法1因为R 相关，通常使用线性区的MOSFET实现ZZgm9使用合适的偏置电路，跟随工艺参数与温度的变king PageCopyright 2007-使用线性区MOSFET实现电阻C W2 I gox 设计中使(W1LR zWWWCox VC)

10、14pL1LLWWW方法L( z9g使用线性区MOSFET实现电阻C W2 I gox 设计中使(W1LR zWWWCox VC)14pL1LLWWW方法L( z9gLLLIIIWW,则( ) dsatWW(LLking PageCopyright 2007-使用线性区MOSFET实现电阻1方法 zgCCWWW所以 ( ) 9LLIIIWWV则,则 ( dsatWWLCL使用线性区MOSFET实现电阻1方法 zgCCWWW所以 ( ) 9LLIIIWWV则,则 ( dsatWWLCL(LLking PageCopyright 2007-两级运放的转换速率Two-Instituteof两级运放的

11、转换速率Two-InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page两级运放的正向SR与负向SR两级运放的正向SR与负向SR InstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page两级运放的设计实例00 、CLR要求稳定精度0.05%PM 两级运放的设计实例00 、CLR要求稳定精度0.05%PM A /V2, VA/V ， 0np( L .0.5 V-， m (L2|npking PageCopyright 2007-两级运放的设计实例gmIDID7GBW ，SR 2 d

12、stln(1V1V tVln(dsatI两级运放的设计实例gmIDID7GBW ，SR 2 dstln(1V1V tVln(dsatID7 ，sat.100ns 得0 3%ID71GBW 28MHz，考虑设计余量GBW 35%.0king PageCopyright 2007-两级运放的设计实例fp 2、 Pgm2gm6gm6GBW ，f p2Cn1z( )CCL1(两级运放的设计实例fp 2、 Pgm2gm6gm6GBW ，f p2Cn1z( )CCL1(PM to()fp，则tan1GBW 若pfp若f 10GBW，则tan1GBW zfz 3 pking PageCopyright 20

13、07-两级运放的设计实例取CC 5Cn1，假设nC通过fp2估算gm6Cn1gmgm)p2Cn15C(两级运放的设计实例取CC 5Cn1，假设nC通过fp2估算gm6Cn1gmgm)p2Cn15C(L 1 4C 2 5 3GBW mL4uA， W 0.2V，则 L 取dsatD6 L 此W1，考虑其它MOSFET寄生电容66 3连线寄生电容，取 Cn1 所以CC Instituteofking PageCopyright 2007-两级运放的设计实例确定各晶体管的5 、M、 为尾电流P.MM、 两级运放的设计实例确定各晶体管的5 、M、 为尾电流P.MM、 . 3.2V0C 因此gm2则D C

14、,5AsCID7gm6ID6king PageCopyright 2007-两级运放的设计实例根据各支路电流与确定晶体管p较大，P管为增益的瓶两级运放的设计实例根据各支路电流与确定晶体管p较大，P管为增益的瓶可适当增加P管的LAv | vA6oLking PageCopyright 2007-两级运放设计总结gmID，SR 2 gmpC (1 Cn1 2LCCfp两级运放设计总结gmID，SR 2 gmpC (1 Cn1 2LCCfp32IDmV1ln( ) 2 GBWt 小信号建立时 V大信号转换时tInstituteofMicroelectronics, Copyright 2007-2008king Page