哈工大cmos模拟集成电路大作业3

稹拟CMOS集虎电路大作业

设计题目：二级运一设计

院系:：_________________

费级：__________________

设计者：____________________________

学号：_________________

设计时间：2011620___________

哈尔滨工业大学

2012年

设计题:

假定〃nCox=110"A/V2,〃pC0x=5O〃A/y2,zln=0.04VL4p=0.04V」（有效

沟道长度为l〃m时），"=0.02VLXp=0.02V"（有效沟道长度为2〃m时），"=

11

0.0IV,4p=0.01V-（有效沟道长度为4〃m时），片0.2,VTHN=|VTHP|=0.7Vo设

计如下图的放大器，满足如下要求，其中负载电容a=iopF。

Av>4000V/V,VDD=5V,GB=5MHz,SR>lOV/ps,60°相位裕度，Vout摆幅

二0.5〜4.5V,/CMR1.5~4.5V,PdissW2mW

VDD

1.请说明详细的设计过程，包括公式表达式（假定。6=0.35件7因以，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4,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3z>10GB）:

考虑零点的影响，CC的选取：PM=60°时，GB处

由电包空-barctg——=180°-60°

Ico..,af.c

令G）Z=10GB时

/\

90。+mag—+近吆（0.1）=180。-60。

若PM>60°,3P2>2.2GB,并由3Z=10GB

EH此可得：G>0.22G

负载电容CL=10PF,所以O2.2pF取Cc=3pF

2.由已知的Cc并根据转换速率的要求(或功耗要求)选择ISS(15)的范围：

由S,二工Sr>1()0孙可得人>30必，取八二4()⑼

q

3.由计算得到的电流偏置值(15/2),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：

4/2=|附)|="&¥%二=|(力—ICMR,+匕"陶尸=20〃A

乙L乙L

代入〃pC°x=504A/V?,VDD=5V,ICMR+=4.5V,15=40乂A,VTHN=|VTHP|=0.7V可得:

WVV

(—)3,4=3.2,此时取(一)3.4=4

4.验证M3处镜像极点是否大于10GB

验证隆->TOGB

q$3+c&22cg$3

15u

=0.67VV；L3Cm=0.67x4x4x4x0.35xlO=1.5008xlOF

_6

—=72X50X10-6X4X20X10-6=89.44xIOA/V

La

代入验证成立

5.设计W1/L1(W2/L2)满足GB的要求

GB=gmJC

2zzC—Z.=C-GB=3X10",2X2^-X5X106

•noxLic

由此解得：

ww

（—）I.2=2.01,此时取（一）I,2=3

LL

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:

2/,2x20xlQ6

VOD、=1CMR-V.=1CMR+5=1.5-+0.7=0.45V

CS110X106X3

l

5=；""G，X（¥）味

ww

由此可得）5=3.59,取（一）5=4

LL

7.根据3p2>2.2GB计算得到gm6；并且根据偏置条件VSG4=VSG6计算得到M6的尺寸

由3=4,GB=;fift?.>2.2GB^：

P2C,C,.m

g牌>2.2%G/G，令g隔=225匕5«.

W

W2.2〃,CR（7）2（%S2-%”N）Q

所以〃/CT（7）6（%6-%种）=----------%--------------

根据电路结构得：人=乙；即-yy（@4-丫加了=；〃£,xYy（%-%耽了

乙乙L乙

〃“（W2/L2）

又因为％S6=VGS4，所以％S6一%/〃，==（%2一%,\，）

勺,（W4/L4）

联立可得詈.一严二苧底5g取『

8.根据尺寸和gm6计算层并验证Vout,max是否满足要求

'”既.「予2。=皿”

6

2/（,hxlQOxlQ-

M6管的过驱动电压:=0.45V

〃4（W/L）650x10、38

（心=5-0.45=4.55V>匕皿四,满足要求

9.计算M7的尺寸。并验证Voutmn是否满足要求

WW6/L6W5^5)=38X4=19

L'2W4/L42x4

“7管的过驱动电压：V^=I2/7=12；6-

D7MW

%少=Q43V<0.5V=匕“.而…满足要求

10.验证增益和功耗

-6-6

gm2==V2X110X10X3X20XI0=11489xl0^/\/V

6

smb=心.C,,(W/L)6,6=V2X50X10^X38X190X10-=849.71x10^A/V

2x114.89x10^x849.71x10^

2g”i2g”16=16056.44V/V

A，式4+4)4(&+4)40x106x(0.02+0.02)x190xl0-6x(0.02+0.02)

4=&+l6)(V/W+|VJ)=(4()x10^+190x10^)x(5+())=1.15mW<2mW

满足题设要求。

11.SPICE仿真验证

⑴交流仿真

Spice网表：

ANTWO-STAGEOPAMPS

Ml2560MOSNw=6ul=2.0u

M23460MOSNw=6ul=2.0u

M3221IMOSPw=8uI=2.0u

M432iIMOSPw=8ul=2.0u

M56700MOSNw=8ul=2.0u

M6831IMOSPw=76ul=2.0u

M78700MOSNw=38ul=2.0u

Cc383P

Cl80lOp

VDD10DC5V

Vb70DC1.15V

VI40DC1.5VAC0.000IV

V250DC1.5VAC0.000IV180

OP

.acDEC201lOOMeg

.plotacv((8)/O.O(X)2V)

.ploiacvp(8)

.PROBE

*model

.MODELMOSNNMOSVTO=0.7KP=110U

-LAMBDA=0.02GAMMA=0.2PHI=0.7

.MODELMOSPPMOSVTO=-0.7KP=50U

-LAMBDA=0.02GAMMA=0.2PHI=0.8

.end

IV-------------M9(v(<8>>/00002。)

幅频特性曲线

EMIANTWMTAWOPAMPS一..■一»——

“tdh

free*-------------ph(v(9))

frequencyHz

相频特性曲线-

(2)瞬态仿真

Spice网表：

ANTWO-STAGEOPAMPS

Ml2560MOSNw=6ul=2.0u

M23460MOSNw=6ul=2.0u

M3221IMOSPw=8uI=2.0u

M43211MOSPw=8ul=2.0u

M56700MOSNw=8ul=2.0u

M6831IMOSPw=76ul=2.0u

M78700MOSNw=38ul=2.0u

Cc383P

Cl80lOp

VDD10DC5V

Vb70DC1.15V

VI45DCOvsin(00.000Iv100KHZ)

V250DC1.5V

OP

.Iran1Ous20us

.plotlianV(8)

.plottranV(4)

.probe

*model

.MODELMOSNNMOSVTO=0.7KP=110U

-LAMB