...wd... CMOS放大器設計實驗報告 一、實驗目的 1.培養(yǎng)學生分析、解決問題的綜合能力； 2.熟悉計算機進展集成電路輔助設計的流程； 3.學會適應cadence設計工具； 4.掌握模擬電路仿真方法 6.掌握電子電路、電子芯片底層幅員設計原則和方法； 7.掌握使用計算機對電路、電子器件進展參數(shù)提取及功能模擬的過程； 8.熟悉設計驗證流程和方法。 二、實驗原理 單級差分放大器構造如以下列圖所示： 在電路構造中，M2和M3組成了NMOS差分輸入對，差分輸入與單端輸入相比可以有效抑制共模信號干擾；M0和M1電流鏡為有源負載，可將差分輸入轉化為單端輸出；M5管提供恒定的偏置電流。 三、實驗要求 設計電路使得其到達以下指標： 1.供電電壓： 2.輸入信號：正弦差分信號 3.共模電壓范圍為 4.差分模值范圍 5．輸出信號：正弦信號 6.擺率大于 7.帶寬大于 8.幅值增益： 9.相位裕度： 10.功耗： 11.工作溫度： 四、差分放大器分析 1、直流分析 為了使電路正常工作，電路中的MOS管都應處于飽和狀態(tài)。 1.1 M2管的飽和條件: 1.2 M4管的飽和條件: 2.小信號分析 小信號模型如下： 由圖可得： 2．1增益分析 其中 2.2 頻率響應分析 由小信號模型易知： 其中 3．電路參數(shù)計算 3．1確定電流 根據(jù)擺率指標： 根據(jù)功耗指標易知： 根據(jù)帶寬指標： 綜上，取: 3.2寬長比確實定 M4與M5：電流源提供的電流為，參數(shù)設為，根據(jù)電流鏡原理，可以算出 M2與M3： 帶入數(shù)據(jù)可得 取值為20，則取 M0與M1：這兩個PMOS管對交流性能影響不大，只要使其下方的管子正常開啟即可，實驗中取值： 五、仿真結果 1、幅頻特性 設置鼓勵如下： 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 交流小信號 幅值1mV,頻率50KHz 直流電壓1.65V,初相0 Vin- 交流小信號 幅值1mV,頻率50KHz 電壓1.65V,初相180 進展ac仿真，仿真結果如下： 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 2、擺率仿真 通過參加方波鼓勵進展測試擺率 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 方波 V1=0V,V2=3.3V 周期2,占空比50% Vin- 方波 V1=3.3V,V2=0V 周期2,占空比50% 仿真結果如下： 得到：滿足指標要求。 3、共模電壓范圍仿真 為了測試共模電壓范圍，我們調(diào)整直流工作點分別在直流工作點為1.15V和2.15V是進展仿真。 3.1直流工作點1.15V時，仿真結果如下 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 3.2 直流工作點2.15V時，仿真結果如下 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 4、差分模值范圍 將輸入信號按如下表格設置: 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 交流小信號 幅值100mV,頻率50KHz 直流電壓1.65V,初相0 Vin- 交流小信號 幅值100mV,頻率50KHz 電壓1.65V,初相180 仿真結果如下： 可以看到，放大器性能沒有發(fā)生大的變化，滿足要求 以上所有仿真中功率都明顯小于1mw；綜上，放大器大的所有指標在前仿中滿足要求。 六、幅員的繪制 由電路圖繪制幅員如下： 由于電容所占面積較大，考慮電容時幅員如下： 幅員繪制完成后，通過DRC檢查，以及LVS驗證，然后進展RCX參數(shù)提取，而后進展后仿。 提取RCX如下： 七、后仿結果 1、幅頻特性 設置鼓勵如下： 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 交流小信號 幅值1mV,頻率50KHz 直流電壓1.65V,初相0 Vin- 交流小信號 幅值1mV,頻率50KHz 電壓1.65V,初相180 進展ac仿真，仿真結果如下： 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 2、擺率仿真 通過參加方波鼓勵進展測試擺率 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 方波 V1=0V,V2=3.3V 周期2,占空比50% Vin- 方波 V1=3.3V,V2=0V 周期2,占空比50% 仿真結果如下： 得到：滿足指標要求。 3、共模電壓范圍仿真 為了測試共模電壓范圍，我們調(diào)整直流工作點分別在直流工作點為1.15V和2.15V是進展仿真。 3.1直流工作點1.15V時，仿真結果如下 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 3.2直流工作點2.15V時，仿真結果如下 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 3.3差分模值范圍 將輸入信號按如下表格設置： 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 交流小信號 幅值100mV,頻率50KHz 直流電壓1.65V,初相0 Vin- 交流小信號 幅值100mV,頻率50KHz 電壓1.65V,初相180 仿真結果如下： 增益，，相位裕度為，滿足指標要求。 綜上，放大器在后仿中也滿足指標要求。 八、總結 通過使用cadence軟件設計仿真CMOS放大器，讓我熟悉了使用計算機進展集成電路輔助設計的流程；在調(diào)節(jié)電路參數(shù)時有復習穩(wěn)固了CMOS放大器的相關知識，受益匪淺。