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1、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. 熟悉計算機進行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、電子芯片底層版圖設計原則和方法； 7. 掌握使用計算機對電路、電子器件進行參數(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 單級差分放大器結構如下圖所示： I 在電路結構中，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Ml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

2、定的偏置電流。 三、實驗要求 設計電路使得其達到以下指標： 1. 供電電壓：VDD3.3VGND0V輸入信號：正弦差分信號 2. 共模電壓范圍為IV差分模值范圍lmV?100mV 3. 輸出信號：正弦信號擺率大于10V/ns(CL=5pF) 得到：SR=7L=15.79X106V/S滿足指標要求。 0.209〃s 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是進行仿真。 3.1直流工作點1.15V時，仿真結果如下 增益AV=43.1dB,f3dB=144.5KHz,相位裕度為90.02°,滿足指標要求。 3.2

3、直流工作點2.15V時，仿真結果如下 增益AV=40.23dB,f3/g=294.8Hz,相位裕度為89.72。，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=33V GND 直流 V=0V Vin+ 交流小信號 幅值lOOmV,頻率50KHZ 直流電壓1.65V,初相0° Vin- 交流小信號 幅值100mV,頻率SOKHz 電壓1.65V,初相180° 仿真結果如下: 增益AV=41.8dB,f3dB=244.3/C//Z,相位裕度為89.5°,滿足指標要求。綜上，放大器在后

4、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行集成電路輔助設計的流程；在調(diào)節(jié)電路參數(shù)時有復習鞏固了CMOS放大器的相關知識，受益匪淺。 4. -3dB帶寬大于100KHz(Cl=5pF) 5. 幅值增益：40dB 6. 相位裕度:>60° 7. 功耗:V-V SD4—SG4TP V -V>V-

5、V DDOUT一SG4TP V

6、。扇吃/"〃_2 礦一一 5"）…借）訪 C=CBD2+CBD4+CGB2+CL SRN10V/ps(C[=5pF) sr=m 】ss250以 根據(jù)帶寬指標: 頃之100KHz（C廣5pF）、3dB=仍。町￥如產(chǎn)318腴 2 D 農(nóng)次必 綜上，取: 虹=200潤 3.2寬長比的確定 M4與M5：電流源提供的電流為50陽4,參數(shù)設為1^=項虬吧=2奶，根據(jù)電流鏡原理,可以算出L5=1hM,Ws=8"M 'ml 1°°=%膈。奴+電4 M2與M3： 帶入數(shù)據(jù)可得 %_“3=18.4ir~~23 取值為20,則取L=360幾W=7.2u M0與Ml：這兩個

7、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: 實驗中取值: Lq=L1=360nMI4Z o="]=1“M 五、仿真結果 進行ac仿真，仿真結果如下: 1、幅頻特性設置激勵如下: 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=0V Vin+ 父流小信號 幅值lmV,頻率50KHz 直流電壓1.65V,初相0。 Vin- 交流小信號 幅值lmV,頻率SOKHz 電壓1.65V,初相180° 增益AV=41.66dB,fzM=189.5KHz,相位裕度為89.91。，滿足指標要求。

8、2、擺率仿真通過加入方波激勵進行測試攜率 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 v=ov Vin+ 方波 Vl=0V,V2=3.3V 周期2ps,占空比50% Vin- 方波 Vl=3.3V,V2=0V 周期2ps,占空比50% 仿真結果如下:  得到：SR=翌虹=18.82x106〃s滿足指標要求。0.198“s 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是進行仿真。 3.1直流工作點1.15V時，仿真結果如下 增益AV=42.42dB,f3dB=108

9、.7KHz,相位裕度為89.91。，滿足指標要求。 3.2直流工作點2.I5V時，仿真結果如下 ::廣IiiiiiiiunniiiiiiHHiiHniiiiinniM UliIUbrflllWlIllKWllllUIMIIIIIIMlimU wILUixuipun]iivvi濃4二 21?HI———*-—r~—-?―———I 9SfrIMMt2t? 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=OV Vin+ 交流小信號 幅值lOOmV,頻率50KHz 直流電壓1.65V,初相0° Vin- 交流小信號 幅值100mV,頻率

10、50KHz 電壓1.65V,初相180° 增益AV=40.99dB,?3必=17L7K〃z,相位裕度為89.94。，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： 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lmw；綜上，放大器大的所有指標在前仿中滿足要求。 六、版圖的繪制 由電路圖繪制版圖如下： 由「電容所占面積較大，考慮電容時版圖如下: 1.'.... …H……… "7級"*淬我穿 '.心如-、mw

11、、u、. ；?，?-??. ??.*?*—>????**?,???*?- 版圖繪制完成后，通過DRC檢查，以及LVS驗證，然后進行RCX參數(shù)提取，而后進行后仿。 提取RCX如下: 七、后仿結果1、幅頻特性 設首.激勵如下: 信號名稱 信號類型 參數(shù) VDD 直流 V=3.3V GND 直流 V=OV Vin+ 交流小信號 幅值lmV,頻率50KHZ 直流電壓1.65V,初相0° 幅值lmV,頻率50KHZ Vin-交流小信號 電壓1.65V,初相180° 進行ac仿真，仿真結果如卜-： 增益AV=41.66dB,&心=189.5K〃z, 2、擺率仿真 通過加入方波激勵進行測試擺率 增益AV=41.66dB,&心=189.5K〃z, 2、擺率仿真 通過加入方波激勵進行測試擺率 相位裕度為89.98。，滿足指標要求。 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 Vl=0V,V2=3.3V 周期2s，占空比50% Vin- 方波 Vl=3.3V,V2=0V 周期2s，占空比50% 仿真結果如下: 73ICjO