北邮模拟集成电路报告

1、模拟CMOS集成电路设计实验报告题目：模拟CMOSI成电路设计实验学院：电子工程学院班级:2013211202姓名：学号：实验一、共源极放大器性能分析一、 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 custom designer 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

2、环境。4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。三、实验步骤1、建立工作库；2、建立单元；3、编辑电路；4、仿真。四、实验结果1、电路图：&T5?15Ml弟所2、幅频特性曲线:3、元件参数:电阻，Rd=10kQ:栅源之间所接电容，C=1pE三极管（NMOS管）的参数，沟道宽度为10 w ,长度为1 w ,宽长比为10:2V电压表的参数:3V电压表的参数:五、实验结果分析输入交流电源电压为1V,所得tf益为12dB由仿真结果有：gm=496u, R=10K所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91 dB可见，实际增益大于理论增益实验二、差分放大器设计一、实验目的1 .掌握差分放大

3、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、预习要求1根据指标要求，设计并计算电路的有关参数；3 .画出所设计的电路，列出元件的值；4 .制定出实验方案，选择实验用的仪器设备；5 .写出预习报告。三、实验内容1 .按以下指标要求，设计一个差分放大器，电压放大倍数大于20dB,尽量增大GBW；2 .对所设计的电路进行设计、调试；3 .对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析；4 .使用二极管代替电阻做负载，实现 10dB增益（选做）；5 .实验MOS管代替电阻做负载，实现30dB增益（选做）。四、实验步骤1、绘制电路图；2、粗略确定电路中元件参数；3、根据

4、要求调整元件参数；4、仿真，并生成网表；5、绘制频谱特性图形；6、电路的改进建议和实验中的体会。五、实验结果（表中数据单位为 dB）"RWl51020304010kQ7.99.610.911.411.720 kQ13.815.616.817.317.730 kQ17.31920.220.821.1六、实验截图1.电路图2. W=10p, L=1 g R=10KQ时的幅频特性曲线:3. W=40 p , L=1 p , R=30KQ时的幅频特性曲线: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

5、知道，W/L增大时，带宽会下降。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 .设计一个差分放大器，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，并对测量结果进行验算和误差分析三、实验步骤1 .绘制电路图；2 .粗略确定电路中原件参数；3 .根据要求调整元件参数；4 .仿真，并生成网表；5 .绘制频谱特性图形；6.电路的改进建议和实验中的体会四、实验结果增益(dB)W/L(NMOS)40506070W/L(PMOS)1020.220.821

6、.4222026.426.526.827.1303030.5630.9531.35五.实验截图1.电路图2.仲5p , W=40p, L=1 p时的幅频特性曲线:3, W=10w , W=70p , L=1 p时的幅频特性曲线:M本次实验是在实验二的基础上进行修改调试的，电压增益为31.35dB,电压的理论增益公式为Av =gmo,2(r0211r 03)电源电压的设计需要合适的范围，既不能太小，也不能太大。过小会使 得场效应管不能进入到饱和区，过大会使得此放大器的输出摆幅过小， 我们的电路设计中选择电源电压为 3V,可以满足实验要求。实验五：共源共栅电流镜设计一、实验目的熟悉软件的使用，了解

7、Cadence软件的设计过程。掌握电流镜的相关知 识和技术，设计集成电路实现所给要求。二、实验设计题目及要求1 .实验设计题目：低输出电压高输出电阻的电流镜设计。包括基本共源共栅电流镜设计和低压共源共栅电流镜设计。2 .实验设计要求：电流比 1:1；输出电压最小值0.5V；输出电流变化范围5100UA。三、实验内容共源共栅电流镜基本参数确定。其中：每个MOSFET勺衬底都接地，(W/L)1=(W/L)2; (W/L)3=(W/L)4;通过大信号直流工作点分析和小信号等效电路分析，可以知道该电路的特点如下：( 1) 小信号输入电阻低(1/gm1) ；(2)输入端工作电压低(Vn+AVMAX=Vr

8、i + 2Iinmax/KPl(W/L)l1/2 );( 3) 小信号输出电阻高(rout =rds21+(gm3 +gmb3)rds3+r ds3) ;(4)输出端最小工作电压低(2AVmax(2V4=Vt3+2AVmax)。1.设计变量初始估算确定 (W/L)1、 (W/L)2为了计算设计变量，我们有必要了解电路MOSFET勺工作状态，为了使输出端最小工作电压小于0.5V,令：MN3管工作于临界饱和区(即：Voutmin=Vg3-Vt3=0.5V)，而 MNi、MN2 管随着输入电流 Iin 从 5UA变到 100UA的过程中先工作在过饱和区最终工作在临界饱和区，同时令：当 MN1 、MN

9、2工作在临界饱和区时 Vdsi=VdsVoutmin/2=0.25V。为了使 MN1、MN2工作在饱和区，则必须:/WVOUTMINVdsAVGS2-VT2v2IINMAX/KP2 (-L-) 2 < VDS2= 2(W/L) 2 >2IINMAX2X 100 X 1-6 AKPN( VMN)2-123.o x 1-6 A/V 2 X 0.252V2X26确定（W/L）3、（W/L）4 从MN3管VGS3的角度来考虑问题，当Iin=100UA时，为了使MN2管工作在临界饱和区，VGS3的电压降不可以过大，即:Vgs3< VG3-VOUTMIN又MN3管工作于临界饱和区，则:V

10、GS3W VD3+ VT3-VOUTMIN2IINMAX73 +量百VOUTMINW Voutmin+Vt32IINMAX / VOUTMINvW-KP3( W-)3(W/L)3 A2IINMAX2 X 100 X 106 AKPN( VOUTMIN )2=123.0 X 1-6 A/V 2X 0.252V2X26确定（W/L） b为了节省面积和设计的方便，取（W/L） b=1确定Ib 在确定Ib前先要计算VT3,根据衬偏效应可以得到:Vt3=Vtno+ y (V2| F|+VSB- 及| F| =0.6431V+0.63/1/2 (v0.83V+ 0.25V- v0.83V) X 0.72V

11、因为MN3工作在临界饱和区，所以：VG3=VD3+VT3又MNB管工作于MOS二极管状态： -2IBVg3=Vdsb=Vgsb=Vtb+a/-WVKPB( JB一 Ib=2(Voutmin +Vt3-Vtno) 2Kpn(W/L) bIb=0.5X(O.5V+ 0.72V- 0.6431V)2 X 123.0 X10-6 A/V2 X1 X20UA确定沟道长度L取 L=3p M2.验证直流工作点(1) MNb：二极管连接确保它工作于饱和区。(2) MN3：工作于临界饱和工作区。(3) MNi、MN2:当Iin=100UA,它们工作于临界饱和区；当Iin减小时,VGS1 2减小且VDS1、2增大

12、，使它们工作在过饱和区。(4) MN4：要使MN4管工作于饱和区，则：Vds4Vgs4-VT4Vd4 > Vg4-VT4-Vti+| AV| > Voutmin而Vti=0.6431VMutmin=0.5V显然上式成立。即 MN4工作于饱和区。3.仿真验证绘制电路图，进行仿真，通过仿真结果进行参数调整。四.实验结果1.电路图2.电阻参数:实验总结：1 .实验中遇到的问题及解决方法：元件参数的设置：实验过程中，电路图可以按照实验讲义的提示进行 搭建，但是元件的参数需要自己进行设定，刚开始时选择的参数范围不 合理，导致实验结果达不到实验要求，后来通过查阅资料和笔记以及经 过助教的提醒，选择了合适的参数范围，完成了实验要求。MOS管命名不正确：NMOS4和PMOS4初始名字与仿真库不同，导致仿真报错。这个问题困扰了我们好一阵子， 以为是哪一步操作有误， 甚至还重新做了一遍实验，但是还是解决不了，后来经过出现过相同问题的同学提醒，在一开始选择MOS管时就把参数和名称设置好，才解决了