清华07年的一份运算放大器的设计(非常详细)

1、清华大学微纳电子学系运算放大器的设计模拟集成喊路分析与设计丸作业卖絵掖告蒋明 2004011189 张诺 20030118992007年7月7日目录一. 设计指标4二. 电路结构51. 基本结构52. 扩展结构7三. 设计过程81. 选择理山82. 手工计算8四. 仿真验证121. 基本结构12I. 直流工作点12II. 静态功耗13III. 开环直流传输特性曲线14IV. 开环交流小信号增益曲线16V. 低频等效输入噪声17VI. 单位增益缓冲器卜的SR21VII. 单位增益缓冲器卜的建立时间23VIII. 带隙展准的温度持性曲线262. 扩展结构28I. 直流工作点28II. 静态功耗29

2、III. 开环直流传输特性曲线30IV. 开环交流小信号增益曲线31V. 低频等效输入噪声33VI. /位增益缓冲器卜的SR35VII.单位增益缓冲器卜的建立时间37五. 汝计总结391. 性能分析392. 收获体会41八.网单附录421. 基本结构42扩展结构45一.设计指标实验妥求设计帘仃偏进电路的两级运算放大黔.并满足参数指标如2工艺0.6pm CMOS电源电乐3V运放结构基分输入.单端输出负载电容10pFGBW>10MHz相位裕度>60°共模输入电压范閘>1V输出电压范围rail-to-rail摆率> lOV/ps开环增益>60dB表1二电路结构

3、1.荘木结构基本结构采用了标准折叠式共源共栅放人电路和PTAT基准电流源，原理图绘制如卜:1）运放电路图12）偏置电路VDCLVDCLVSS3）恒温电流源电路2.扩展结构为进一步提高电路性能，我们在标准电路结构卜做了一点扩展，增加了自举电路以提爲幵环増益。 原理图如卜：图4三设计过程1. 选择理由我们垃终选定的电路包括基本结构和扩展结构两套方案。丛本运放结构采川了单端输出的折叠 式共源典栅两级放大器，扩展结构在革本结构的准础上增加了自举电路部分，而偏置电路则均采用 了 PTAT帯隙基准结构。选抒的理山件先來门实验要求的限制一带有偏置电路的两级运算放大器以及人分输入、单 端输出的运放结构.这一限

4、制就基本将运放结构确定卜来了。考虑到设计指标对开环增益的要求， 我们决定差分电路釆用共源共栅结构，在扩展结构屮乂增加了自举电路部分以进步提咼幵环增益。 同时又由于共模输入范围要求比较大，遂采用折叠式差分结构。为增加电路稳定性，提高相位裕度，减小非主极点影响，电路中还进行了密初电容的频率补偿. 设计中将密勒电容接在第级共栅输入端和第:级共源输岀i之间，这样在反馈通路上存在一个共 栅结构，消除了频率补偿原本因前馈通路而带來的零点。标准电流源为了减小电爪源和温度等因素造成的匸作点漂移，采用了 PTAT带隙堆准结构，并 通过电流镜结构给运放提供偏置电流。简小分析一下所设计电路的优缺点：1）优点a. 输

5、入共模范用人。由于采用了 PMOS折叠式差分输入结构，输入共模范用可以做到很人, a:至可以低于地电位/ssb. 输出摆福大.第一级折叠式差分结构克服了套筒式结构的缺点，输出范用木巾就C经可以 很大.同时.仃第二级放大结构的存在.输出范I阿可以进一步增大.以达到全摆福输出c. 开环増益高共源共栅结构的输出电阳很為，如果加上自举电路部分则更进一步提高了开 环增益。同时又是网级放大，因此开环增益可以做到很高。d. 稳定性好。虽然采用了差转m结构増加了一个镜像极点，但与同时帯來的镜像零点共同作 用便得其彩响町以忽略.电路中采用了密勒补偿，提髙了相位裕度，增加了电路稳定性。2）缺点a. 功耗较人。折叠

6、式差分结构由于增加了一条支路，电源输出电流要更等一些。同时第二级 放大电路为配介频率补偿需要用加梵跨导，这也在一定程度上増加了功耗.b. 结构复杂度较高。相比于单级放大电路和简单差分结构，这里的电路结构较为毘杂，所需 的偏直电压也较多，设计起來需要考点的因索也很多。2. 手工计算 1）获取匸艺参数由F这里的T- 131 0仅提供初始值参考,进步的精细化需要在仿.完成,ifu lL 1：艺期R往H是厲流作虫的曲数卩勺此这电虚接从库辽件中读出所需的参数以供卜而的il勺,并乩忽略了所 何的二级效应。/(air/V-s)tax(m)*)(V)Kf(/zA/V2)NMOS426.041.25xl0*80

7、.728117.7PMOS 192.001.3xl0*8 1.02-51.0表22）设定荃本参数设计过程中首先设定了密勒电容值Cc =2pF o为保证全摆幅输出,M13管的过驱动电压应 该很小，因此令偏置电Jk«4=%o + O2vO92V，而苴余偏置电爪可粗略设定，通过改变相应管 子的尺寸进行细调.这甲.设定；1=1.8；2=1.0；3 = 2.0V3）佛定运放偏置电流汝计指标要求SR>10V/zs,考股到SR=i-.并且为留仃 淀裕度，故令19 = 50/.M10和Mil两管作为电流源，其流过的电流应足以应付大幅度输入电压的要求，故这里令I10 =In =100iiAb4）

8、确定两级跨导值5）蚀定各管尺接下来的部分就是根据MOS管电流电乐公式和跨导公式來进ifil tZ从而得到估算的宽K 比，这其屮可能要对管子的过驱动电爪进行预先假也以卜对各管尺寸进行乎工推导。Ml. 2管的尺寸:M9管的尺寸:« 60.52M10. 11管的尺寸:42.49（L 丿3K：（«-假定M12管的过驱动电压为0.3V,得到M12管的尺寸为:« 326.85 瓦（-）从而雎了 112 = 3 严=。认于是M13管的尺寸为:严 345.7K；（百-M3. 4管流经的电流I3,4 = Iio.ii- = 75ZzA*估计其源瑞电爪在0.7V左右，并考虑衬偏效甌

9、2可得到其尺寸为十 13.26役宦M5、6恃的过驱动电爪为0.25V,则其尺寸为:节 a 47.065,6K；（%s-%估计M7、8骨的源瑞电压为2.5V,并考虑村偏效应,町得到其尺寸为:2%K；（%s-W«18386) 设计标准电流源部分实验所采用的电流源结构在运放的输入端为一带隙族准电乐.记为Vref则仃表达式这里，Vref的前半部分具有负温度系数.约为-1.5mV/K,后半部分具旳止温度系数，这是由 kTf Vf = o根据阵文件，晶体管只仃pap5 pnpio和pnp20三种类型，这里选収Q1为pnp5类型，QN Q3为pnp20类型，因此n =20?=16 o注意,我们最终

10、需耍得到的并不是这个基准电压，而是R3上的基准电流Is，即目标是要使Is 具仃零温度系数.我们选用的R3模空为hr(lk),貝冇负的温度系数，因此最终得到的Vref也应 该具有负温度系数，才可以保证Is在工作点具有零温度系数。由这里涉及许多经验模型，较为复杂，故垃终的参数是通过仿貞确定的。这里需要调肖的主 要是R1和R2,不断改变其比值，使得Is对温度扫描的结果在标准丁作点(25*0 具仃零温度系7) 设计电流镜偏置部分偏置电路部分的结构是根据具体所需的偏爪而设计的< 偏置电路的结构与需要偏置电压的部分 应保持结构相同，即采用电流镜结构，这样在温度上升或考阈值电压减小时二者的变化规律一致

11、。这里需要提及的是Vb2和S>3两个电压.首先根据运放屮被偏置的电路结构确定Vb2应由 PMOS电流镜偏置，Vb3hY由NMOS电流镜偏K. i(nX2 = 1.0V >%d 一2卜，故采用了原理 图中历示的偏置结构，其中M19管工作在线性区。另方而，；3 = 2V >2，故采用了原理图 中所示的偏置结构.即二极骨接法的小联。为精确得到所需的偏置电压，备管的貝体尺寸需耍在仿克中不断修改.本实验中将所冇的偏置 电丿理论所需值的偏差均调整到小于1 x 10-A/o四仿真验证1.莊木结构I.直流工作点1) TT模熨卜的备节点静态丁作电压 * operating point info

12、rmation tnom= 25.000 temp= 25.000* operating point status is all simulation time is 0 node = voltage node =vol tage node =vol tage+0:bl=1.7999 0:b2=1.0001 0:b3=2.0005+0:b4=920.0012m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=720.0657m 0:nl0=1.7020 0:nll=1.9019+0:nl2=693.7436m 0:nl3=694.1353m 0:nl4=630.768

13、6m+0:nl5=690.4886m 0:nl6=631.3224m 0:nl7=690.4710m+0:nl8=1.7554 0:n2=720.0657m 0:n3=2.2191+0:n4=1.7370 0:n5=1.7370 0:n6=2.4849+0:n7=2.4849 0:n8=2.6648 0:n9= 865.0626m+0:out=1.4986 0:vdd =3.0000 0:vss =0表32) SS模型F的各节点静态匸作电压* operating potnt informationtnom= 25.000 temp= -20.000)«c)|c * * H( H<

14、;* operating point status is all simulation time is 0.node=vol tagenode =vol tagenode = vol tage+0:bl=1.55060:b2=777.9951m 0:b3=:2.4237+0:b4=1.10810:inn =900.0000m 0:irp =900.0000m+0:nl=888.7061m 0:nl0=1.9993=1.6587+0:nl2=782.7472m 0:nl3=782.0556m 0:nl4=729.2390m+0:nl5=778.6760m 0:nl6=729.6022m 0:nl

15、7=778.6555m+0:nl8=2.05460:n2=:888.7061m 0:n3=2.4348+0:n4=1.4S050:n5=1.4805 0:n6=2.5040+0:n7+O:out=2.5040 0:nS=1.5112 0:vdd=2.6761 0:n9= 1.0533=3.0000 0:vss= 0.表43) FF模型卜的各节点静态I：作电爪* operating point informationtnom= 25.000 temp= 80.000* operating point status is all simulation time is 0. node = volta

16、genode =vol tagenode =vol tage+0:bl=2.0707 0:b2=1.2781 0:b3=1.5444+0:b4=717.9975m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=554.4140m 0:nl0=1.3526 0:nll=2.1653+0:nl2=573.5976m 0:nl3=575.1540m 0:nl4=507.2145m+0:nl5=571.8883m 0:nl6=508.0586m 0:nl7=571.8743m+0:nl8=1.4056 0:n2=554.4140m 0:n3=1.9801+0:n4=2.02

17、17 0:n5=2.0217 0:n6=2.4870+0:n7=2.4870 0:n8=2.6672 0:n9= 663.9822m+0:out=1.5940 0:vdd =3.0000 0:vss =0«5II静态功耗1) TT模空卜的各电爪源输出电流及功耗 * voltage sourcessubcktelementvolts0:vdd0:vss0:vinl 0:vin23.00000.900.0000m 900.0000mcurrent2.1240m2.1240m0.0power6.3719m0.00wattstotal voltage source power dissipa

18、tjon= 6.3719m2) SS模型卜的各电爪源输出电流及功耗 * voltage sourcessubcktelement O:vdd O:vss O:vinl 0:vin2volts 3.00000900.0000m 900.0000mcurrent 2.0593m2.0593m00power 6.1780m00.0.wattswattstotal voltage source power dissipat)on= 6.1780m表73) FF模醴卜的乞电压源输出电流及功耗 * voltage sourcessubcktelement 0:vdd 0:vss 0:vinl 0:vin2

19、volts 3.00000900.0000m 900.0000mcurrent -2.05S9m2.05S9m00.power 6.1767m0.0.0total voltage source power dissipat)on= 6.1767m表8III. 开坏直流传输特性曲线1) TT模粮卜的开坏氏流传输待牲曲线W0 6 -OS044342600Oi020304060607VOITS(Y1图5从图中得到，运放的最高输出电平为2.9608V,巌低输出电平为10.772nV可以认为该运放做 到了全摆幅输出.2) FVT分析得到的不同模空间对比图5小000 voiTg图6其中，SS模型的垃尚输出

20、电平为2.9589V,报低输出电平为10.1982： FF模型的显高输；11电 平为2.9655V,最低输出电平为i90.9SnVoIV. 开坏交流小信号增益曲线1) TT模型卜的开环交流小信号增益曲线图7从图中得到,TT模教下的开环增益为95.422dB, 3dB苒宽为1187.3H乙 从而增益带宽积为GBW = io95422/20 x 1187.3Hz « 70.09MHz.相位裕度为 180°-102.74° = 77.26°。2) SS模型下的开环交流小倍号増益曲线从图中得到.SS模型下的开环增益为99.766dB, 3dB带宽为775.61H

21、乙 从而增益带宽积为GBW = 10"766,20 x775.61Hz« 75.50MHz o 相位裕度为 180°-101.86°= 7&14。°3) FF模型卜的开环交流小信号增益曲线1(HZ)图9从图中得到,FF模型下的开环增益为87.829dB, 3dB帝宽为2599.6H乙 从而增益带宽积为GBW = 1OS7S29,2OX 2599.6Hz « 64.03MHz 相位裕度为 180°-99.68°= 80.32°«V. 低频等效输入噪声 1) TT模熨卜等效输入、输出噪山的功

22、率密度分布曲数CH萨0曲。強lip图10(更虽5*22） TT模型卜等效输入、输出噪声的功率累枳分布换数10(310001O10 Okd;空-&£>£6Z_将各频点对应的等效输入、输出噪声的功率密度分布列表如卜:Freq(Hz)1.000010.0000100.00001.0000k10.0000k%v/辰）24.8035n24.8035n24.8035n24.8035n24.S035njv/辰）393.0553U393.0416u391.6751U300.9237u46.4491U表9将各频点对应的等效输入、输出噪声的功率累积分布列衣如F：Freq(Hz)1

23、.000010.0000100.00001.0000k10.0000kYun(V)074.4105n246.7918n783.9636n2.4802UKoat(V)01.1792m3.9062m11.3283m16.3368m表103) FVT分析得到的等效输入噪声的功率密度分布两数对比图619615214-U缸畑6M4 73 柯744 "2T44 r374aT44 6?>/A<AJAVWACWfyVM*y-fVXA二 bcAcfxoh)744 737占1010OQHKZ)1OaearfinowT<0iV.SQnHO l|KO图12图中从上到卜依次是TT模型、SS模

24、型和FF模型。FVT分析得到的等效输入噪声的功率累积分布西数对比图宇2建A*0H)2 1FlKZ)刃”：rt eg b m?& sp it<0)iXmeV/xjURrMn f|HQiH3BrV/nrtHrVtt)f|Hf) 绚"g 厦 nm“(vi8gl10.01CK100 01(K?)0O图13图中从上到卜依次是TT模型、SS模醴和FF模吃。4) FVT分析得到的等效输出噪川的功率密度分布更数対比图SpPt-£-三d)oeogabcH asrVrtHn riH£>MH2)图14图中从上到卜依次是TT模熨、SS模熨和FF模熨。5) FVT分析得

25、到的等效输出噪声的功率累积分布隨数对比图yM&wg20 OmtsOritIOm5.0n0020 0mItOmS.Ora002.0e9nmS.Ow50( meg (°r u n e oo F2北W刃朝rXt) tq gt( ”)(”cm ouvw “oiasrVrtqiHrm) r<q 債枫 meg ("a 论.OufinmOI10 100 1000 16UH?)、O500图15图中从上到卜依次是TT模熨、SS模型和FF模世。VI.单位增益缓冲器卜的SR1) TT模空卜测杲摆率的输入、输出信号波形5阿图16上图为输入大福度脉冲信号的波形，卜图为相应的输出波形。2

26、) TT模型卜单位增益缓冲器卜的SR图17从图中得到.SR+=18012V/“j. SR-=88827V/s。3) SS模熨卜单位增益缓冲器卜的SR20.5p*G(V)側S 10fin_ 一(Vrtl 1(H0E r»QE)QQMwrium 17J®yn-cgO0t*egMnm<n: -60 7?6n-eg«00req1 11VVV1V100 2Sq仏1312 SaU l7Su 23 Siu Xu "仇 Xu XSu37fiu 40«iCW图18从图屮得到 SR+= 17.197V/烬，SR= 80.726V/烬。4) FF模吃卜沖位增益

27、缓冲器卜的SRCH萨00l/axrunr 1 7SBur-og1 OOf1 1OO仇Z1316u l?6u 23 &轨岳 a2"v g XSw 血 B 削 40图19从图屮得到，SR+= 17.559V/zs SIT = 87.517V/烬。VII.单位増益缓冲器下的建立时间1) TT模型下测员建立时间的输入、输出信号波形20M IWIWP)图20上图为输入小摆福信号的波形,卜图为相应的输出波形。2) TT模型卜"位增益缓冲器输出信号上升阶段的建立防间从图屮得到.单位增益缓冲器输出信号上升阶段的建立时间为10.212-9.99 = 0.222/zs °3)

28、 TT模空卜单位増益缓冲器输出信号卜降阶段的建立防间图22从图屮得到.单位增益缓冲器输出佶号卜降阶段的建立时间为30.283-29.99-0.293/zSo4) FVT分析得到的输出信号上升阶段的建立时间対比图GdpMZV1SS 20010|»05'301411IiQiw103«1Q4U105uIIS)图23从图中得到.SS模型卜单位增益缓冲器输岀信号上升阶段的建立时间为0.234ps> FF模盘卜单 位增益缓冲器输出信号上升阶段的規立时间为0.213pso5) FVT分析得到的输出信号卜降阶段的建工时间对比图20(VI 1 佝Vln)15dQ262<j

29、20A"叫 I $81供隔1 W»|A00Cd 披GflO5*X>36i13Q 钊一 05'XQIi0030iv82e303-30Su30530b图24从图中得到,SS模型F单位增益缓冲器输出信号F降阶段的建立时间为0.282ms, FF模型卜冲. 位增益缓冲器输出信号卜降阶段的建立时间为0.272JJS。VIII.带隙葺准的温度特性曲线1）帯隙基准电压的温度持性曲线5萨0图25从图中得到,所获得的帯隙曲F：电爪的确被设计为了具仃 兀的负温度系数，在这里是3.02K1, 与所选取的电阻模空的温度系数基本一致。2）带隙基准电流的温度特性曲线 上图为基准电流源的温

30、度特性，卜图为其温度系数温度曲数关系图。通过不断调整参数，该墓准 电流源在正常丁作环境卜(25D 的温度系数恰好为零.输出电流为10pA>Gdp*'O(A|图262.扩展结构I. 直流工作点1) TT模型下的各节点静态工作电压* operating pont informationtnom= 25.000 temp= 25.000* operating point status is all simulation time is 0.node = voltage node =vol tage node =vol tage+0:bl=1.7999 0:b2=2.4849 0:b3=

31、720.0638m+0:b4=920.0012m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=700.3145m 0:nl0=1.7020 0:nll=1.9019+0:nl2=693.7436m 0:nl3=694.1353m 0:nl4= 630.7686m+0:nl5=690.4SS6m 0:nl6=631.3224m 0:nl7= 690.4710m+0:nl8=1.7554 0:n2=700.3145m 0:n3=2.2189+0:n4=1.7376 0:n5=1.7376 0:n6=2.4750+0:n7=2.4750 0:n8=879.6977m 0

32、:n9=1.9435+0:ol=1.9749 0:o2=1.9749 0:o3=988.0119m+0:o4=988.0119m 0:out=1.4712 0:vdd=3.0000+0:vss=0.表ii2) SS模空卜的各节点静态匸作电压* operating point informationtnom= 25.000 temp= -20.000* operating point status is all simulation time is 0.node=vol tagenode =vol tagenode =vol tage+0:bl=1.55060:b2=2.4915 0:b3= 6

33、99.7390m+0:b4=1.10810:inn =900.0000m 0:irp =900.0000m+0:nl=678.2189m 0:nl0=1.9993 0:nll=1.6587+0:nl2=782.7472m 0:nl3=782.0556m 0:nl4=729.2390m+0:nl5=778.6760m 0:n 16=729.6022m 0:nl7=778.6555m+0:nl8=2.05460:n2=:678.2189m 0:n3:=2.4330+0:n4=1.4S300:n5=1.4830 0:n6=2.4839+0:n7=2.4S39 0:nS:=651.0548m 0:n9

34、=2.0988+0:ol=2.1520 0:o2=2.1520 0:o3=755.5837m+0:o4=755.5837m 0:out=1.3797 0:vdd=3.0000+0:vss=0.表123) FF模型卜的各肖点静态工作电压* operating point informationtnom= 25.000 temp= 80.000* operating point status is all simulation time is 0.node = voltage node =vol tage node =vol tage+0:bl=2.0707 0:b2=2.4983 0:b3= 7

35、11.3924m+0:b4=717.9975m 0:inn=900.0000m 0:inp=900.0000m+0:nl=694.1423m 0:nl0=1.3526 0:nll=2.1653+0:nl2=573.5976m 0:nl3=575.1540m 0:nl4=507.2145m+0:nl5=571.8883m 0:nl6=508.0586m 0:nl7=571.8743m+0:nl8=1.4056 0:n2=694.1423m 0:n3=1.9818+0:n4=2.0204 0:n5=2.0204 0:n6=2.4856+0:n7=2.4856 0:n8=1.1672 0:n9=1.

36、7344+0:ol=1.7250 0:o2=1.7250 0:o31.2743+0:o4=1.2743 0:out =1.6471 0:vdd =3.0000+0:vss=0.表13II. ®态功耗1) TT模壁卜的孑电压源输出电流及功耗* voltage sourcessubcktelement 0:vdd 0:vss 0:vinl 0:vin2volts 3.00000.900.0000m 900.0000mcurrent 2.1659m2.1659m00.power 6.4977m0.00.total voltage source power dissipatjon= 6.49

37、77m watts表142) SS模型卜的各电爪源输出电流及功耗 * voltage sourcessubcktelement0:vdd0:vss0:vinl0:vin2volts3.00000.900.0000m900.0000mcurrent-2.0919m2.0919m0.0.power6.2756m0.00total voltage source power dissipation= 6.2756m watts表153) FF模熨卜的各电爪源输出电流及功耗 * voltage sourcessubcktelement0:vdd0:vss0:vinl0:vin2volts3.00000.

38、900.0000m900.0000mcurrent2.1062m2.1062m00.power6.3185m0.00.total voltage source power dissipatjon= 6.3185m watts表16III. 开坏直流传输特性曲线PVT分析紂到的开环直流传输持性曲线对比图(V) vot 哄)图27从图屮得到.TT模型的最高输出电平为2.961V,垠低输出电平为10.762nV； SS模型的最高输 出电平为2.959V,最低输出电平为10.198nV： FF模型的最高输出电平为2.9657V,垠低输出 电平为124.72nV>IV. 开坏交流小信号增益曲线1)

39、 TT模型卜的幵坏交流小信号增益曲线5肿o1|HZ)图28从图中得到.TT模型下的开环增益为139.05dB, 3dB苛宽为14.945H乙 从而增益带宽积为GBW = io139Q5,2°xl4.945Hz«133.97MHz.相位裕质为 180°-107.65° = 72.35°O2) SS模型卜的开环交流小信兮増益曲线图29从图屮得到.SS模盘F的开环增益为144.OdB. 3dB带宽为8.6923Hz.从而增益带宽积为GBW = 101440/20 x&6923Hza 137.76MHz .相位裕股为 180°-107

40、.74°= 72.26°o3) FF模型卜的开环交流小信号増益曲线1IHZ)图30从图中得到,FF模型下的开环增益为131.18dB> 3dB带宽为35.736H乙 从而增益带宽积为GBW = io13118,20x35.736Hz«129.45MHz.相位裕度为 180°-106.71° = 73.29°OV. 低频等效输入噪声1) FVT分析得到的等效输入噪声的功率密度分布旳数对比图5陀图31一 gfrxrA2) FVT分析得到的等效输入噪声的功率累积分布阪数对比图图32¥-ysT>s-oz- >MOM

41、RT分析得到的等效输出噪声的功率密度分布函数对比图5P&图33三M24)FVT分析得到的等效输出噪川的功率累枳分伯函数对比图02亨CIS50 Om0100心ng (Mogoumo “OiyM&wgOn00lOCQ UK?)MOm19 Oh图34VI单位增益缓冲器下的SR 1) TT模空卜沖位増益缓冲器的SRWjorumSrtB00,讯12 5UI75u-7 5qBE Z")PAntH5 Q<l3rr«9S 35从图屮得到.SR+= 18.328V/朋 SR-= 63.41W/So2) SS模型卜单位增益缓冲器的SR OOrFgOOl?5uE，4g23M

42、)图36Mnmun： 394rreg从图中得到.SR+= 17.563V/“s SR" = 59.462V/So3)FF模吃卜单位增益缓冲器的SR5E<v)i(e>图37从图屮得£h SR+= 17.832V/zs, SR_ = 59.165V/少。VII.单位增益缓冲器F的建立时间 1) NT分析得到的单位增益缓冲器输出信匕上升阶段的建立时间对比图5叫图38从图中得到，TT模型卜单位增益缓冲器输出信号上升阶段的建立时间为0.200ps. SS模些卜单 位增益缓冲器输出借号上升阶段的建立时间为0.239ms, FF模空卜单位增益缓冲器输出佶号上升 阶段的建立时间

43、为0.183MSO2) FVT分析紂到的单位增益缓冲器输出伫号卜降阶段的建立时间刘比图图39从图中得到.TT模型卜单位増益缓冲器输出信号下降阶段的建立时间为0.176ms. SS模型卜单 位増益缓冲器输出信号卜降阶段的建立时间为0.175|js, FF模型卜申位增益缓冲器输出信号卜降 阶段的建立时间为0.216ms«五.设计总结1.性能分析现将以上各电路结构的仿貞结果进彳j:汇总，得到如卜的参数特性农:1）甚本结构性能参数设计指标TTf 25rssf 2orFF, 809开环増益>60dB95.422dB99.766dB87.829dB增益带宽积> 10MHz70.09M

44、Hz75.50MHz64.03MHz相位裕度>60°77.26°78.14°80.32°共模输入范围1>1V>1.4V>1.4V>1.4V输出摆幅rail-to-rail2.961V2.959V2.966V等效输入噪声2-2.48pV2.38pV2.67pV摆率'> 10V/ps18.012V/ps17.197V/ms17.559V/|js88.827V/PS80.726V/ps87.516V/|JS建立时间°0.222ps0.234ps0.213ps0.293ms0.282ps0.272|js宜流功

45、耗6.3719m W6.1780m W6.1767mW« 172）扩展结构性能参数设计指标TT, 25rss, -2orFF, 809开环增益>60dB139.05dB144.0dB131.18dB增益带宽积> 10MHz133.97MHz137.76MHz129.45MHz相位裕度>60°72.35°72.26°73.29°共模输入范围床>1V>1.4V>1.4V>1.4V输出摆幅rail-to-rail2.961V2.959V2.966V等效输入噪声*-2.49pV2.40pV2.75|jV摆 &#

46、187;*> lOV/ps18.328V/PS17.563V/ps17.832V/ms63.413V/ps59.462V/ps59.165V/ps建立时间*-0.200ps0.239ps0.183ps0.176ps0.175ps0.216ps这里的测站 川併未在仿真测试中写出.此处简述如下。不断改变输入共模电爪.进行静态工作点的仿. 如果結果衣明所仃管了均止常工作.则此电压处于允许的输入范国内。曲此即町确定共模输入范I乩2这里的等效输入噪声为枳分至10kHz的结果。3这里的测试结果毎栏分为阿行第 行对应上丿1仁1；的止摆率SR，笫二行对应卜降伉弓的负找率SR这里的测试结果孑为两行第fj对

47、应上升倍号的建立时间.第二行对应下降倍号的建立时紳6.4977mW表186.2756mW6.3185mW2.收获体会模拟集成电路分析与设计，顾名思义，是一门实践性亏设计性都很强的一门课。虽然我们在平 时学习的人參是厉本上的理论知识，但是只仃当这些知识融入到实际应用屮去才方显其价值。通过 这一次的project,我们深切地感受到了这一点.一次嫁介件的仿"实於需要我们将所学儿乎所 仃方面的知识点紧密地结介在一尼，在实践中不断考虑各伸彩响I大1素，分析各种解决办法。这对F 训练我们的工程索养是大有裨益的！竝然仿真在整个project中占了主体地位，然而前期的手工计笄绝对不是可冇可无的。我们

48、在 确定匚艺参数时,在优化电路性能时,一定要是有的放矢的。如果没何前期的手工计算,而是完全 门丨1地修改参数，那么结果无疑是要失JR的.而手工计算則不验了我们的理论水平和细心程度。在 实验过稈中，我们也发生了若次因为某个指标估算裕度不够，或某次计算发牛错谋而导致辛苦了 半尺的结果要推倒巫來，这对于本来时间压力就很大的我们来说算是不小的打击了，因为往往一次 重新计算就意味着-两个小时的时间,如算上仿真的时间則可能更多.可是,我们依然认为这样的 挫折是必要的。不经历风厲，怎么见彩!1!?病苦的过程往往是耕煌结局的通行证，所以我们无怨无通过这次project我们自身对模拟电路设计“折衷”的思想也冇了

49、更深一步的体会.乞个电 路模块Z间是相互影响、相互制约的。提高开坏增益往往总味着3dB带宽的卜降，稳定性的提高 又常常是以增益带宽积卜降为代价。摆率、功耗、速度、而积各种指标彼此之间形成一个网状, 谓“牵一发而动全身”.所以，我们在设计过程当中，要明确冃标，先抓住关键因素，同时兼 顾各项指标。一次成功的概率也许很小，但进一步的分析旬修止，日标一定会离我们越來越近。放后，衷达一下我们对老师、助教以及周围同学的致谢。感谢老师这个学期精彩的讲课，感谢 助教一直以来的敬业，也感谢周围同学平时给予的帮助。在以后的学习过稈中，我们会更加努力！六.网单附录1.基本结构Title Operational Am

50、t.lib "h06mi xddct02v24.lib" tt.lib "h06mixddct02v24.lib" resistor.unprot.temp 25.option list post node *Fo|decl cascode OTA with 2nd stage*Mln2inp n3vdd pmos w=35u l = luM2nlinn n3vdd pmos w=35u l = luM3n5b3nlvss nmos w= 1 lu l = luM4n4b3n2vss nmos w=l lu l = luM5n7n5vdd vd