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CMOS集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customdesigner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、设置仿真环境。4、仿真

2、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：2、幅频特性曲线：3、元件参数：电阻，Rd=10k：栅源之间所接电容，C=1pF：三极管（NMOS管）的参数，沟道宽度为10，长度为1，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，所得增益为12dB。由仿真结果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91dB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

3、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；2.画出所设计的电路，列出元件的值；3.制定出实验方案，选择实验用的仪器设备；4.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

4、建议和实验中的体会。五、实验结果（表中数据单位为dB）RW/L51020304010k7.99.610.911.411.720 k13.815.616.817.317.730 k17.31920.220.821.1六、实验截图1.电路图2. W=10， L=1， R=10K时的幅频特性曲线：3. W=40， L=1， R=30K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.

5、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)1020.220.821.4222026.426.526.827.1303030.5630.9531.35五实验截图1.电路图2. WP=5，WN=40，L=1时

6、的幅频特性曲线：3. WP=10，WN=70，L=1时的幅频特性曲线：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AVgm0,2(r02|r03)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

7、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的衬底都接地，(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（ VT1+VMAX=VT1+2Iinmax/KP1(W/L)11/2 ）;（3） 小信号输出电阻高（rout=rds21+(gm3+gmb3)rds3+rds3）;（4） 输出端最小工作电压低（ 2VMAX

8、(2V4=VT3+2VMAX) ）。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的工作状态，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MN1、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、MN2工作在临界饱和区时VDS1=VDS2=VOUTMIN/2=0.25V。为了使MN1、MN2工作在饱和区，则必须：VDSVGS2-VT22IINMAX/KP2WL2VDS2=VOUTMIN2(W/L)22IINM

9、AXKPN(VOUTMIN2)=210010-6A123.010-6A/V20.252V226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：VGS3VG3-VOUTMIN2又MN3管工作于临界饱和区，则：VGS3VD3+VT3-VOUTMIN2VT3+2IINMAXKP3WL3VOUTMIN+VT3-VOUTMIN22IINMAXKP3WL3VOUTMIN2(W/L)32IINMAXKPN(VOUTMIN2)2=210010-6A123.010-6A/V20.252V226确定（W/L）

10、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=VTN0+（2F+VSB-2F=0.6431V+0.63V1/2（0.83V+0.25V-0.83V)0.72V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：VG3=VDSB=VGSB=VTB+2IBKPBWLBIB=12(VOUTMIN+VT3-VTNO)2KPN(W/L)BIB=0.5O.5V+0.72V-0.6431V2123.010-6A/V2120UA确定沟道长度L取L=3M2.验证直流工作点（1）MNB：二极管连接确保它工作于饱

11、和区。（2）MN3：工作于临界饱和工作区。（3）MN1、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，使它们工作在过饱和区。（4）MN4：要使MN4管工作于饱和区，则：Vds4Vgs4-VT4Vd4Vg4-VT4VT1+|V|VOUTMIN而VT1=0.6431V,VOUTMIN=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，才解决了这个问题。2.心得体会