文档介绍：目录
第1章设计目标 1
第2章相关背景知识 2
第3章设计过程 2
电路结构设计 2
主要电路参数的手工推导 3
3
3
4
计算参数验证 6
第4章电路仿真 6
8
10
13
第5章讨论 14
第6章心得体会 15
参考文献 17
第1章设计目标
设计一款折叠式共源-共栅跨导运算放大器(Design a Folded Cascode OTA),其设计指标见表1,参考电路原理图如下图所示,。
Cload
DC Gain
GBW
Vdd
Idd
3pF
40dB~50dB
300MHz
3V
Don’t Care
图: 折叠式共源-共栅跨导运算放大器
设计步骤与要点:
(DC operation point design and analysis)
假设所有的MOS管均工作在饱和区,VGS-VT=200mV,VDD=3V,
VSS= 0V,计算OTA的最大输出摆幅。
um CMOS工艺,计算和设计MOS管的尺寸,使OTA电路满足最大输出摆幅的要求。
以下数据可供设计参考
L1,2,3,4 = Lmin; Lmin= 1μm。
,对所设计的电路进行模拟仿真与设计
第2章相关背景知识
随着集成电路技术的不断发展,高性能运算放大器得到广泛应用,其性能直接影响电路及系统的整体性能。
折叠式共源共栅运算放大器具有二阶优化性能,因此设计一个实用价值的折叠式共源共栅运算放大器是非常有现实意义的。CMOS管的参数并不能通过简单的理论计算进行准确的预测,在给定的工艺条件下,理论计算出的管子宽长不考虑实际情况下工艺条件等诸多外界因素,仿真的结果会和设计指标有很大的差距。
第3章设计过程
电路结构设计
主要电路参数的手工推导
假设所有MOS管均工作在饱和区,VGS-VT=200mV,VDD=3V,VSS=0V,VT1=VT2=VT3=VT4=
最大输出幅值Voutmax=VDD-VDS4≤3-=,最小输出幅值Voutmin=VSS+VDS2+VDS3≥0++=
最大输出摆幅Vout(max)-Vout(min)=-=
输出共模电平Vout(cm)=( Vout(max)+Vout(min))/2=
GBW==300MHz
已知条件:µn=1350 cm2/Vs,µp=480 cm2/Vs,Lmin=1um,
由以上的计算得到
所有MOS管理论计算结果:
M1
M2
M3
M4
宽长比W/L
119
120
50
145
并联个数M
10
10
1
10
MOS宽度W(um)
12
50
MOS管长L(um)
1
1
1
1
注:,元件的W显然已经超过了该工艺的尺寸范围,所以对于大尺寸的M1,M2采用并联的方式满足要求,具体安排见表中数据。
小信号电路图:
计算参数验证
饱和区跨导gm=∂IDS∂VGS=WμnCoxLVGS-VT=2IDS(VGS-VT)
得
GBW===295MHz
以上验证基本符合题意
第4章电路仿真
实验要求以及计算的参数如下:
Cload
DC Gain
GBW
Vdd
Idd
3pF
40dB~50dB
300MHz
3V
Don’t Care
M1
M2
M3
M4
宽长比W/L
119
120
50
145
并联个数M
10
10
1
10
MOS宽度W(um)
12
50
MOS管长L(um)
1
1
1
1
原电路集成为一块芯片(),输入引脚有Voutp,Voutn;输出引脚有Vinp,Vinn,Vdd,Vss;作为一个符号可以画成下面的图形以方便理解。
子电路网表如下:
CMOS _Analysis *Name of project
.SUBCKT ICC VINP VINN VOUTP VOUTN VDD VSS *建立子电路
IB1 VDD 5 DC=IB0
VR1 VR1 0 150