模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告(二级放大器的设计).doc

文档介绍：模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告(二级放大器的设计)
模拟CMOS集成电路设计课程设计报告
--------二级运算放大器的设计
A0=A1A2= -gmp0,1gmn2(rop1||ron1)(ron2||rop3) (5)
由于所有的管子都工作在饱和区，所以对于gm我们可以用公式
gm= (6)
进行计算；
而电阻ro可由下式计算
ro= (7)
其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L。

第一级输出节点到地的总电容Cout1
Cout1=CGDP1+CDBP1+CGDN1+CDBN1+CGSN2 （8）
第二级输出节点到地的总电容Cout2
Cout2=CDBN2+CDBP3+CGDP3+CL (9)
列出KCL方程：
（10）
（11）
联立（10）、（11）消去中间变量Vi2得电路的传递函数为
（12）
其中a=[Cout1Cout2+C0(Cout1+Cout2)]Rout1Rout2
b=Cout1Rout1+Cout2Rout2+C0(Gm2Rout1Rout2+Rout1+Rout2) (13)
由式（12）可得零点
（14）
再看式（12）分母部分，对于形如as2+bs+1=0的方程，如果有两个实根并相距很远，有s1= -c/b, s2= -b/a。由此得两个实根分别为
(15)
(16)
于是电路的主极点
(17)
而次级点
(18)
由于Cout2和C0远大于Cout1，而Cout1中主要的部分为CGSN2，Cout2中则以CL为主，经过适当近似可得单位增益带宽为
(19)
四、设计步骤：
1）原理图绘制
①根据设计好的电路图选择并添加需要的器件；
②将各个器件摆放好位置并连线；
③，CL设置成100fF，输入交流信号5uV，1MHz；
④初始设置所有管子的宽长比为50u/200n,输入直流偏置300mV；
参数调节
第一级：
①首先要保证PM2工作在饱和区，P管的阈值电压VTHP在420mV左右要保证VSGP>VTHP，要求VDD-Vb>VTHP，于是需要Vb<680mV，设置直流偏置Vb=450mV；由于PM2是作为恒流源，所以其L不能太小，设置L=600n,此时可通过仿真查看直流工作点，观察到PM2漏极电压超过1V，工作在线性区，增大PM2、PM0、PM1、NM0、NM1的宽长比，使得PM2工作在饱和区。调节的过程中发现到一定程度后再调节宽长比影响不大但并未达到要求，调节输入直流偏置至200mV，PM2工作在饱和区且流经PM2的电流大于1mA；
②调节PM0、PM1、NM0、NM1使得第一级增益在20dB左右：
第二级：
①调节电阻R0和电容C0，使第二级输出的3dB带宽大于20MHz；
同时跟踪观察相位裕量，使其大于60度，增大电容C0可以增加相位裕量；
②将PM3管L设成600n并增大其宽长比，同时减小NM2的宽长比可提高增益，调节使增益带宽都满足条件；
PM2
PM3
PM0
PM1
NM0
NM1
NM2
250u/600n
150u/600n
150u/100n
150u/100n
75u/100n
75u/100n
75u/100n
R0=250Ω
C0=300fF;
V0=450mV;
V2=200mV;
对照原理图如下：
仿真
设置好仿真参数如下：
进行仿真
仿真结果：
1）增益和带宽：
从图上可以得出最大增益>40dB，3dB带宽>20MHz,符合要求；
2）相位裕