1、 模拟集成电路设计实验报告学院：班级：学号：姓名：班内序号：实验一 :共源级放大器性能分析一、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、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制
2、曲线。 三、实验结果 1、电路图 2、幅度和相位曲线3、部分参数四、实验结果分析 器件参数： NMOS 管的宽长比为 10，栅源之间所接电容 1pF，Rd=10K。 实验结果： 由仿真结果有：gm=173u，Rd=10k，所以增益 Av=173*10/1000=1.73=4.76dB 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法。 二、实验要求 1.确定放大电路； 2.确定静态工作点 Q； 3.确定电路其他参数。 4.电压放大倍数大于 20dB，尽量增大 GBW，设计差分放大器；5.对所设计电路调试； 6.对电路性能指标进行
3、测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。三、实验原理平衡态下的小信号差动电压增益 AV 为：四、实验结果R W/L 20 25 30 35 4010K 18(1.28G) 18.6(769M) 19(646M) 19.3(711M) 19.5(640M)20K 23.7(624M) 24.2(502M) 24.6(415M) 24.9(354M) 25.1(314M)30K 26.5 26.9 27.2 27.5 27.7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，这会限制带宽的特性
4、，W/L 增大时，带宽会下降。为保证带宽， 选取 W/L=25， R=20K 的情况下的数值，保证了带宽约为 500MHZ，可以符合系统的功能特性，实验结果见下图。 1. 电路图 2. 幅频特性曲线 该图增益为 26.9Db,采用 W/L 为 25，R 取 30k，带宽约为 300M五、思考题 根据计算公式，为什么不能直接增大 R 实现放大倍数的增大？ 答：若直接增加 Rd，则 Vd 会增加，增加过程中会限制最大电压摆幅； 如果 VDDVd=VinVTH，那 MOS 管处于线性区的边缘，此时仅允许非常小的输出电压摆幅。即电路不工作。此外，RD 增大还会导致输出结点的时间常数更大。实验三：电流源
5、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、实验原理 电流镜负载的差分对传统运算放大器的输入级一般都采用电流镜负载的差分对。如上图所示。NMOS 器件M1 和 M2 作为差分对管，P 沟道器件 M4，M5 组成电流源负载。电流 0I 提供差分放大器的工作电流。如果 M4 和 M5 相匹配，那么 M1 电流的大小就决定了 M4 电流的大小。这个电流将镜
6、像到 M5。 如果 VGS1=VGS2，则 Ml 和 M2 的电流相同。这样由 M5 通过 M2 的电流将等于是IOUT 为零时 M2 所需要的电流。如果 VGS1VGS2，由于 I0=ID1+ID2，ID1 相对 ID2 要增加。ID1 的增加意味着 ID4 和 ID5 也增大。但是，当 VGS1 变的比 VGS2 大时，ID2 应小。因此要使电路平衡，IOUT 必须为正。输出电流 IOUT 等于差分对管的差值，其最大值为 I0。这样就使差分放大器的差分输出信号转换成单端输出信号。反之如果 VGS110V/us 相位裕度=60 度 VOUT 范围=-2,2V ICMR=-12V Pdiss=
7、2mW三、实验内容 确定电路的拓扑结构：图中有多个电流镜结构，M5,M8 组成电流镜，流过 M1 的电流与流过 M2 电流ID1,2=ID3,4=1/2*ID5，同时 M3，M4 组成电流镜结构，如果 M3 和 M4 管对称，那么相同的结构使得在 x， y 两点的电压在 Vin 的共模输入范围内不随着 Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图 1 所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。利用表 1、表 2 的参数COX=ox/toxK=0Cox计算得到KN=110A/V2KP=62A/V2第一级差分放大器的电压增益为：第二极共源放大器的电压增益为:第二极共源放大器的电压增益为:
8、所以二级放大器的总的电压增益为相位裕量有要求 60的相位裕量，假设 RHP 零点高于 10GB 以上因此由补偿电容最小值 2.2pF，为了获得足够的相位裕量我们可以选定 Cc=3pF考虑共模输入范围： 在最大输入情况下，考虑 M1 处在饱和区，有 在最小输入情况下，考虑 M5 处在饱和区，有而电路的一些基本指标有正的 CMR 负的 CMR 用负 ICMR 公式计算 VDsat5 由式（ 12）我们可以得到下式 如果 VDS5 值小于 100mv，可能要求相当大的(W/L)5，如果 VDsat5 小于 0，则 ICMR 的设计要求则可能太过苛刻，因此，我们可以减小 I5 或者增大(W/L)5 来
9、解决这个问题，我们为了留一定的余度我们 VIC(min)等于-1.1V 为下限值进行计算 则可以得到的 VDsat5 进而推出 四、实验原理 电路结构: 最基本的 COMS 二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。五、实验结果 1.电路布局布线4. 幅频特性曲线 由图可以看出增益为 34.4+40=74.4Db,符合要求。六、思考题 分析此类电流镜优点，并说明原因。答： 1.获得了较高的精度：在本电路中，由于电路结构特点，下方两 nmos 管（图中 1,2）的漏端注入电压相等，由此，Iout 是 Iin 的精确复制
10、，即使上方两 mos 管（图中 0,3）的输入电压发生变化，对1,2 而言，变化量近似相等，因此 Iout Iin 即通过共源共栅级屏蔽了输出电压变化的影响。 2.以降低输出摆幅为代价，提高了输出电阻：各管子均处于饱和或临界饱和的状态。七、实验分析 在本次设计中采用了密勒补偿，但在包含密勒补偿的电路中会产生一个离原 点很近的零点，位于 这是由于 Cc+CGD6 形成从输入到输出的回路。这个零点大大降低了电路的稳定性。 本次设计中我们增加一个与补偿电容串联的电阻，从而改善零点的频率,引入的电阻为RZ，零点的频率可表示为 ，将此零点移到左半平面来消除第一非主极点，满足的条件为 选定合适的 CL 与 CC，在程序中读出 gm6 的值，就可以计算出 RZ 的值。但是电阻过大会带来更大的热噪声，还会使时间常数更大，而电路的 GB 随 CC 的增大而减小，这里就涉及到电阻 RZ 电容 CC 和 gm6 的折衷。经过反复尝试，我们找到了一组比较合适的数据，其中CC=3p ， RZ=60k，GB 和电路的稳定性均比较好的达到了实验要求。
