CMOS模拟集成电路第14章—振荡器
CMOS 模拟集成电路课件完整
VTHN VTHN0
2qsi Na Cox
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
.op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe
*model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7
.end
Systems
Ch13 开关电容电路
Ch14 DAC/ADC
complex Ch10 运算放大器 Ch7 频率响应
Ch11 稳定性和频 率补偿
Ch8 噪声
Ch12 比较器 Ch9 反馈
Ch3 电流源电流镜 simple Ch4 基准源 Circuits
Devices
Ch5 单级放大器 ch2 MOS器件
*Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
设计
属性/规范
系统/电路1
系统/电路2 系统/电路3
……
一般产品描述、想法 系统规范要求的定义
系统设计 电路模块规范定义
电路实现 电路仿真
否
是否满足系统规范
是 物理（版图）设计
物理（版图）验证
寄生参数提取及后仿真
否
是否满足系统规范
模拟CMOS集成电路设计：震荡器
為了在溫度和製程變化下能確保振盪出現，一般來說我 們選擇迴路增益至少為所需值的二或三倍。
類比CMOS積體電路設計 第十四章 振盪器
682
振盪回授系統
振盪回授系統的不同觀點。
類比CMOS積體電路設計 第十四章 振盪器
683
例題 14.1
益可被導出為
A0
1
1
OSC 0
2
那就是說A0=√2。如預期地，此數值比三級環形振盪器還小。
類比CMOS積體電路設計 第十四章 振盪器
695
例題 14.3〈續〉
答： 利用每級 45o 相位偏移，振盪器提供了四個相位及其互補組態。如圖 14.16所示。
類比CMOS積體電路設計 第十四章 振盪器
696
例題 14.4
維持於飽和區時，我們得到 ISSRP≦VTH，也就是在每個汲極之峰對峰振
幅不可超過 VTH。
如何決定最小供應電壓呢?如果 VDD 被降低時，在每個差動對之共 源極節點電壓會下降，如圖14.17(a)之 VP，且最後會驅使繼承電晶體進 入三極管區。因此我們必須計算最差情況之 VP 值，注意 VP 的確隨時間 變化，因為當輸入差變大時，M1 和 M2 所攜帶之電流不同。
答：
如果每級電路增益比 2 大，則振幅會成長直到每個差動對遇到完全的切 換，那就是說直到 ISS 在每半個週期中完全被導入其中一邊。所以在每 個節點之振幅為 ISSR1，從圖14.12之波形來看，我們也觀察到每級電路 都在一部份週期中位於其高增益區中(舉例來說當 |VX－VY| 很小時)。
類比CMOS積體電路設計 第十四章 振盪器
691
CMOS模拟集成电路设计
CMOS模拟集成电路设计CMOS模拟集成电路是一种基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现的集成电路，主要用于设计和制造各种模拟电路，如运放、滤波器、振荡器、功率放大器等。
本文将介绍CMOS模拟集成电路设计的原理、方法和相关技术。
CMOS模拟集成电路的设计原理是基于CMOS技术中的n型和p型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS和PMOS)。
这两种晶体管互补工作在导通和截止之间，通过改变栅极电压来控制电流的流动。
此外，CMOS技术还使用了源沟道结构和金属氧化物半导体(MOS)的结构特性，以提供可靠的电流和电压增益。
CMOS模拟集成电路设计的方法涉及到几个关键的步骤。
首先，设计师需要进行电路架构设计，确定电路所需的功能和性能指标。
然后，根据电路的需求，设计师需要选择和设计适当的基本电路单元，如差分放大器、共源共极放大器等。
接下来，设计师需要利用各种仿真工具对电路进行模拟和验证，以确保电路的稳定性和可靠性。
最后，设计师需要进行版图设计和布线，生成最终的集成电路布局。
在CMOS模拟集成电路设计过程中，设计师需要考虑到多种因素。
首先，设计师需要选择适当的工艺和器件参数，以满足电路性能和功率需求。
其次，设计师需要进行功耗和噪声分析，以优化电路的能耗和信号质量。
此外，设计师还需要考虑温度和工作条件下电路的性能稳定性。
CMOS模拟集成电路设计中的一项重要任务是电路的性能评估和优化。
设计师可以使用各种技术和工具来提高电路的性能，如电流镜设计、电源抑制技术、反相器结构优化等。
此外，设计师还可以通过器件和工艺的改进来提高电路的性能。
总结起来，CMOS模拟集成电路设计是一项复杂的任务，需要设计师具备深厚的电路和器件知识，以及熟练的仿真和设计工具的使用。
通过深入理解电路原理和方法，设计师可以设计出高性能和可靠的模拟集成电路。
在未来，随着CMOS技术的不断发展和改进，CMOS模拟集成电路将在各种应用领域发挥越来越重要的作用。
模拟电路振荡器
模拟电路振荡器振荡器是一种电子设备，能够产生连续的周期信号。
它在无线通信、计算机科学、音频设备等众多领域中起到重要作用。
本文将介绍模拟电路振荡器的原理、分类以及应用。
一、振荡器原理振荡器的基本原理是通过正反馈回路实现信号的自激振荡。
它包括振荡电路和反馈网络两部分组成。
振荡电路是指产生振荡信号的核心部分，常用的有RC振荡器、LC振荡器和晶体振荡器等。
其中，RC振荡器利用电容和电阻的组合构建振荡回路，LC振荡器则利用电感和电容的组合实现振荡。
晶体振荡器则借助石英晶体的特性来产生稳定的振荡信号。
反馈网络则是将一部分输出信号返回到振荡电路的输入端，以增强信号的幅度并使振荡持续下去。
常见的反馈网络包括电阻反馈、电感反馈和晶体反馈等。
二、振荡器分类根据振荡器输出信号的波形，振荡器可以分为正弦波振荡器、方波振荡器和脉冲振荡器等不同类型。
1. 正弦波振荡器正弦波振荡器能够产生幅度恒定、频率稳定的正弦波信号。
常见的正弦波振荡器有Wien桥振荡器、Colpitts振荡器和Hartley振荡器等。
它们的不同之处在于反馈网络的构成和工作原理。
2. 方波振荡器方波振荡器能够产生占空比为50%的方波信号。
其中，多谐振荡器和施密特触发器是常见的方波振荡器，它们利用多谐波分析和触发器的特性来生成方波信号。
3. 脉冲振荡器脉冲振荡器能够生成宽度小于周期的脉冲信号。
常用的脉冲振荡器有双稳态多谐振荡器和单稳态多谐振荡器等。
它们通过电容充放电的方式来生成脉冲信号。
三、振荡器应用振荡器在各个领域中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用示例：1. 通信系统中的局部振荡器：在无线电、电视和手机等通信系统中，振荡器被用于产生高频信号，以实现信号的调频和解调。
2. 时钟电路：计算机、数字电子设备和集成电路中都需要时钟信号来同步各个部件的工作。
振荡器作为时钟电路的核心元件被广泛应用。
3. 音频设备：振荡器作为音频发生器被用于产生各种音调和声音效果，应用于音乐合成器、音频合成器等音频设备。
第14章版图设计基础(半导体集成电路共14章)讲解
AHDL
SPECTURE
逻辑图
寄存器传输级 描述 寄存器传输级 模拟与验证
综合 逻辑模拟 与验证
DC modelsim
SPICE/ SPECTURE
电路图
电路模拟 与验证
版图生成
CADENCE的Virtuso
APOLLO(自动)
版图几何设计规则和 电学规则检查
同右
网表一致性检 查和后仿真
4.PAD单元
PAD单元部分包括： （1）绑定金属线所需的 可靠连接区域 （2）ESD保护结构 （4）与内部电路相连的 接口 （3）输入、输出缓冲器
（1）绑定金属线所需的可靠连接区域
（2）ESD保护结构 ESD:ElectroStatic Discharge
输入I/O栅保护电路
其余ESD保护电路见P397
Dog Bone
接触孔 ：
CON.1 最大/最小接触孔尺寸 CON.2 接触孔最小间距 CON.3 CON.5 扩散区的接触孔与边沿的距 离 多晶硅栅上的接触孔到多晶 硅栅边界的距离 0.40x0.40
CON.5 CON.2 CON.3 CON.1 CON.6 CON.5 Legend Comp Poly 2 Contact
PAD 3.13 PAD.3.14
M3
Via2
M2
via1
M1
键合点（PAD）
PAD.1 PAD.2 PAD.3.1
宽度 间距 顶层金属四周覆盖键合点距离
70 30 2.5
说明：实际版图中的pad都是有保护电路的，且厂商会 提供经过若干次实验的电路。
二、版图设计步骤(人工)
版图检查与验证
总体版图
半导体 集成电路
模拟cmos集成电路设计知识点总结
模拟cmos集成电路设计知识点总结模拟CMOS集成电路设计是一个涉及多个学科领域的复杂课题，包括电子工程、物理、材料科学和计算机科学等。
以下是一些关键知识点和概念的总结：1. 基础知识：半导体物理：理解半导体的基本性质，如本征半导体、n型和p型半导体等。
MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）工作原理：理解MOSFET的基本构造和如何通过电压控制电流。
2. CMOS工艺：了解基本的CMOS工艺流程，包括晶圆准备、热氧化、扩散、光刻、刻蚀、离子注入和退火等步骤。
理解各种工艺参数对器件性能的影响。
3. CMOS电路设计：了解基本的模拟CMOS电路，如放大器、比较器、振荡器等。
理解如何使用SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）进行电路模拟。
4. 噪声：理解电子器件中的噪声来源，如热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等。
了解如何减小这些噪声的影响。
5. 功耗：理解CMOS电路中的功耗来源，如静态功耗和动态功耗。
了解降低功耗的方法，如电源管理技术和低功耗设计技术。
6. 性能优化：理解如何优化CMOS电路的性能，如提高速度、减小失真和提高电源效率等。
7. 可靠性问题：了解CMOS电路中的可靠性问题，如闩锁效应和ESD（静电放电）等。
8. 版图设计：了解基本的版图设计规则和技巧，以及如何使用EDA（Electronic Design Automation）工具进行版图设计和验证。
9. 测试与验证：理解如何测试和验证CMOS集成电路的性能。
10. 发展趋势与挑战：随着技术的进步，模拟CMOS集成电路设计面临许多新的挑战和发展趋势，如缩小工艺尺寸、提高集成度、应对低功耗需求等。
持续关注最新的研究和技术进展是非常重要的。
以上是对模拟CMOS集成电路设计的一些关键知识点的总结，具体内容可能因实际应用需求和技术发展而有所变化。
深入学习这一领域需要广泛的知识基础和持续的研究与实践。
第14章集成电路版图设计PPT课件
• 完成一个反相器的版图设计
2020/9/21
25
2020/9/21
26
2020/9/21
27
2020/9/21
28
2020/9/21
29
2020/9/21
30
2020/9/21
31
2020/9/21
32
版图设计中的相关主题
1. Antenna Effect 2. Dummy 的设计 3. Guard Ring 保护环的设计 4. Match的设计
2020/9/21
层次表示 含义
Nwell
N阱层
Active
N+或P+有源 区层
Poly 多晶硅层
Contact 接触孔层
Metal Pad
金属层
焊盘钝化 层
标示图
15
2020/9/21
16
2020/9/21
17
2020/9/21
Hale Waihona Puke N阱设计规则编 描 述尺
目的与作用
号
寸
1.1 N阱最小宽 (1μ0m.) 保证光刻精度和器
• 设计规则是各集成电路制造厂家根据本身的工艺特点和技术水平而制定的。 因此不同的工艺，就有不同的设计规则。
• 掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图
形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。
2020/9/21
13
版图几何设计规则
• 版图设计规则：是指为了保证电路的功能和一定的成品率而提出的一 组最小尺寸，如最小线宽、最小可开孔、线条之间的最小间距。
• 1.设计规则检查(DRC) • 2.版图寄生参数提取(LPE) • 3.寄生电阻提取(PRE) • 4.电气规则检查(ERC) • 5.版图与线路图比较程序(LVS)
第14章集成电路版图设计
度
0
件尺寸
1.2 N阱最小间 10. 防止不同电位阱间
距
0
干扰
1.3 N阱内N阱 2.0 保证N阱四周的场
覆盖P+
注N区环的尺寸
1.4 N阱到N阱 8.0 外N+距离
减少闩锁效应
P+、N+有源区设计规则
编 描 述 尺寸
目的与作用
号
2.1 P+、N+有 3.5 保证器件尺寸，
源区宽度
减少窄沟道效应
2.2 P+、N+有 3.5 减少寄生效应
生成时钟树文件
2020/1/13
调试的方法
• insert and delete buffers
• upsize and downsize cells
• change cell position
2020/1/13
布线
2020/1/13
基本布线方式
2020/1/13
布时钟
2020/1/13
生成SDF文件
2020/1/13
2020/1/13
DRC 文件
2020/1/13
共85页
7
• 第五张mask是p＋mask。 p＋在Nwell中用来定义PMOS管。
2020/1/13
共85页
8
• 第六张mask就是定义接触孔。 腐蚀SiO2到需要接触的层的表面。其次要能够 使金属接触到扩散区或者多晶硅区。
2020/1/13
共85页
9
• 第七张mask就是金属1（metal1）。 需要选择性刻蚀出电路所需要的连接关系。
2020/1/13
2020/1/13
2020/1/13
模拟cmos集成电路设计
模拟CMOS集成电路设计1. 引言模拟CMOS集成电路设计是现代集成电路设计的重要领域之一。
随着电子技术的不断发展和进步，集成电路在各个领域都有着广泛的应用，尤其是模拟领域。
模拟CMOS集成电路设计是一门综合性学科，需要掌握深厚的电路理论知识和数理基础。
本文将介绍模拟CMOS集成电路设计的基本原理、常用工具和设计流程。
2. 模拟CMOS集成电路基本原理模拟CMOS集成电路是由大量的MOS晶体管和电阻电容等元件组成的电路。
它能够处理连续变化的电压信号，具有很高的放大和处理能力。
模拟CMOS集成电路设计的基本原理包括以下几个方面：2.1 MOSFET的基本原理模拟CMOS集成电路主要采用NMOS和PMOS两种类型的MOSFET。
NMOS晶体管工作在负电压下，电子流的导通；PMOS晶体管工作在正电压下，空穴流的导通。
MOSFET的基本原理和参数是设计模拟CMOS电路的基础。
2.2 CMOS反相放大器CMOS反相放大器是模拟CMOS电路的基本模块。
它能够将输入电压放大并反向输出。
通过设计合适的电路结构和参数，可以实现不同的放大倍数和频率响应。
2.3 模拟CMOS电路的环路增益模拟CMOS电路的环路增益是指电路反馈回路的增益。
环路增益对电路的稳定性和性能有重要影响。
通过选择合适的电路结构和控制参数，可以提高电路的稳定性和性能。
3. 模拟CMOS集成电路设计工具3.1 SPICE仿真工具SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是一种广泛使用的电路仿真工具。
它能够模拟和分析模拟CMOS电路的性能，帮助设计师进行电路参数优化和性能评估。
3.2 Cadence工具套件Cadence是一套综合性的集成电路设计工具套件。
它包括了原理图设计、布局设计、电路仿真和物理验证等模块，可以实现从概念到最终产品的全流程设计。
3.3 ADS高频仿真工具ADS（Advanced Design System）是一种专业的高频电路仿真工具。
第14章 TMS320F2407应用系统硬件结构 (4学时)
38
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
39
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
40
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
41
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
14.10 JTAG接口 对DSP的仿真调试和程序烧写均通过JTAG接口进行。
42
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
65
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
在进行简单I/O接口电路的设计时，一般应遵循“输入三 态、输出锁存”与总线相连的设计原则，即输入口可使 用三态缓冲器或带有三态输出的锁存器，而输出口只 能使用锁存器，否则将无法保留所送信号。
4
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
考虑电平兼容问题 LF240x/240xA DSP的工作电压3.3V，但很多外围芯片的 工作电压是5V。因此要考虑3.3V和5V电平兼容问题。 设计电原理图 采用Protel99 SE等软件进行电原理图设计，如有必要 应对原理图进行仿真。 设计印制电路板图（PCB） 在完成PCB的设计进行制板以前，如有必要还要对PCB设 计进行仿真，用以完成对信号完整性、电磁干扰、热仿 真等的功能检验。
DSP原理与应用
第14章 TMS320LF240x 硬件系统设计
14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 DSP硬件系统设计的一般步骤 TMS320LF2407A应用系统概述 TMS320LF2407A应用板布局 TMS320LF2407A应用板电源设计 TMS320LF2407A应用板存储器扩展接口 TMS320LF2407A应用板指示灯和开关接口电路 晶体振荡器接口电路 数模转换(DAC)电路 外部总线扩展接口 JTAG接口
CMOS模拟集成电路—振荡器(课堂PPT)
A1反馈固定VDS，M3和M4跟随M5的
30.05.2020导通电阻。
13
• 4.1 环形振荡器调节（续）
▪正反馈引起的延时变化 半边电路等效： I1↑→|-1/gm3,4|↓ →（ -1/gm3,4）||R1,2=R/(1-gm3,4R)↑ →fosc ↓
缺点：R1R2上的电流在控制过程中会发 生变化，输出摆幅在调节范围内变化
谐振时， Avgm1RP
接成反馈形式，谐振时，总相移等于180， 所以不能振荡
30.05.2020
10
• 3.3 交叉耦合振荡器
起振条件： 谐振时，总相移为0
gm 1RP1gm 2RP21
30.05.2020
11
• 定义
4、压控振荡器
▪中心频率 ▪调节范围ω2－ ω1
▪调节线性度
▪输出摆幅
▪功耗 ▪电源与共模抑制
15
• 4.1 环形振荡器调节（续）
▪正反馈引起的延时变化（续）
为了避免消耗了额外的电压余度， 采用电流折叠结构
30.05.2020
16
• 4.1 环形振荡器调节（续）
▪插值法改变延迟
快路径导通，慢路径关断，产生最大振荡频率； 快路径关断，慢路径导通，产生最小振荡频率； Vcont落在两极中间时，产生中间振荡频率。
LC
实际（有损）并联LC回路含电阻成份
品质因数
Q L1 RS
阻抗
30.05.2020
8
• 3.1 LC振荡回路（续）
串联→并联 在较窄的频率范围内ZS＝ZP
得到
LP
L11L1R2S22
L1
RP
L122
RS
Q2RS
谐振频率
CMOS模拟集成电路设计 拉扎维课件
.endHIT Microelectronics
26
王永生
2009-1-16
27
Байду номын сангаас
小结
用简单的模型设计（design），用复杂的模型验证 （verification）；
种类
1st 代：MOS1，MOS2，MOS3； 2nd代：BSIM，HSPICE level＝28，BSIM2 3rd代：BSIM3，MOS model9，EKV(Enz-Krummenacher-Vittoz)
目前工艺厂家最常提供的MOS SPICE模型为BSIM3v3 （UC Berkeley）
*model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7
.end
HIT Microelectronics
23
王永生
2009-1-16
MOS SPICE模型
例：采样spice进行DC分析
* DC analysis for AMP M1 2 1 0 0 MOSN w=5u l=1.0u M2 2 3 4 5 MOSP w=5u l=1.0u M3 3 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0u R1 3 0 100K
.MODEL MOSP PMOS VTO=-0.7 KP=50U +LAMBDA=0.05 GAMMA=0.57 PHI=0.8
.endHIT Microelectronics
25
王永生
2009-1-16
计算机组装维护实用教程第14章 CMOS设置
(15) Report No FDD For Windows 95(分配软驱中断)：
No：分配中断6给软驱； Yes：软驱自动检测IRQ6。 (16) Video BIOS Shadow(视频BIOS影子内存)：因为 ROM芯片的存取速度较慢，而影子内存的存取速度很快，
所以当设置为Enabled时，则允许将显卡上的视频ROM代
CMOS 设置
IDE Primary Master (第1个主盘) IDE Primary Slave(第1个从盘)
IDE Secondary Master(第2个主盘)
IDE Secondary Slave(第2个从盘)
第14章
CMOS 设置
图14–6 标准CMOS设置
第14章
CMOS 设置
按键盘的上下箭头选择IDE Primary Master(第1个
14.3 BIOS设置详解
Award BIOS是目前兼容机中应用最为广泛的一种 BIOS，但由于其信息全为英文，且需要用户对相关专 业知识有较深入的理解，所以有些用户设置起来感觉 困难很大。下面我们将以Award BIOS设置为例，详细 叙述BIOS设置中的各项功能。 当开机时，提示按DEL键进入BIOS设置，出现 BIOS设置程序主菜单，如图14–2所示，其中文界面如 图14–3所示。
基于集成电路构成的振荡器详解
基于集成电路构成的振荡器电路在电子线路中，脉冲振荡器产生的CP脉冲是作为标准信号和控制信号来使用的，它是一种频率稳定、脉冲宽度和幅度有一定要求的脉冲。
这种振荡器电路不需要外界的触发而能自动产生脉冲波，因此被称为自激振荡器。
一个脉冲波系列是和这个脉冲的基本频率相同的正炫波以及许多和这个脉冲基本频率成整数倍的正炫波谐波合成的，所以脉冲振荡器有时叫做多谐振荡器。
用集成电路构成的振荡器比用分立元件构成的工作要可靠的多，性能稳定。
本电路汇编了用各种集成电路构成的大量振荡器电路。
供读者在使用时参考。
-、门电路构成的振荡电路1、图1是用CMOS与非门构成的典型的振荡器。
当反相器F2输出正跳时，电容立即使F1输入为1，输出为0。
电阻RT为CT对反相器输出提供放通电路。
当CT放电达到F1的转折电压时，F1输出为1，F2输出为0。
电阻连接在F1的输出端对CT反方向充电。
当CT被充到F1的转折电压时，F1输出为0，F2为1，于是形成形成周期性多谐振荡。
其振荡周期T=2。
2RtCt。
电阻Rs是反相器输入保护电阻。
接入与否并不影响振荡频率。
2、图2是用TTL的非门构成的环形振荡器。
三个非门接成闭环形。
假定三个门的平均传输延迟时间都是t，从F1输入到F3输出共经过3t的延迟，Vo输出就是Vi的输入，所以输出端的振荡周期T=6t。
该电路简单，但t数值一般是几十毫微秒，所以振荡频率极高，最高可达8MHz。
3、图3是用TTL非门电路组成的带RC延时电路的RC环形振荡器。
当a点由高电平跳变为低电平时，b点电位由低边高，经门2使C点电位由高变低，同时又经耦合到d点，使d点电位上跳为高电平，所以门3输出即e点电位为低。
随着c充电电流减少，d点电位逐渐降低，低到关门电压时门3关闭，e点由低变高，再反馈到门1，使b点由高变低，d点下降到较负的电压值，保证门3输出为高。
当c放电使d点上升到开门电压时，门3打开，e点又由高变低，输出电压Vo又回复为低电平，如此交替循环变化形成连续的自激振荡。
【DOC】CMOS门电路组成的多谐振荡器结构和原理
CMOS门电路组成的多谐振荡器结构和原理一种由CMOS门电路组成的多谐振荡器如图1所示。
其原理图和工作波形分别如图2(a)、(b)所示。
图(a)中D1、D2、D3、D4均为保护二极管。
CMOS门电路组成的多谐振荡器结构图1 由CMOS门电路组成的多谐振荡器CMOS门电路组成的多谐振荡器原理为了讨论方便，在电路分析中，假定门电路的电压传输特性曲线为理想化的折线，即开门电平(V ON) 和关门电平(V OFF)相等，这个理想化的开门电平或关门电平称为门坎电平(或阈值电平)，记为V th且设V th=V DD/2。
(1)第一暂稳态及电路自动翻转的过程假定在t=0时接通电源，电容C尚未充电，电路初始状态为v O1=V OH，v1=v O2=V OL状态，即第一暂稳态。
此时，电源V DD经G1的T P管、R和G2的T N管给电容C充电，如图10.1.2(a)所示。
随着充电时间的增加，v1的值不断上升，当v1达到V th时，电路发生下述正反馈过程:这一正反馈过程瞬间完成，使v O1=V OL v O2=V OH，电路进入第二暂稳态。
(a)多谐振荡器原理图（b)多谐振荡器波形图图2 多谐振荡器原理图和波形(2)第二暂稳态及电路自动翻转的过程电路进入第二暂稳态瞬间，v02由0V上跳至V DD，由于电容两端电压不断突变，则v1也将上跳V DD，本应升至V DD+V th，但由于保护二极管的钳位作用，v1仅上跳至V DD+△V+。
随后，电容C通过G2的T P、电阻R 和G1的T N放电，使v1下降，当v1降至V th后，电路又产生如下正反馈过程：从而使电路又回到第一暂稳态，v O1=V OH，v O2=V OL。
此后，电路重复上述过程，周而复始的从一个暂稳态翻转到另一个暂稳态，在G2的输出端得到方波。
由上述分析不难看出，多谐振荡器的两个暂稳态的转换过程是通过电容C充、放电作用来实现的。
CMOS集成电路后端设计与实战
14.1静态时序分析基本流程 14.2建立静态时序分析工作环境 14.3静态时序分析实现
作者介绍
这是《CMOS集成电路后端设计与实战》的读书笔记模板，暂无该书作者的介绍。
精彩摘录
这是《CMOS集成电路后端设计与实战》的读书笔记模板，可以替换为自己的精彩内容摘录。
谢谢观看
第4章后端全定 2
制设计之标准 单元电路设计 技术
3 第5章后端全定
制设计之标准 单元电路设计 实战
4 第6章后端全定
制设计之标准 单元版图设计 技术
5 第7章后端全定
制设计之标准 单元版图设计 实战
第8章后端全定 制设计之标准 单元特征化技 术
第9章后端全定 制设计之标准 单元特征化实 战
3.1设计标准单元库的重要性 3.2标准单元设计技术 3.3标准单元设计流程 3.4标准单元设计需要的数据 3.5标准单元设计EDA工具
11.1布局布线的基本流程 11.2布局布线工作界面介绍 11.3建立布局布线工作环境 11.4布局布线实现
12.1电压降分析的基本流程 12.2建立电压降分析的工作环境 12.3电压降分析实现
第13章静态时 序分析技术
第14章静态时 序分析实战
13.1静态时序分析介绍 13.2静态时序分析基本知识 13.3串扰噪声 13.4时序约束 13.5静态时序分析基本方法
CMOS集成电路后端设计与实战
读书笔记模板
01 思维导图
03 读书笔记 05 作者介绍
目录
02 内容摘要 04 目录分析 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
实战
全定制
实战
专业
流程
技术
技术
设计
CMOS正弦振荡器设计讲解
CMOS正弦振荡器设计摘要振荡器是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）的电子元件。
其构成的电路叫振荡电路。
能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。
种类很多，按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。
广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。
本文旨在设计一种CMOS正弦波发生电路，并分析产生正弦波的条件和具体的振荡电路产生条件和原理以及关键部分的电路参数设计，并给出实验结果。
本课题的主要研究内容是设计了正弦波发生电路并对其进行了模拟仿真，最后经过模拟仿真的性能参数：开环增益80dB,单位增益带宽10MHz以上,相位裕度60度；共模抑制比80dB；输出范围-2V-2V；转换速率10V/us以上，建立时间800n以下。
满足以上性能参数的运放在振荡电路的应用中获得了良好的仿真效果。
此设计的驱动电压频率为120kHz和230kHz，输出正弦波幅度2V左右。
设计的电路基本满足本课题要求。
关键词振荡器；反馈网络；选频网络；运放电路；电路仿真AbstractOscillator are used to produce electronic signals repeat (usually is a sine wave or square wave) of electronic components. It consists of the circuit called oscillating circuit. Can convert dc frequency signal output has certain exchange of electronic circuit or device. Many species, according to the circuit structure can be divided into resistance and capacitance and inductance and capacitance oscillator oscillator crystal oscillator, tuning fork oscillator, etc.; The output waveform can be divided into sine wave, square wave, sawtooth wave oscillator, etc. Widely used in the electronics industry, medical, scientific research, etc.This paper aims to design a CMOS circuit happened sine wave, and the analysis of the specific conditions and the sine wave oscillator circuit produce conditions and principle and key parts of the circuit design parameters, and the experiment results are given.This topic is the main research contents design the circuit and its happened sine wave simulation, finally after simulation of performance parameters: open-loop gain 80 dB, units gain bandwidth 10 MHz above, the margin of the phase 60 degrees; Common mode rejection ratio 80 dB; Output-2 V-2 V; Conversion rate 10 V/us above, build time 800 n the following. Meet the performance parameters above the on the application of the oscillating circuit won the good simulation result. This design of driving voltage frequency for 120 kHz and 230 kHz, output sine wave amplitude around 2V. The circuit design basic meet this topic requirements.Key wordsOscillator; The feedback network; Frequency selective network; Amplifier; Circuit simulation目录摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1 振荡器的发展 (1)1.2课题研究的意义 (2)1.3课题研究的内容 (3)第二章振荡器简介 (4)2.1振荡器 (4)2.1.1 振荡器分类 (4)2.1.2 振荡器构成 (4)2.1.3 振荡器的应用 (4)2.2 正弦波振荡器 (5)2.2.1 正弦振荡器分类 (5)2.2.2 正弦振荡器的电路组成 (5)2.2.3 正弦振荡器的工作原理 (6)2.3 RC正弦波振荡器 (7)2.3.1 RC选频网络及其特性 (7)2.3.2 RC文氏电桥振荡电路 (9)2.4 LC正弦波振荡器 (10)2.4.1 LC并联电路的频率特性 (10)2.4.2 变压器反馈式振荡电路 (11)2.4.3三点式振荡电路 (12)2.5 本章小结 (13)第三章振荡运放设计 (14)3.1 运放简介 (14)3.1.1 运放的基本结构 (14)3.1.2 运放主要参数 (15)3.1.3理想运算放大器 (16)3.2本设计运放结构 (17)3.3尺寸设计 (18)3.4 运放仿真结果 (20)3.5本章小结 (24)第四章正弦振荡器设计 (25)4.1 电路设计 (25)4.1.1电路图 (25)4.1.2参数确定 (26)4.2 仿真结果 (28)4.3 版图 (29)4.3.1版图设计的目标 (29)4.3.2版图设计的内容 (29)4.3.3版图设计 (29)4.4 本章小结 (31)结论 (32)参考文献 (33)附录一 (34)致谢 (38)第一章绪论1.1 振荡器的发展“摆”可以说是人类历史上的第一代振荡器，这个时候的振荡器主要是用来记录时间，所以也有人把振荡器叫做时钟，第一代振荡器的出现，给人类的生活带来了质的飞跃，从此，人类有了统一的计时工具。
CMOS模拟电路基本单元
i
VGS
VT
2
rout
1 gm
7
有源电阻分压电路及并联电阻
8
三、电流源和电流沉
电流沉与电流源电路是两端元件，其电流值受栅电压控制， 和加在MOS两端的电压无关。 一般来说，电流沉的负端电压接VSS，而电流源的正端电 压接Vdd。
MOS工作在饱和区。
V VMIN Vg VTN VSS
AV g m1 RD
28
六、CMOS差分放大器
在现代模拟集成电路设计中，CMOS差分放大器是一种应用非常广泛 的子电路； 差分放大器只对两个不同电压的差进行放大而不管其共模值 ； 在CMOS差分放大器中，最严重的是电压失调，其主要由MOS晶体管 尺寸的不匹配性及工艺偏差等因素造成的； 如果将差分放大器的两个输入端连在一起，在输出端所测到的电压为 输出失调电压。如果将这个电压除以放大器的差分电压增益，所得到 的失调电压称为输入失调电压； 在实际集成电路设计中，一般将直接测到的输出失调电压称为失调电 压，CMOS差分放大器的失调电压一般为2~20mV ；
电流源输出电阻提高技术
11
电流源输出电阻提高技术——Cascode
12
四、电流镜（电流放大器）
基本原理：如果两个NMOS（PMOS）的栅源电压相同，则沟道电流 13 也相同。
NMOS基本电流镜电路及特性
（1）输出输入电流比值是MOS晶体管尺寸的比例关系，完 全由集成电路设计人员控制； （2）当NMOS处于饱和态工作时，输出电流是随着VDS2的增 14
如果输入电流保持不变，当输出电流增加时，M3的栅电压减小，抑制 输出电流增加，所以保持了输出电流的恒定性
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2013-8-4
13
VCO
• 4.1 环形振荡器调节（续）
正反馈引起的延时变化 半边电路等效： I1↑→|-1/gm3,4|↓ →（ -1/gm3,4）||R1,2=R/(1-gm3,4R)↑ →fosc ↓ -2/gm
半边等效
缺点：R1R2上的电流在控制过程中会发 生变化，输出摆幅在调节范围内变化
2 RS LP L1 1 2 2 L1 L 1
RP
2 L1 2
RS
Q 2 RS
谐振频率
1
1 LP C P
2013-8-4
9
LC振荡器
• 3.2 “调谐”电路
LC回路作负载
谐振时， Av g m1 RP
接成反馈形式，谐振时，总相移等于180， 所以不能振荡
2013-8-4
21
VCO的数学模型
5、VCO的数学模型
• 相位与频率
d dt
2013-8-4
dt 0
22
VCO的数学模型
• VCO
Vout (t ) Vm cos( out dt 0 ) Vm cos( 0t KVCO Vcont dt 0 )
2013-8-4
10
LC振荡器
• 3.3 交叉耦合振荡器
起振条件： 谐振时，总相移为0
g m1 RP1 g m 2 RP 2 1
2013-8-4
11
VCO
4、压控振荡器
• 定义
中心频率 调节范围ω2－ ω1
调节线性度 输出摆幅 功耗 电源与共模抑制 输出信号纯度： 信号抖动（Jitter）;相位噪声 2013-8-4
12
VCO
• 4.1 环形振荡器调节
改变负载 每一级中，M3M4处于线性区（三 极管区），由Vcont控制
1 Ron3,4CL
缺点：输出摆幅在调节范围内变化大
改变电流源
控制ISS改变振荡频率
固定负载管的VDS，保证输出摆幅 （ISSRon）：M5工作在线性区，通过 A1反馈固定VDS，M3和M4跟随M5的 导通电阻。
CMOS模拟集成电路设计
振荡器
提纲
提纲
• • • • • 1、概述 2、环形振荡器 3、LC振荡器 4、压控振荡器 5、VCO的数学模型
2013-8-4
2
概述
1、概述
• 振荡条件
负反馈系统
巴克豪森准则
2013-8-4
3
环形振荡器
2、环形振荡器
• 环形振荡器起振
单极点负反馈系统相移：max 270 ° 双极点负反馈系统相移：360°@∞ 三极点负反馈系统相移 环路增益
17
VCO
• 4.2 LC振荡器的调节
1 LC
反偏pn结可以当作变容二极管
保证变容二极管反偏或正偏较弱
2013-8-4
19
VCO
• 4.2 LC振荡器的调节（续）
变容二极管
N阱与衬底的电容 减小串连电阻
2013-8-4
20
VCO
• 4.2 LC振荡器的调节（续）
变容二极管 消除N阱与衬底的电容的影响 采用PMOS器件电路
1个TD
Y跳变 1个TD
Z跳变
振荡周期2NTD＝6TD
2013-8-4
7
LC振荡器
3、LC振荡器
• 3.1 LC振荡回路
理想（无损）并联LC回路
1 LC
实际（有损）并联LC回路含电阻成份 品质因数
Q L1 RS
阻抗
2013-8-4 8
LC振荡器
• 3.1 LC振荡回路（续）
串联→并联 在较窄的频率范围内ZS＝ZP 得到
H (s)
3 A0
H 0 ( s)
A0 s 1
0
arctan
osc 60 0
3
s 1 0
3
osc 3 0
3 A0 2 osc 1 0
ห้องสมุดไป่ตู้1
A0＝2
4
2013-8-4
环形振荡器
• 振幅限制
三级环形振荡器的闭环增益
分母
2013-8-4
5
环形振荡器
• 振幅限制（续）
三级环形振荡器中，A0不同时，极点情况
不起振 当A0>2时，
2013-8-4
振荡
振荡，→∞，实际 上电路经历非线性， 最终达到“饱和”
6
环形振荡器
• 反相器构成的环形振荡器
大信号工作 X跳变 1个TD
正反馈引起的延时变化（续） 为了避免消耗了额外的电压余度， 采用电流折叠结构
2013-8-4
16
VCO
• 4.1 环形振荡器调节（续）
插值法改变延迟
快路径导通，慢路径关断，产生最大振荡频率； 快路径关断，慢路径导通，产生最小振荡频率； Vcont落在两极中间时，产生中间振荡频率。
2013-8-4
剩余相位
ex KVCO Vcont dt
ex
Vcont K VCO (s) s
积分器的传输函数
2013-8-4
23
2013-8-4
14
VCO
• 4.1 环形振荡器调节（续）
正反馈引起的延时变化（续）
利用差动对，使IT=ISS+I1，保证 输出振幅为2R1,2IT
为了避免M1M2没有电流通过， 在P点增加一个小恒流源IH，以 避免因此造成振荡停止。 缺点：消耗了额外的电压余度
2013-8-4
15
VCO
• 4.1 环形振荡器调节（续）