CMOS集成电路电流源负责的差分放大器

目录必做项目：与非门电路的设计

一设计目的与指导

二设计及过程分析

三结果分析

四体会

五任务分工

选做项目：电流镜负载的差分放大器设计

一设计目的与要求

二设计及过程分析

三结果分析

四体会

五任务分工

必做项目：与非门电路的设计

一、设计目的与指导

本项目要求基于csmc 0.35um 工艺，完成一个二输入与非门(2NAND)的电路设计。设计要求如下：

1、为了给顶层设计留出更多的布线资源，版图中只能使用金属1 和多晶硅作为互连线，输入，输出和电源、地线等pin 脚必须使用金属1

2、版图满足设计规则要求，并通过LVS 检查

3、设计分析

分析二输入与非门（2NAND）的电路，确定器件的宽长比。

设置华大九天环境

启动 Aether

建立自己的设计库

用 Schematic Editor 画电路原理图

形成符号图

在 MDE 中进行电路仿真

分析仿真结果，是否满足要求，若不满足要求，修正电路的参数，重新仿真。

4、版图设计

用 Layout Editer 画版图

利用 Aeolus 工具进行版图验证和提取

DRC 规则检测

LVS 检查

5、Tape out

增加焊盘等外围电路

输出 GDSII 版图结果。

二设计及过程分析

（一）电路原理图设计

电路原理图由两个NMOS和两个PMOS组成。两个PMOS并联，两个NMOS串联，然后将两个NMOS和两个PMOS串联起来。最后加

上相应的引脚（包括input、output、inputoutput），原理图如下图所示：

在给5V电压时，对V0与V1进行直流仿真分析直到VOUT斜率变化最大值在2.5V左右。不断调节管子宽长比，直至其满足要求，测得NMOS的W/L=0.8/0.5,PMOS的W/L=2/0.5.仿真图如下图所示

（二）生成符号图

在schematic editor工作界面，创建symbol view，生成符号图。符号图如下图所

示：

符号图创建完成后，重新建立一个schematic editor，调用刚刚创建的符号图，并加上相应的输入信号，然后进行仿真，查看波形。

（三）版图设计

打开最初的电路原理图，通过菜单栏的SDL创建版图Layout，然后进行版图的绘制，绘制过程中注意进行DRC验证。版图完成并且DRC验证通过后，进行LVS验证，若验证不成功，多次改正知道验证成功。版图如下图所示：

三结果分析

本次设计的最终结果是实现了一个二输入与非门的功能，功能如下：

四体会

必做项目是与非门电路的设计，这算比较简单的设计了，这是集成电路设计中基本的电路。首先在开始前，做好充分的准备，尤其是理论知识是掌握，要对以前所学的知识有一个系统的了解，看到一个新问题要知道如何转化为学过的知识。由于对这个电路比较熟悉，在画电路图和分析结果时遇到的问题都能够解决，问题不大。主要是版图设计的时候问题多，通常是对版图设计不熟悉而不知道如何解决。

与非门电路的版图，虽然总体上电路比较简单，但是在版图的绘制过程之中还是要细心，注意工艺的最小线宽或者最小的距离的要求。画图过程很考验耐心与细心程度，一不小心就要出差错。所以在绘制过程中要细心。在版图的布局中要注意布局的要求，尽量能够减小面积并且避免出错。

由于这次我们三个人团队工作，所以要分工。当然，分工不是说只做这一部分，而且，如果对其他部分不了解，做自己的部分时候也会很困难。我们每个队员都要对这个课程设计有一个宏观的了解和把握，知道自己负责的部分所处的阶段，对其他队员负责的部分要有一定的了解，然后对自己负责的部分花大工夫，保质保量，不拖沓，才能使项目顺利地进行。

五任务分工

我们组三人，主要分工如下

：根据原理图形成符号图，最后在 MDE 中进行电路仿真并分析结果。

：进行版图设计用 Layout Editer 画版图，利用 Aeolus 工具进行版图验证和提取，最后DRC 规则检测，LVS 检查。

：启动 Aether建立设计库，用 Schematic Editor 画电路原理图并完成实训报告。

选做项目：电流镜负载的差分放大器设计

一 设计目的与要求

设计一款差分放大器，要求满足性能指标：

● 负载电容pF C L 2=

● V VDD 5=

● 对管的m 取4的倍数

● 低频开环增益>100

● GBW(增益带宽积)>25MHz

● 输入共模范围>3V

● 功耗、面积尽量小

参考电路图如下图所示

设计步骤：

1、仿真单个MOS 的特性，得到某W/L 下的MOS 管的小信号输出电阻和跨导。

2、根据上述仿真得到的器件特性，推导上述电路中的器件参数。

3、手工推导上述尺寸下的差分级放大器的直流工作点、小信号增益、带宽、输

入共模范围。

4、如果增益和带宽不符合题目要求，则修改器件参数，并重复上述计算过程。

5、一旦计算结果达到题目要求，用Hspice仿真验证上述指标。

如果仿真得到的增益和带宽不符合要求，则返回步骤2，直至符合要求

二设计及过程分析

据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS工艺，要求在5v的电源电压下，负载电容为2pF时，增益带宽积大于25MHz，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。

我们首先根据0.35um CMOS工艺大致确定单个CMOS的性能，即在一定值的W/L下确定MOS管在小信号模型中的等效输出电阻和栅跨导，然后记下得到的参数并将其带入到整体电路中计算，推导电流镜负载的差分放大器电路中的器件参数，例如，小信号模型的增益、带宽、功耗等，再分析是否满足题目中的各项指标的要求。若不满足，则依据摘要理所说的，调节晶体管的宽度，然后用调整后的参数进行仿真、验证，直到符合要求为止。

2.电流镜负载差分放大电路分析与设计

（一）电路原理图设计

在不考虑沟道长度及体效应时，Av=gm3*（ro1//ro2）

gm2=gm3=(2UnCoxW/LID2)1/2

ID2=ID3=0.25mA =ID1=ID0

UnCox=1.3405*10(-4)

ro1和ro2 均可从网表中读取的

gm1=676.6u gm3=1.2067m

(W/L)M0,1 =10/1,(W/L)M2,3=9/1,(W/L)M4,5=2/1