CMOS模拟集成电路设总复习教学文案
CMOS模拟集成电路设总复习
I VT ln(n) R1
Vout
mR2 R1
VT
ln(n) VEB3
Vout 2 ln(n) k VEB3 2m ln(n) 8.67 102 2.2 0
T
q T
只要满足右式的所有m，n均可 mln(n) 12.7
知识点
1.MOS器件原理 2.电流镜 3.带隙基准 4.反相器（三种类型） 5.差分放大器 6.共源共栅放大器 7.输出放大器 8.运算放大器
0.7
0.91V
M1饱和：VDS1 VGS1 VT
Vb VGS2 VGS1 VT
Vb VGS1 VGS2 VT
2I REF
K ' (W / L)2
2I REF K '(W / L)1
VT
2 0.1103
2 0.1103
110106 40 0.7 110106 40
1.11V
例题
L
COX
OX
tOX
K': 跨导参数
K ' COX 0
MOS管的大信号模型
饱和区电流（以NMOS为例）：
iD
K'
W 2L
(vGS
VT
)2
线性区电流（以NMOS为例）：
iD
K'W L
[(vGS
VT
)
( vDS 2
)]vDS
PMOS的饱和区和线性区电流表达式？
小信号模型
MOS管的小信号模型
输出电阻
VSG3 VDD VICmax VTN 2.5 2 0.7 1.2
VSG3
K 'P
2ID (W /
L)3
| VTP
| 1.2
模拟CMOS集成电路分析与设计总复习
第五章 无源与有源电流镜
• 基本电流镜
• 共源共栅电流镜
• 有源电流镜
– 电流镜做负载的差分放大器
• 大信号特性 • 小信号特性 • 共模特性
• 1，基本电流镜的复制关系，L的选择，电 流镜的不足
• 2，有源负载差动对小信号增益求法(辅助定 理、戴维南等效)
第六章 放大器的频率特性
– 大信号差分特性 – 大信号共模特性 – 小信号差分特性 – 小信号共模特性
• MOS管做负载的基本差分对放大器 • 差分放大器的应用－Gilbert单元
• 1，差动相对于单端的优点
• 2，共模电平的变化对简单差动对输出的影 响
• 3，基本差动对大信号特性，静态
• 4，基本差分对共模输入范围的求法，共模 输入电平与小信号增益间的关系，小信号 增益的两种求法(叠加法和半电路法)，单/双 边输入与单/双边输出对增益的影响
• 4，带源极负反馈电阻的共源极：等效跨导， 小信号增益的求法(直观)
• 5，共漏极(源极跟随器)：小信号增益(直观 求法)，无体效应的源极跟随器，小信号特 点
• 6，共栅极：小信号增益
• 7，共源共栅极：大信号特性，输出摆幅， 屏蔽特性，折叠式共源共栅极的大信号特 性
第四章 差动放大器
• 差分放大器简介 • 简单差分放大器 • 基本差分对放大器
• 米勒定理及利用米勒定理求解输入电阻、 电容、极点等
CMOS模拟集成电路分析与设计
——总复习（2010.12）
第一章 绪论
• 研究模拟电路的重要性 • 模拟电路设计的难点 • 研究AIC的重要性 • 研究CMOS AIC的重要性 • 电路设计一般概念
– 抽象级别 – 健壮性设计 – 符号约定
模拟CMOS集成电路设计复习提纲(课堂PPT)
Summary # 20
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（3）
Rup gm3ro3ro4
Rup
Rdown gm2ro2ro1
Rdown
Rout Rup || Rdown
Av0 g R m1 out
gm1 gm2ro2ro1 || gm3ro3ro4
Summary # 21
gm1 ro2 || ro1
Summary # 13
西电微电子：模拟集成电路设计
二极管接法MOSFET负载的共源级
Rup Rdown
Rup
1 gm2
Rdown ro1
Rout
Rup
|| Rdown
1 gm2
|| ro1
ro1 1 gm2ro1
1 gm2
(
1 gm2
ro1 )
Av0
Vout Vin
Summary #2
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET的I-V特性
饱和区：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth 2
沟长调制：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth
21
VDS
线性区：I D
Cox
W L
VGS
Vth VDS
1 2
VD2S
深线性区：I D
Rout Rup || Rdown (RD || ro )
Vout Vin
gmRout
gm (RD
|| ro )
gmRD (RD ro )
Summary # 12
西电微电子：模拟集成电路设计
B6-CMOS模拟集成电路课案
理想的阈值电压：
MOS器件
栅氧化层中的电荷陷阱
Qss 为氧化层中有效正电荷密度 Qss 有可能使NMOS的Vth为负值，通过沟道离子注入可以提高Vth 沟道离子注入 注入P型杂质，使沟道内的P型杂质浓度上升，则：
MOS器件
沟道电荷随VDS变化
MOS器件
MOS器件
图2.11 三级管区漏电流与漏源电压的关系
MOS器件
②电流方程 b. 深三极管区
图2.12 深三极管区的线性工作
MOS器件
②电流方程 饱和区VDS>VGS-VTH 沟道夹断，电流随VDS增 加近似固定
MOS器件
电流源 饱和区时，由于电流近似恒定，MOS构成电 流源
Voltage Amp. Transimpedance Amp. Transconductance Amp. Current Amp
I in
图示 Vin
Vout
Vout
I out
Vin
I in
I out
I in
等效 Vin 电路
Vout
I in
Vout
I out
I in
I out
Vin
差动放大器-基本差动对的定量分析
in
差动放大器-MOS为负载的差动对
差动放大器-MOS为负载的差动对
有源和无源电流镜
基本电流镜 电流源，电流镜，有源、无源电流镜的基本概 念 共源共栅电流镜 特点：输出阻抗高，恒流性能好，但是占用更 多的voltage headroom 有源电流镜
MOS器件
MOS器件
CMOS模拟集成电路设计第二版课程设计 (2)
CMOS模拟集成电路设计第二版课程设计一、设计目标本次课程设计目标是：通过对CMOS模拟集成电路设计第二版中的一个电路设计实例进行仿真分析、电路优化及布局设计，深入理解和掌握CMOS模拟集成电路的基本原理及设计方法，培养学生分析和设计模拟集成电路的能力。
二、课程设计内容1.复习：基本模拟电路的分析和设计方法在进行CMOS模拟集成电路设计前，学生需要具备基本模拟电路的分析和设计方法。
本节将对常见的放大电路（比如共射放大电路，共基放大电路和共集放大电路等）的分析和设计方法进行复习。
2.CMOS反相器设计实例讲解本部分将讲解CMOS反相器的结构及原理，并通过具体的例子进行电路设计分析和仿真。
帮助学生了解CMOS反相器的设计方法、电路特性及其影响因素。
3.电路优化与参数选择在本部分，我们将重点介绍电路优化及参数选择的方法。
从电路的性能和稳定性等方面进行优化选择，并通过仿真结果来证明优化参数的效果。
4.布局设计与模拟验证本部分将介绍CMOS模拟集成电路的布局设计及模拟验证方法。
布局设计不仅可以影响电路的性能，也会影响电路的稳定性和可靠性。
通过模拟验证对电路进行分析验证。
三、设计评分方案本次课程设计采用滚动评分的方式，共计100分，具体评分如下：1.复习及设立问题：10分2.设计实例介绍及分析：20分3.参数选择及电路优化：30分4.布局设计及模拟验证：40分四、设计要求1.学生需要独立完成所有实验任务，不允许抄袭2.电路模拟软件使用HSPICE或者Spectre等，本节课程以HSPICE为例3.学生需要提交电路仿真截图、仿真结果以及电路设计原理图等作为实验报告。
五、总结通过本次课程设计的学习，学生可以深入了解CMOS模拟集成电路设计的基本原理及设计方法，并且培养分析和设计模拟集成电路的能力，为以后的研究或工作打下更好的基础。
同时，通过本次课程设计，学生能进一步加深对学过的知识的理解，增强把理论知识转化为实际工程应用的能力，提高实际应用能力和工程素质。
模拟集成电路设计_复习大纲
《模拟集成电路设计》复习大纲一、 概念：1. 密勒定理：如果将图（a ）的电路转换成图（b ）的电路，则Z 1=Z/(1-A V )，Z 2=Z/(1-A V -1)，其中A V =V Y /V X 。
这种现象可总结为密勒定理。
2. 沟道长度调制效应：当栅与漏之间的电压增大时，实际的反型沟道长度逐渐减小，也就是说，L 实际上是V DS 的函数，这种效应称为沟道长度调制。
3. 等效跨导Gm ：对于某种具体的电路结构，定义inDV I ∂∂为电路的等效跨导，来表示输入电压转换成输出电流的能力，跨导的表达式4. N 阱：CMOS 工艺中，PMOS 管与NMOS 管必须做在同一衬底上，若衬底为P 型，则PMOS 管要做在一个N 型的“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的N 型“局部衬底”叫做N 阱。
5. 亚阈值导电效应：实际上，V GS =V TH 时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS <V TH 时，I D 也并非是无限小，而是与V GS 呈指数关系，这种效应叫亚阈值导电效应。
6. 有源电流镜：像有源器件一样用来处理信号的电流镜结构叫做有源电流镜。
7. 输出摆幅：输出电压最大值与最小值之间的差。
8. 放大应用时，通常使MOS 管工作在饱和区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义跨导来表示电压转换电流的能力。
9. 在模拟集成电路中MOS 晶体管是四端器件 10. 源跟随器主要应用是起到什么作用？11. λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成反比，对于较长的沟道，λ值较小。
12. 饱和区NMOS 管的电压条件及其其沟道电流表达式。
13. 共源共栅放大器结构的一个重要特性就是输出阻抗很高，因此可以做成恒定电流源。
14. MOS 管的主要几何参数15. 共模输入电平的变化会引起差动输出发生改变的因素有哪些？ 16. MOS 管的电路符号17. 增益小于1的单级放大器 18. N 阱和P 阱的概念19. MOS 管的二级效应的表达式，比如沟道长度调制效应、体效应、亚阈值效应 20. 按比例缩小理论：恒定电场、恒定电压、准恒压21. 采用电阻负载的共源级单级放大器其小信号增益Av 表达式 22. 在差动放大器设计中CMRR23. 带源极负反馈的共源级其小信号增益的表达式 24. 图示电路的小信号增益表达式。
模拟CMOS集成电路设计复习提纲
物理验证与DRC/LVS检查
01
02
03
物理验证
检查版图是否符合工艺要 求，确保可制造性。
DRC检查
进行设计规则检查，确保 版图满足工艺要求。
LVS检查
进行电路原理图与版图一 致性检查，确保两者匹配。
03
CMOS集成电路的模拟技 术
SPICE模拟器简介
1
SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：一种用于模拟和分析集成 电路性能的软件工具。
新工艺
新型工艺技术如纳米压印、电子束光刻等不断涌现，这些新工艺能够制造更小尺寸的集成电路，提高集成度并降 低制造成本。
集成电路的可扩展性挑战
制程节点
随着集成电路制程节点不断缩小，制 程技术面临物理极限的挑战，如量子 隧穿效应、漏电等问题，需要探索新 的物理机制和制程技术。
异构集成
为了实现更高效能、更低功耗的集成 电路，需要将不同材料、不同工艺的 芯片集成在一起，形成异构集成技术， 这需要解决不同芯片之间的互连、兼 容等问题。
功耗优化
总结词
功耗优化旨在降低CMOS集成电路的功 耗，以提高芯片的能效和延长电池寿命 。
VS
详细描述
功耗优化主要通过降低晶体管导通电阻、 减小时钟信号功耗和优化电路结构来实现 。例如，采用低阻抗材料和工艺技术来降 低导通电阻，采用时钟门控技术来减小时 钟信号功耗，优化电路逻辑和结构等。这 些措施有助于降低功耗，提高能效，延长 电池寿命。
和规范，如元件选择、布线规则、版图设计等。
设计实践
02
结合具体的设计案例，分析可靠性设计的实际应用和效果，总
结经过实验和仿真等方法，对设计的可靠性进行验证和评估，确
2010年CMOS模拟集成电路复习提纲
2007年《大规模集成电路分析与设计》复习提纲第2章MOSFET 的工作原理及器件模型分析重点内容：＊ CMOS 模拟集成电路设计分析的最基本最重要的知识：MOS 器件的三个区域的判断，并且对应于各个区域的I D 表达式，和跨导的定义及表达式。
＊ 体效应的概念，体效应产生的原因，及体效应系数γ。
＊ 沟道调制效应的概念，沟长调制效应产生的原因，沟道电阻D o I r λ1=，λ与沟道长度成反比。
＊ MOS 管结构电容的存在，它们各自的表达式。
＊ MOS 管完整的小信号模型。
MOSFET 的I-V 特性 1. TH GS V V <,MOS 管截止 2. TH GS V V ≥,MOS 管导通a.TH GS DS V V V -<,MOS 管工作在三极管区;⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=221)(DS DS TH GS ox n D V V V V L W C I μ 当)(2TH GS DS V V V -<<时,MOS 工作于深Triode 区,此时DS TH GS oxn D V V V LWC I )(-≈μ,DSD V I ~为直线关系. 导通电阻:)(1TH GS ox n DDSon V V LW C I V R -=∂∂=μb .THGS DSV V V -≥,MOS 管工作在饱和区;2)(21TH GS oxn D V V LWC I -=μ 跨导g m ：是指在一定的V DS 下，I D 对V GS 的变化率。
饱和区跨导：TH GS DD oxn H T GS oxn m V V I I LW C V V LW C g -==-=22)(μμ三极管区跨导：DS ox n m V L WC g μ=MOSFET 的二级效应1. 体效应: 源极电位和衬底电位不同,引起阈值电压的变化.)22(0F SB F TH TH V V V φφγ-++=)22(0FP BS FP n TH THN V V V φφγ--+=)(H T GS oxn constV GSD m V V LW C V I g DS -=∂∂==μ)22(0FN FN BS P TH THP V V V φφγ---+=2. 沟长调制效应: MOS 工作在饱和区,↑DS V 引起↓L 的现象.)1()(212DS TH GS ox n D V V V LWC I λμ+-⎪⎭⎫⎝⎛= TH GS D DS D ox n DS H T GS oxn GSD m V V I V I L W C V V V LW C V I g -=+⎪⎭⎫⎝⎛=+-=∂∂=2)1(2 )1)((λμλμ 饱和区输出阻抗：λλμ⋅=⋅-⎪⎭⎫⎝⎛=∂∂=D TH GS ox n DS D o I V V LWC V I r 1)(21112线性区输出阻抗：()[]DS TH GS oxn o V V V LW C r --=μ13. 亚阈值导电性V GS <V TH ,器件处于弱反型区.V DS >200mV 后,饱和区I D -V GS 平方律的特性变为指数的关系:T GSD V V I I ζexp0=MOSFET 的结构电容（各电容的表达式见书）MOSFET 的小信号模型MOS 器件在某一工作点附近微小变化的行为,称为小信号分析.此时MOS 器件的工作模型称为小信号模型. MOS 管的交流小信号模型是以其直流工作点为基础的。
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。
CMOS模拟集成电路设计教学提纲
集成电路的EDA工具
1、SPICE （Simulation program with integrated circuit emphasis）是最为普遍的电路级模拟程序，各软件厂 家提供提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本 spice软件，其仿真核心大同小异，都是采用了由美国 加州Berkeley大学开发的spice模拟算法。 SPICE可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分 析和线性交流分析。
集成电路的特点及发展
2、集成电路的发展 ⑵世界集成电路发展历史 1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出， 采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明； 1974年：RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802； 1976年：16kb DRAM和4kb SRAM问世； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米 的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成 电路（VLSI）时代的来临；
第一讲 集成电路介绍
第一讲主要内容
❖ 集成电路的定义及分类 ❖ 集成电路的特点及发展 ❖ 集成电路的封装 ❖ 集成电路的EDA工具 ❖ 集成电路的设计流程
集成电路的定义及分类
1、集成电路（IC） IC：Integrated Circuit 集成电路是电路的单芯片实现 集成电路是微电子技术的核心 定义：采用一定工艺，把电阻、电 感、电容、晶体管等元件及布线互 连，一起制作在一块半导体基片上 ，然后封装在一个管壳内，成为具 备一定电路功能的微型结构。
第一讲集成电路介绍3课时第二讲cmos技术与器件模型3课时第三讲cmos子电路与放大器3课时第四讲smartspice软件介绍6课时第五讲nmos与pmos的仿真6课时第六讲cmos反相放大器的设计18课时复习考核6课时集成电路的定义及分类集成电路的特点及发展集成电路的封装集成电路的eda工具集成电路的设计流程1集成电路icic
CMOS集成电路设计基础第二版教学设计
CMOS集成电路设计基础第二版教学设计1. 简介本教学设计旨在向学生介绍CMOS集成电路设计的基础知识，包括CMOS电路的基本原理、CMOS工艺流程、CMOS逻辑门设计、镜像电路和放大器设计等方面内容。
本教学设计适用于电子信息工程等相关专业的本科生。
2. 教学目标•理解CMOS电路的基本原理•熟悉CMOS工艺流程•能够使用CMOS逻辑门设计电路•熟悉镜像电路的原理和应用•理解放大器的基本原理和设计方法3. 教学内容和安排3.1 CMOS电路基本原理本部分将重点介绍CMOS电路的全称及其基本原理，采用讲解和讨论相结合的方式进行教学。
通过分析不同类型的CMOS电路的工作原理，学生能了解。
时间内容1学时课程介绍2学时CMOS电路的基本概念3学时CMOS电路的基本原理和特点4学时CMOS电路的应用案例3.2 CMOS工艺流程本部分将介绍CMOS电路的工艺流程，包括淀粉土法、半导体刻蚀、光刻和离子注入等设计中常用的工艺流程。
并通过展示样本，让学生深入认识CMOS电路设计的具体操作。
时间内容1学时CMOS工艺流程介绍2学时淀粉土法3学时半导体刻蚀4学时光刻及离子注入3.3 CMOS逻辑门设计本部分将介绍如何使用CMOS逻辑门进行电路设计，主要包括哪些逻辑门可以使用，如何实现逻辑门的输出以及如何构建复合逻辑门等方面内容。
时间内容1学时CMOS逻辑门基本概念2学时CMOS逻辑门实现原理3学时使用CMOS逻辑门设计电路4学时构建复合逻辑门3.4 镜像电路及放大器设计本部分将介绍镜像电路的基本原理和应用，同时讲解放大器的基本原理和常用的设计方法。
通过实际案例和实验，让学生深入理解镜像电路和放大器的性能和设计。
时间内容1学时镜像电路基本概念2学时镜像电路的应用案例3学时放大器的基本原理4学时放大器设计实验3.5 课程作业课后，将给学生布置一份与本门课程相关的综合作业，使学生在掌握基本理论知识的同时，加强对实际电路设计的理解和能力。
《模拟CMOS集成电路设计》实验教学大纲
《模拟CMOS集成电路设计》实验教学大纲
课程代码：MICR2004
课程名称：模拟CMOS集成电路设计
英文名称：Design of Analog CMOS Integrated Circuits
实验室名称：微电子实验室
课程学时：72实验学时：18
一、本课程实验教学目的与要求
通过本课程的实验，可以进一步加强学生对《模拟CMOS集成电路设计》所学内容的理解和掌握，特别是培养学生的动手能力，达到掌握模拟集成电路的设计原理、设计方法和设计工具。
二、主要仪器设备及现有台套数
PC机现有25台; Work Station现有4台。
四、考核方式
1、实验报告：包括实验目的、实验工具、实验方法过程、实验结果（原理图，版图，DRC、LVS验证报告，GDSII文件）。
2、考核方式：
（1）实验课的考核方式：教师验收评定成绩。
（2）实验课考核成绩:根据实验完成情况和实验报告是否完整确定，实验成绩占课程总成绩的10%。
五、实验教材、参考书
1、教材：《模拟CMOS集成电路设计实验指导手册》，自编。
2、参考书：《模拟CMOS集成电路设计》. 陈贵灿（译），西安交通大学出版社.2003出版。
CMOS模拟集成电路设计第二版教学设计
CMOS模拟集成电路设计第二版教学设计一、教学目的和要求1.1 教学目的本教学设计主要旨在培养学生对于CMOS模拟集成电路的整体设计能力，包括CMOS工艺的基本概念、CMOS模拟电路设计的方法与实现技术，能够对模拟电路进行整体设计，并掌握模拟电路的相关测试技术。
同时也能够了解到目前国内外的最新研究进展和应用领域。
1.2 教学要求学生通过本教学可以了解到模拟电路的基本概念，了解 CMOS工艺的基本演化及其现状，能够深入了解CMOS模拟电路设计的方法与实现技术，包括模拟电路的基本原理，以及模拟电路设计的流程、优化和测试等方面。
同时学生还需要通过实践演练提高自己的综合实际应用解决问题的能力。
二、教学内容2.1 基础教学内容1.CMOS工艺基础2.CMOS模拟电路设计的基本概念3.基本模块设计，如：输入级、放大器、滤波器、振荡器等模块的设计方法4.傅里叶变换和快速傅里叶变换5.相关电路测试技术2.2 拓展教学内容1.建立不确定度计算模型以及进行不确定度分析2.阻止频率的设计和测试3.电源干扰、瞬变和共模干扰等干扰分析4.第一性原理仿真方法5.高性能模拟集成电路在线测试方法三、教学方法3.1 理论课教师会针对每一章节的知识点分别进行详细的讲解和解析，着重强调理论基础及设计实践中的注意点和实际问题。
通过课堂的互动和答疑等形式，帮助学生成长。
3.2 实践课在实践教学环节中，学生将直接使用计算机进行模拟电路设计实践。
在实践后，学生将根据所设计的实验进行分析和评估，将分析和评估结果进行撰写报告。
四、教学评价4.1 课程考核方式1.期中考试：占总成绩30%。
2.实验：占总成绩30%。
3.期末考试：占总成绩40%。
4.2 评价标准1.学生是否掌握了模拟电路的基本概念、设计方法和测试技术。
2.学生是否对于CMOS模拟电路的设计流程、优化和测试等方面有着清晰的认识和实际应用能力。
3.学生是否按照设计流程步骤进行了实际操作和技能的掌握程度。
cmos集成电路设计教案
CMOS集成电路设计教案教学目标•理解CMOS集成电路的基本原理和特点。
•掌握CMOS集成电路的设计方法和流程。
•能够使用EDA工具进行CMOS集成电路的仿真和验证。
•能够设计和优化CMOS逻辑门电路。
教学内容第一课：CMOS集成电路简介1.介绍CMOS集成电路的基本概念和发展历程。
2.介绍CMOS集成电路的特点和优势。
3.介绍CMOS集成电路的应用领域。
第二课：CMOS集成电路的基本原理1.介绍CMOS集成电路的基本组成和工作原理。
2.介绍CMOS逻辑门电路的设计和实现方法。
3.介绍CMOS集成电路的布局和布线规则。
第三课：CMOS集成电路的设计流程1.介绍CMOS集成电路设计的基本流程。
2.介绍CMOS集成电路设计中的关键技术和方法。
3.介绍CMOS集成电路设计中的常见问题和解决方法。
第四课：CMOS集成电路的仿真和验证1.介绍CMOS集成电路仿真和验证的基本原理和方法。
2.介绍EDA工具的基本使用和功能。
3.使用EDA工具进行CMOS集成电路的仿真和验证。
第五课：CMOS逻辑门电路的设计和优化1.介绍CMOS逻辑门电路的基本原理和设计方法。
2.介绍CMOS逻辑门电路的优化方法和技巧。
3.设计和优化一个具体的CMOS逻辑门电路。
教学方法•授课相结合：教师通过讲解和演示，介绍CMOS集成电路的基本原理和设计方法。
•实践操作：学生使用EDA工具进行CMOS集成电路的仿真和验证，设计和优化CMOS逻辑门电路。
•小组讨论：学生分成小组，讨论和解决CMOS集成电路设计中的问题和挑战。
评价方式•课堂参与度：根据学生在课堂上的提问和回答情况进行评价。
•实践操作成果：根据学生在实践操作中的成果和表现进行评价。
•小组讨论贡献：根据学生在小组讨论中的贡献和表现进行评价。
•期末项目：要求学生设计和优化一个具体的CMOS逻辑门电路，并进行仿真和验证。
根据项目的完成情况和效果进行评价。
通过以上教学目标、教学内容、教学方法和评价方式的设计，可以帮助学生全面、系统地学习和掌握CMOS集成电路设计的基本理论和实践技能。
模拟CMOS集成电路分析与设计总复习
描述电路响应速度和稳定性的参数。
03
CMOS集成电路设计
电路设计流程
确定设计目标
明确电路的功能、性能指标和限制条件，如 功耗、面积、速度等。
电路设计
根据设计目标，选择合适的电路结构和元件 参数，进行电路设计和仿真验证。
版图绘制
将电路设计转换为版图，确保电路元件和互 连符合工艺要求。
物理验证
对版图进行物理验证，检查版图的正确性和 工艺兼容性。
01
新材料和新器件结构
探索新型半导体材料（如硅基氮化镓 、碳化硅等）和新型器件结构（如 FinFET、GAAFET等），以提高性能 、降低功耗和解决制程技术瓶颈。
02
异构集成和系统级封 装
发展异构集成技术，将不同工艺的芯 片高效集成在同一封装内，实现更强 大的系统功能。同时，研究系统级封 装技术，以提高集成度和降低成本。
形成。
优点
低功耗、高集成度、低成本、低噪 声等。
应用领域
计算机、通信、消费电子等领域。
CMOS集成电路的工作原理
工作原理
开关状态转换
CMOS集成电路利用N型和P型半导体 的特性，通过正负电压的交替作用， 实现逻辑门的开关状态转换。
当输入端接收到信号时，反相器中的 N型和P型半导体材料会交替导通和截 止，从而实现开关状态转换。
电源管理应用
电源管理芯片
CMOS集成电路在电源管理领域中扮演着重要角色，如电源管理芯片等。这些芯片能够实现电压调节、电流控制等功 能，从而保证电子设备正常工作和延长电池寿命。
电源转换
CMOS集成电路还可以用于实现各种电源转换，如DC-DC转换、AC-DC转换等。这些转换电路能够将电源转换为电 子设备所需的电压和电流等级，以满足不同设备的电源需求。
模拟CMOS集成电路设计教学设计
模拟CMOS集成电路设计教学设计引言CMOS技术在当今的电路设计中具有重要的地位。
模拟CMOS集成电路设计一般认为是电路设计中最有挑战性的领域之一。
对于学习者来说，学习模拟CMOS集成电路设计是提高其综合电路设计能力的关键所在。
本文将介绍基于教学设计的模拟CMOS集成电路设计，旨在为大家提供一种学习方法。
教学目标本教学设计旨在让学生：•掌握CMOS工艺基础知识；•掌握模拟CMOS集成电路设计的基本原理与方法；•掌握模拟CMOS集成电路设计工具的使用。
教学内容CMOS工艺基础知识现代集成电路都是基于CMOS工艺实现的。
因此，掌握CMOS工艺基础知识是模拟CMOS集成电路设计的前提。
CMOS技术是将nMOS和pMOS晶体管融合在一起，构成一个完整的复杂电路。
学生需要掌握CMOS工艺的基本概念，例如nMOS、pMOS晶体管的工作原理，CMOS晶体管的结构以及相关的参数。
模拟CMOS集成电路设计的基本原理与方法模拟CMOS集成电路设计一般涉及放大电路、滤波器和振荡器等电路类型。
本教学设计将依次介绍这些类型的电路，让学生了解模拟CMOS集成电路设计的基本原理与方法。
同时，学生需要学会模拟设计尺寸与参数的相互关系以及对设计参数的调整，从而实现电路性能的优化。
模拟CMOS集成电路设计工具的使用本教学设计将使用专业的EDA工具进行模拟CMOS集成电路的设计与仿真。
学生需要了解工具的基本使用方法，具备独立完成模拟CMOS集成电路设计的能力。
学生需要熟悉工具的基本操作指令和流程，学习仿真分析的方法。
教学步骤第一步：学习CMOS工艺基础知识学生可以通过阅读有关CMOS技术的相关文献和学习资料等方式，从根本上掌握CMOS工艺基础知识，包括nMOS、pMOS晶体管的工作原理和结构特点等。
第二步：学习模拟CMOS集成电路设计的基本原理与方法学生可以尝试从简单的电路开始，了解模拟CMOS集成电路设计的基本原理和方法。
学生可以运用所学的知识和技能，设计实现一个简单的模拟电路。
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MOS器件原理
器件结构
栅极(Gate）
SGD
金属
( Metal ) Al层
N+
N+
P--Si
氧化物 (Oxide) SiO2层
P型Si衬底 (Semiconductor)
MOSFET的工作原理—导通过程
VGS > 0时, 在栅极 下面的二氧化硅中将产 生一个指向P型衬底、且 垂直衬底表面的电场。 电场排斥空穴，吸引电 子到半导体表面。
器件导通以后，此时在漏源之间加上电压VDS便会产生漏 极电流 ID , 随着VDS的增加ID增加。
由于沟道存在电位梯度,栅极
靠近源极的电位为VGS ,而栅极靠近 漏极的电位则为VGD＝VGS－VDS，靠 近漏极的电场较弱，使沟道形状成
VDS
S
G
VGS
N+
ID
D
N+
楔形。当VDS＝VGS－VT 时，导电沟
VG
SS
G
D 反型层
沟道)，将源区和漏区连接 起来。VGS越大,反型层越 宽, 源漏间的导电能力越
N+N+EP--Si强。
将开始形成反型层所需的VGS 值称为开启电压VT , 也称为阈值电压。
开启电压VT是增强型MOSFET的重要参数，其大 小主要取决于SiO2层的厚度以及衬底掺杂浓度。
MOSFET的工作原理—饱和过程
P--Si
道被夹断。沟道夹断后，源漏之间
等效为一个很大的电阻，电流不会
随着VDS增加，达到饱和。
MOSFET的工作原理—输入、输出特性曲线
ID VDS=10V
VGS(V) 0 VT
VGS =VT
输入特性曲线
ID(mA)
VGS =8V 7V
6V
5V
4V
VGS =VT
0 5 10 15 20
VDS(V)
Vb VG1SVT
2IREF K'(W/L)2
VT
VT
121001.106104301.4
1.61V
获得稳定的输出
电流要求所有管 1.1V 1Vb1.6V 1
子饱和，则此时
知识点
1.MOS器件原理 2.电流镜 3.带隙基准 4.反相器（三种类型） 5.差分放大器 6.共源共栅放大器 7.输出放大器 8.运算放大器
知识点
1.MOS器件原理 2.电流镜 3.带隙基准 4.反相器（三种类型） 5.差分放大器 6.共源共栅放大器 7.输出放大器 8.运算放大器
反相器
高增益放大电路的结构
差分输入级
共源共栅放大级
反相器是所有放大器中最基本的电路
输出级
1.有源负载反相器
2.电流源负载反相器 3.CMOS反相器
2.从管子处于饱和区的条件出发，端口导出电压满足的关系
电流镜
例.下图所示电路中，假设M1和M2的宽长比为40/1, M3和M4的宽长 比为120/1,，IREF=0.1mA,试确定VX的值和Vb的允许范围（忽略衬偏 效应）。
解：VX VG1S
2IREF K'(W/L)1
VT
121 00 1.1 061 0 43 00.70.9V 1
带隙基准源
带隙基准源基本不受电源和温度的影响
三极管的基极发射极 电压VBE是负温度系数。
VTBE30K02.2mV /C
两个三极管工作在不 同的电流密度下，其 基极发射极电压的差 值 VBE 是正温度系数。
VBEkqTlnnVTlnn(n为两三极管电)流比值
带隙基准源电路结构
V ou tV B2E (R 2R 3)I
M1饱和：VD1SVG1SVT VbVG2SVG1SVT
VbVG1SVG2SVT
2IREF K'(W/L)2
2IREF K'(W/L)1
VT
12 1 0 1 .1 0 0 6 1 4 0 3 0 0.712 1 0 1 .1 0 0 6 1 4 0 3 0
1.11V
例题
M2饱和： VD2SVG2SVT V G 1 S(V b V G 2)S V G 2 SV T
有源负载反相器
有源负载反相器
L
COX
OX
tOX
K ': 跨导参数
K'COX0
MOS管的大信号模型
饱和区电流（以NMOS为例）： iDK'2W L(vGSVT)2
线性区电流（以NMOS为例）： iDK'W L[v(G SV T)(v2 D)Sv]DS
PMOS的饱和区和线性区电流表达式？
小信号模型
MOS管的小信号模型
输出电阻 增益
ro
1 ID
Av gmro
跨导
gm
2K'
W L
ID
知识点
1.MOS器件原理 2.电流镜 3.带隙基准 4.反相器（三种类型） 5.差分放大器 6.共源共栅放大器 7.输出放大器 8.运算放大器
电流镜
1.电流的比值等于管子的宽长比的比值（忽略沟道长度调制效应）
iO W 2 L1 iI W1L2
VDS =VGS -VT
输出特性曲线
MOS管的大信号模型
MOS管的电流电压关系（以NMOS为例）：
iD0 C L OW X[v ( G S V T)vD S1 2vD2]S
0 : 器件表面迁移率[载流子（电子和空穴）在单位电场作用下
的平均漂移速度，是载流子在电场作用下运动速度的快慢
的量度]（cm2/Vs） C OX : 单位面积栅氧化物电容（F/cm2） W : 器件的宽长比
VB1 EVB2 ER3I
I VBEVTln(n)
R3
R3
Vou t VB2 EVTlnn()1(R R3 2)
带隙基准源
例.首先推导下图所示电路输出基准电压Vout的表达式，接下来 确定n和(W/L)5使得基准电压在室温下具有零温度系数,已知M1~M 4的宽长比均相等，R2/R1=2，ID1=ID2=50uA，且Q3和Q1相同。
解：假设(W/L)5=m(W/L)1
Vou tm2IR D 1VE3 B
VE1 BR 1ID 1VE2 B
I VT ln(n) R1
Vout mR12RVTlnn()VEB 3
Vou t 2lnn()kVEB 3 2 m ln ) 8 (.6 1 7 20 2 .2 0
T
q T
只要满足右式的所有m，n均可 mlnn()1.27
VGS
S
G
D 反型层
N+
N+
E
P--Si
VGS越大吸引到半导体表面的电子就越多，当VGS >VT时， 吸引到栅极附近P型硅表面的电子积累形成N型反型薄层。器 件表面的导电类型从原来的P型反型到现在的N型，导电沟道 形成。
MOSFET的工作原理—导通过程
继续增大VGS可使形 成的反型层增宽(N型导电