折叠式共源共栅放大器设计

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6折叠式共源共栅运算放大器设计实验之欧阳法创编

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验之欧阳法创编

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验之欧阳法创编欧阳法是一种常用的运算放大器设计方法,它在设计中充分利用了共源共栅结构的优点,既能实现放大器的高增益、高输入阻抗和低输出阻抗,又能保证输出波形的线性度。

在设计6折叠式共源共栅运算放大器之前,首先需要明确一些设计参数,例如设计的输入电压范围、输出电压范围、增益要求等。

接下来,我们按照以下步骤进行设计实验。

第一步:确定输出电流偏置在共源共栅运算放大器中,偏置电流决定了放大器的输入阻抗和输出电压范围。

为了实现输出电压范围的最大化,一般选择输出电流的一半作为偏置电流。

假设输出电流为Iout,则偏置电流为Ibias=0.5*Iout。

第二步:确定放大器的增益根据设计要求确定放大器所需的增益。

对于共源共栅结构,其放大倍数可以通过控制输入电流和输出电流之间的比值来实现。

输出电流为Iout,输入电流为Iin,则放大倍数Av=Iout/Iin。

第三步:确定放大器的工作电压根据设计要求确定放大器的工作电压。

将放大器的工作电压设为VDD/2,这样可以最大程度地利用电源电压范围。

第四步:确定电阻值根据欧阳法的设计准则,可选择如下电阻值:R1=R2=RL=1.2*VDD/(Ibias*Av)R3=R4=2*RL第五步:确定电容值选择合适的电容值可以提高放大器的频率响应。

一般选择的电容值为:Cgs=Cgd=2*Iout/(Av*VDD*fL)Cdb=Cgd/5其中,fL为放大器的最低截止频率。

第六步:确定晶体管尺寸根据电阻和电容的选择,可以反推出晶体管的尺寸。

根据晶体管的工作点,选择适当的W/L比值来满足电流需求。

完成以上步骤后,可以利用电路设计软件进行模拟仿真,并根据仿真结果进行优化调整。

最后,可以进行实验验证,并对实验结果进行分析。

以上是关于6折叠式共源共栅运算放大器设计实验的欧阳法创编的详细步骤。

在实际设计中,还需要注意噪声和功耗等因素,并进行合理的折衷考虑。

希望以上内容能对你的实验展开有所帮助。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器目录一.摘要 (2)二.电路设计指标 (3)三.电路结构 (3)四.手工计算 (7)五.仿真验证 (10)六.结论 (12)七.收获与感悟 (12)八.参考文献 (13)摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用,针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。

本文完成了一个由pmos作输入的放大器。

vdd为3.3v,负载电容为1pf,增益Av 大于80dB,带宽GBM大于100MHz的放大器。

输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力,为达到较宽的带宽,本文详细分析推导了电路所存在的极零点,共源共栅镜像电流源产生Ibias。

选择P沟道晶体管的宽度和长度,使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。

关键字:运算放大器、共源共栅级、极点AbstractOperation amplifiers are widely used in many field s nowadays。

All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application.One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis.Power Supply 3.3v,load capacitor 1pf,Gain>80dB,GBM>100MHz。

The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point,for the purpose of wider bandwidth,we carefully analysis the pole and zero in the circuit ,use common source common gate as current Ibias。

折叠式共源共栅运算放大器设计说明

折叠式共源共栅运算放大器设计说明

折叠式共源共栅运算放大器设计说明一、设计原理二、设计步骤1.确定规格要求:根据实际应用需求确定输入阻抗、输出阻抗、增益、带宽等参数。

2.选择管子:根据需求选择合适的场效应管。

通常选择具有良好参数的MOS管,如低频用的2N7000,高频用的BF861A等。

3.设计共源级:首先设计共源级,这是整个电路的放大核心。

根据增益要求和输入阻抗要求,确定共源电阻的值,再根据场效应管的参数计算源极电流和电压。

同时,要保证共源级的电流和电压工作在合适的范围内,不引起过大的功耗和失真。

4.设计共栅级:共栅级起到输出驱动的作用,可以提供较低的输出阻抗。

根据输出阻抗和带宽要求,选择合适的共栅电阻值和驱动电路的参数。

同时要注意共栅级的工作点和共源级的匹配,以保证电路的整体性能。

5.接入电源电压:根据电路需求,确定合适的电源电压。

注意电源电压的选择要与场效应管的参数相匹配,避免电压过高或过低导致管子失效或工作不稳定。

6.进行仿真和调试:在完成电路设计后,进行电路仿真和调试,检查电路的增益、带宽等参数是否满足设计要求。

可以使用SPICE电路仿真软件进行仿真,根据仿真结果对电路进行调整和优化。

7.布局和绘制电路板:根据电路设计,进行布局和绘制电路板。

布局过程中要注意相邻元件的干扰和电路的稳定性。

绘制电路板时要保持线路的规整和排布的合理性。

8.组装和测试:完成电路板制作后,进行元件的组装和焊接。

然后进行电路的测试和调试,检查电路的工作状态和各项指标是否满足要求。

三、注意事项1.设计时要考虑到电压的限制,避免电路失效或工作不稳定。

2.选择合适的场效应管,根据具体需求选择低频或高频的管子。

3.设计时要注意电路整体性能,使其在增益、带宽等方面满足要求。

4.在进行仿真时,要根据仿真结果对电路进行调整和优化,确保电路性能达到最佳状态。

5.布局和绘制电路板时要注意干扰和稳定性,保持线路的规整和排布的合理性。

6.组装和测试时要仔细检查,确保电路的工作状态和各项指标达到要求。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器目录一.摘要 (2)二.电路设计指标 (3)三.电路结构 (3)四.手工计算 (7)五.仿真验证 (10)六.结论 (12)七.收获与感悟 (12)八.参考文献 (13)摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用,针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。

本文完成了一个由pmos作输入的放大器。

vdd为3.3v,负载电容为1pf,增益Av 大于80dB,带宽GBM大于100MHz的放大器。

输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力,为达到较宽的带宽,本文详细分析推导了电路所存在的极零点,共源共栅镜像电流源产生Ibias。

选择P沟道晶体管的宽度和长度,使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。

关键字:运算放大器、共源共栅级、极点AbstractOperation amplifiers are widely used in many field s nowadays。

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The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point,for the purpose of wider bandwidth,we carefully analysis the pole and zero in the circuit ,use common source common gate as current Ibias。

折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化

折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化

折叠式共源共栅cmos运算放大器的设计与优化下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。

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折叠式共源共栅放大器设计

折叠式共源共栅放大器设计

折叠式共源共栅放大器设计
下面是一个折叠式共源共栅放大器的设计示例:
1.选择合适的工作频率:首先确定设计的工作频率范围,根据应用需
求选择合适的频率。

2.确定器件参数:根据工作频率选择适合的MOSFET器件,并确定器
件的尺寸和工作点。

3.进行小信号分析:通过小信号等效电路分析,得到输入输出阻抗、
增益和带宽等参数。

4.设计输入匹配网络:设计输入匹配网络,使得输入阻抗与传输线匹配,以最大化输入信号的传输。

5.设计输出匹配网络:设计输出匹配网络,使得输出阻抗与负载匹配,以最大化输出信号的传输。

6.进行直流仿真:通过仿真软件,对折叠式共源共栅放大器的直流偏
置和工作点进行仿真和优化。

7.进行射频仿真:通过射频仿真软件,对折叠式共源共栅放大器的增益、带宽等性能进行仿真和优化。

8.PCB布局和封装:设计合适的PCB布局,使得折叠式共源共栅放大
器具有良好的抗干扰能力和稳定性。

选择合适的封装,以满足散热和尺寸
要求。

9.进行实验验证:通过PCB制作和实验验证,对设计的折叠式共源共
栅放大器进行性能测试和调整。

10.进行优化调整:根据实验结果,对折叠式共源共栅放大器进行优化和调整,以达到设计要求。

总结:折叠式共源共栅放大器设计需要从选择工作频率、器件参数确定到小信号分析、匹配网络设计、仿真优化、PCB布局和实验验证等多个步骤。

通过科学合理的设计和优化调整,可以实现折叠式共源共栅放大器的高效、低功耗和稳定工作。

折叠共源共栅放大器的偏置电路

折叠共源共栅放大器的偏置电路

折叠共源共栅放大器的偏置电路
折叠共源共栅放大器是一种常用的放大电路,用于放大低频信号。

其偏置电路的设计目标是保证输出信号的线性放大特性,同时使器件工作在合适的工作点。

偏置电路一般由电源,电阻和电容构成。

以下是折叠共源共栅放大器的一种常见的偏置电路设计示意图:
```
VDD

├─ R1 ─ Vbias

├─ M1 ──── M2 ─────
│ │ │
├─ R2 ─ R3 ─ RL
│ │
GND
```
其中,VDD是电源电压,Vbias是偏置电压。

具体偏置电路的设计步骤如下:
1. 选择偏置电压(Vbias):根据放大器工作要求确定合适的偏置电压。

2. 选择电流源电阻(R1):根据放大器的放大倍数要求,选
择合适的电流源电阻。

电流源电阻决定了静态工作电流(ID)的大小。

3. 确定静态工作电流(ID):根据放大器的工作点要求和
MOS管的参数,计算静态工作电流。

可以利用下面的公式计
算静态工作电流:
ID = (VDD - Vbias) / R1
4. 选择偏置电流(IB):确定M1和M2两个MOS管的偏置
电流。

一般可以选择IB = ID / 10。

5. 选择M1和M2的栅极电阻(R2和R3):根据MOS管的
参数和偏置电流确定合适的栅极电阻。

6. 确定负载电阻(RL):根据放大器的负载要求,选择合适
的负载电阻。

以上是一种常见的折叠共源共栅放大器的偏置电路设计步骤。

具体参数选择和设计过程需要根据实际应用场景和要求进行调整和优化。

采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计

采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计

采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计折叠式共源共栅结构是一种常用于高速CMOS全差分运算放大器设计的电路结构。

它结合了共源和共栅结构的优点,在设计高速差分运算放大器时具有重要的应用价值。

在设计高速CMOS全差分运算放大器时,首先需要确定电路的工作频率和增益要求。

然后,根据设计要求选择合适的MOS管尺寸以及电路拓扑结构。

在采用折叠式共源共栅结构之前,我们先来了解一下共源和共栅结构的特点。

共源结构是一种常见的差分放大器结构,它提供了较大的增益和较高的输入阻抗,但由于电流镜电路(如PMOS电流镜)的引入,使得其增益和频率特性受到限制。

共栅结构是一种常见的高速差分放大器结构,它具有良好的增益和频率特性,但输入阻抗较低。

因此,为了综合考虑增益、频率特性和输入阻抗,我们可以采用折叠式共源共栅结构。

折叠式共源共栅结构的基本原理是将两个共源结构和两个共栅结构连接在一起形成一个差分放大器。

其中,一个共源结构用作输入级,另一个共源结构用作输出级。

同时,一个共栅结构用于提供增益,另一个共栅结构用于提供带宽。

具体来说,折叠式共源共栅结构的输入级包含一个共源结构和一个共栅结构。

其中,共源结构的输入端连接输入信号,输出端通过一个电流源连接到共源结构的源极。

共栅结构通过一个电流源连接到共源结构的源极。

这样,共源结构和共栅结构共同构成输入级。

折叠式共源共栅结构的输出级也包含一个共源结构和一个共栅结构。

其中,共源结构的源极通过一个电流源连接到地,栅极接受输入信号。

共栅结构的源极通过一个电流源连接到共源结构的源极。

这样,共源结构和共栅结构共同构成输出级。

在折叠式共源共栅结构中,输入级的共源结构和共栅结构提供了较大的增益和较高的输入阻抗,输出级的共源结构和共栅结构提供了较大的带宽和较低的输出阻抗。

通过适当选择MOS管的尺寸和电流源的电流,可以实现高速差分运算放大器的设计要求。

综上所述,采用折叠式共源共栅结构可以实现高速CMOS全差分运算放大器的设计。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计1.设计原理折叠式共源共栅运放的设计原理主要基于共源共栅电路,通过级联的方式来增加放大器的增益和带宽。

共源共栅电路是一种结合了共源级和共栅级的运放电路,具有高输入阻抗、低输出阻抗和高增益的特点。

通过将两个共源共栅电路级联,可以得到折叠式共源共栅运放,进一步提高增益和带宽。

2.关键参数在设计折叠式共源共栅运放时,需要考虑以下几个关键参数:-增益:增益是指输入信号与输出信号之间的比例关系,是一个放大器的主要性能指标。

在设计过程中,需要确定所需的增益,并根据电路结构进行调整。

-带宽:带宽是指放大器能够放大信号的频率范围。

在设计折叠式共源共栅运放时,需要选择适当的电容和电阻来提供所需的带宽。

-输入阻抗:输入阻抗是指放大器的输入端对外部信号的电阻。

在折叠式共源共栅运放中,可以通过调整栅极电阻和源极电阻来控制输入阻抗。

-输出阻抗:输出阻抗是指放大器的输出端对外部负载的电阻。

在设计过程中,需要考虑输出阻抗对于负载的影响,并选择适当的电路结构来提供所需的输出阻抗。

3.设计流程-确定设计规格:首先需要明确设计的需求,包括增益、带宽和输入输出阻抗等。

-电路拓扑选择:选择折叠式共源共栅电路作为基本电路拓扑。

-参数计算:根据设计规格和电路拓扑,计算所需的电阻、电容等参数。

-电路模拟:使用电路模拟软件,如SPICE,对电路进行仿真,验证设计参数的正确性,并进行性能分析。

-电路调整:根据仿真结果,对电路进行调整,满足设计规格。

-PCB设计:将电路布局成PCB,进行进一步的测试和优化。

-调试与测试:进行电路的调试和测试,对性能进行评估和调整。

4.实际应用折叠式共源共栅运放可应用于各种通信和成像系统中,例如放大器、滤波器、混频器等。

由于折叠式共源共栅运放具有高增益和宽带宽的优势,可以提高信号的质量和速度,使系统更加稳定和可靠。

同时,折叠式共源共栅运放还可以用于低功耗电路设计中,通过优化电路结构和参数选择,降低功耗并提高电路性能。

折叠共源共栅放大器的偏置电路

折叠共源共栅放大器的偏置电路

折叠共源共栅放大器的偏置电路1. 引言折叠共源共栅放大器是一种常用的电路结构,用于放大电压信号。

偏置电路是该放大器的重要组成部分,其作用是确保放大器工作在合适的工作点,以提供稳定的放大功能。

本文将介绍折叠共源共栅放大器的偏置电路的原理、设计和优化方法。

2. 折叠共源共栅放大器的基本原理折叠共源共栅放大器是一种双管结构,由共源级和共栅级组成。

共源级负责放大信号,而共栅级则提供了对输入信号的反馈,以增加放大器的增益和稳定性。

该放大器的基本原理如下:•输入信号经过共源级放大,得到放大后的信号;•放大后的信号经过共栅级,进行反馈;•反馈信号与输入信号进行叠加,得到最终输出信号。

3. 折叠共源共栅放大器的偏置电路设计偏置电路的设计目的是为了确保放大器在工作时能够保持合适的工作点,以提供稳定的放大功能。

以下是折叠共源共栅放大器的偏置电路设计的基本步骤:3.1 确定工作点首先,需要确定放大器的工作点。

工作点的选择取决于应用需求和器件参数。

一般情况下,工作点应选择在晶体管的饱和区或放大区的中间位置,以保证放大器具有较大的增益和线性度。

3.2 选择偏置电流偏置电流决定了放大器的直流工作点,对放大器的增益和功率消耗有重要影响。

一般情况下,偏置电流应选取在晶体管的饱和区或放大区的较低位置,以保证放大器具有较低的功耗和较高的线性度。

3.3 设计偏置电路根据选择的工作点和偏置电流,设计偏置电路以提供所需的直流偏置电压和电流。

常用的偏置电路包括电流镜电路和电阻分压电路。

以下是一个简单的偏置电路示例:该偏置电路由一个电流镜电路和一个电阻分压电路组成。

电流镜电路通过将电流分流到两个晶体管上,提供了所需的偏置电流。

电阻分压电路通过将电流分压到合适的电压,提供了所需的偏置电压。

4. 偏置电路的优化方法为了提高折叠共源共栅放大器的性能,可以采用以下优化方法:4.1 温度补偿晶体管的参数受温度影响较大,因此在偏置电路中引入温度补偿电路,以保持放大器的工作点稳定。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器目录一.摘要 (2)二.电路设计指标 (3)三.电路结构 (3)四.手工计算 (7)五.仿真验证 (10)六.结论 (12)七.收获与感悟 (12)八.参考文献 (13)摘要运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用,针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。

本文完成了一个由pmos作输入的放大器。

vdd为3.3v,负载电容为1pf,增益Av 大于80dB,带宽GBM大于100MHz的放大器。

输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力,为达到较宽的带宽,本文详细分析推导了电路所存在的极零点,共源共栅镜像电流源产生Ibias。

选择P沟道晶体管的宽度和长度,使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。

关键字:运算放大器、共源共栅级、极点AbstractOperation amplifiers are widely used in many field s nowadays。

All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application.One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis.Power Supply 3.3v,load capacitor 1pf,Gain>80dB,GBM>100MHz。

The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point,for the purpose of wider bandwidth,we carefully analysis the pole and zero in the circuit ,use common source common gate as current Ibias。

折叠式共源共栅运算放大器设计实验

折叠式共源共栅运算放大器设计实验

折叠式共源共栅运算放大器设计实验一、设计步骤1.确定规格和目标:首先确定设计的规格和目标,例如增益、带宽、输入输出电阻等。

2.选择适当的工作点:根据目标确定合适的工作点。

通常,选择中间状态的电流偏置,例如源极电流和漏极电流各占目标电流的一半。

3.估计W/L比例:根据工作点电流和所用晶体管的尺寸参数,估计晶体管的W/L比例。

可以使用厂商提供的模型参数进行计算。

4.电流源设计:设计适当的电流源,用于提供偏置电流。

电流源可以采用单端(如PMOS、NMOS)或差分结构(如源随器)。

5.阶数计算:根据需求和规格,计算需要的放大器阶数。

6.确定并绘制电路拓扑:根据放大器的阶数,选择合适的电路拓扑。

折叠式共源共栅运放通常由两个共源共栅级联组成。

绘制电路图,包括晶体管、电容、电流源等。

7.进行直流偏置分析:进行直流偏置分析,计算电压、电流等参数。

确保电路能够在合适的工作点工作,并且各个极点和零点在期望的频率范围内。

8.进行交流分析:进行交流分析,计算增益、带宽等参数。

可以使用电路仿真软件进行模拟分析,找到需要优化的部分。

9.优化设计:根据仿真结果,逐步调整电路参数,优化设计。

可以通过改变晶体管的W/L比例、电容的数值等参数,使得仿真结果符合要求。

10.布局设计:进行电路的布局设计,包括电源、接地、电容、晶体管等部分的布局。

注意避开毫米波的射频干扰源,并且尽量减少板间互电容等干扰。

11.进行仿真验证:进行全局电路的仿真验证,确保电路能够满足设计要求。

12.绘制电路原理图和PCB板:根据最终的设计结果,绘制电路原理图和PCB板,进行制作。

二、实验过程1.制作PCB板:根据设计的PCB布局图,制作PCB板。

2.感知电路:将制作好的PCB板安装到实验台上,连接电源和信号源。

3.测量电路参数:使用万用表、示波器等仪器,测量电路参数,例如增益、带宽、输入输出电阻等。

4.分析结果:根据测量结果,分析电路的性能是否满足设计要求。

折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计

折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计

折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计该电路由两级放大器组成,第一级为共源放大器,第二级为共栅放大器。

下面将详细介绍各个部分的设计步骤和注意事项。

1.设计共源放大器:共源放大器的设计旨在实现高电压增益、宽带宽和稳定的工作点。

主要的设计步骤如下:-根据所需的增益和带宽确定工作点的直流电压和电流。

一般而言,直流电压应足够大,以提供足够的电压增益;而直流电流应适中,以保持功耗的合理范围。

-选择合适的晶体管尺寸和W/L比例,以满足所需的增益和带宽要求。

通常情况下,尺寸越大,增益越高,但同时也会增加功耗。

-设计偏置电路,用以稳定工作点,并提供所需的电流。

常见的偏置电路包括电流镜和电流源。

2.设计共栅放大器:共栅放大器的设计目标是进一步提高增益和带宽,并提供合适的输出电压。

以下是一些重要的设计考虑因素:-通过选择适当的晶体管尺寸和W/L比例,以满足所需的功率增益和输出电压范围。

与共源放大器类似,通常情况下尺寸越大,输出电压范围越大。

-需要设计合适的负载电路,以提供合适的输出电压和输出电流。

常见的负载电路包括电流镜和电流源。

3.总体电路优化:在设计过程中,需要进行一系列的优化步骤,以满足设计要求。

以下是一些常见的优化技术:-频率补偿:通过选择合适的补偿电容和电阻,提高电路的带宽和稳定性。

-去耦电容:通过添加适当的去耦电容,提高电路的低频响应和直流工作点稳定性。

-噪声优化:通过减小晶体管尺寸、优化偏置电路等措施,减小电路的噪声。

综上所述,折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计需要考虑多个方面,包括增益、带宽、工作点、输出电压范围等。

通过合理选择晶体管尺寸和W/L比例、设计合适的负载电路和偏置电路,以及进行适当的优化,可以实现高性能的运算放大器设计。

最后,需要进行电路的仿真和验证,以确保设计的性能符合预期要求。

6 折叠式共源共栅运算放大器设计实验.

6 折叠式共源共栅运算放大器设计实验.
4.
以上设置完成后,就可以进行仿真了。
仿真的方法有两种,可以通过点击菜单中的Simulation-Netlist and Run进行网表的提取和仿真;第二种方法是通过快捷方式,即图框中右下角的按钮进行仿真。
运行之后会产生网表和运行图形,点击Result-Print-DC Operating Points查看每个mos管的状态,如下图所示:
3.
1.仿真环境的建立
在设置完图形变量之后,就可以对图形进行仿真了。点击Tools->Analog Environment进入仿真环境。
2.仿真环境参数设置
i).确定spice模型库文件
库文件路径是:
/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed_Signal/SPICE_model/ms018_v1p6_spe.lib;section定义为tt,最后点Add添加库文件。
国家集成电路人才培养基地
模拟电路高级实验(6)
折叠式运算放大器
2006-07
1.
设计共源共栅运算放大器,使其满足VDD=3.3V,功率P=10mW,输出摆幅为1.95V,增益AV≥80dB。使用SMIC 0.18um 3.3V CMOS工艺3.3V晶体管模型。
学习差动放大器DC扫描、AC、瞬态分析的方法。
=>(W/L)=(upCOXVOD2) /(2 IDS)
根据公式可得所有mos管的宽长比,分别为:
(W/L)0-1=388.62;(W/L)2-3=253.75;(W/L)4-7=91.3;
(W/L)8=(W/L)10=91.3;(W/L)9=102.7。
根据上面求出的宽长比确定宽度和长度。由于使用工艺库,取L=1.4um(取L的值较大是为了达到大的增益的要求),同样可以得到各种W值W0,1=136*4um,W2,3=88.82*4um,W4,5,6,7=63.92*2um,W8,10=63.92*2um,W9=71.88*2um。

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验汇总

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验汇总

6折叠式共源共栅运算放大器设计实验汇总折叠式共源共栅运算放大器是一种常用的电路结构,常用于设计高增益、低功耗的放大器电路。

本文将对这种电路进行实验设计和汇总,总结电路设计过程中的关键问题和解决方法。

首先,我们需要确定设计的目标。

折叠式共源共栅运算放大器的主要性能指标包括增益、带宽、输入电阻、输出电阻、功耗等。

在设计之前,我们要先确定这些性能指标的要求,以便在设计中进行优化。

接下来,我们需要确定电路的工作点。

工作点决定了电路的偏置电流和电压,对放大器的性能起着重要作用。

在折叠式共源共栅运算放大器中,我们可以通过调整源极电流和栅极电压来实现合适的工作点。

一般情况下,我们希望工作点在电压-电流特性曲线的中间位置,以便有足够的线性放大范围。

然后,我们需要选择合适的晶体管。

在折叠式共源共栅运算放大器中,常常选择NMOS晶体管作为放大器管,因为NMOS晶体管具有较好的线性特性和较高的增益。

根据工作点的要求,我们可以在晶体管的数据手册中找到合适的晶体管型号。

接下来,我们需要确定电路的输入阻抗。

由于折叠式共源共栅运算放大器的输入是通过共源极实现的,所以输入阻抗受到源极电流的影响。

为了实现较高的输入阻抗,我们可以选择较大的源极电流。

此外,还可以通过并联电容以降低输入阻抗。

然后,我们需要确定电路的增益和带宽。

增益和带宽是折叠式共源共栅运算放大器的两个主要指标。

增益可以通过选择合适的电阻和电容来调整,通常可以通过负反馈来实现。

带宽则受到晶体管的频率特性限制,可以通过合适的电容和电感来进行补偿。

最后,我们需要进行电路的仿真和测试。

通过电路仿真软件,我们可以验证电路的性能指标是否满足设计要求,并进行一些优化调整。

在测试中,我们可以使用示波器、函数发生器等仪器测量电路的增益、带宽和失调等指标。

综上所述,折叠式共源共栅运算放大器设计的关键问题包括确定设计目标、确定电路的工作点、选择合适的晶体管、确定电路的输入阻抗、确定电路的增益和带宽,以及进行电路的仿真和测试。

6 折叠式共源共栅运算放大器设计实验.

6 折叠式共源共栅运算放大器设计实验.
Analyses->Choose,选择dc分析,如图所示:
设置DC参量时,首先,要选择Save DC Operating Point项,此项是为了保存静态工作点的;然后在Sweep Variable区域选择Design Variable项,选取变量名称,可以直接输入你所定义的变量名,也可以从下面的Select Design Variable中选择需要扫描的变量,我们这里扫描差动信号的直流分量vdm1。在Sweep Range中选择扫描变量的范围,定义起始点为0V,终止点为3.3V,而且采取线性扫描方式,扫描的步长设为0.01V。
建立的symbol的图形(可以改变图形形状),如下图所示:
5.加入激励
对于已经生成symbol的图形,需要给输入端加入激励之后才能够进行仿真。需要生成一个新的cell view作仿真,此处起名为sim_pucker-SG,易于统一名称。
Cell view的生成同上所述,在cell view的设计过程中加入刚刚设计的折叠式共源共栅放大器作为仿真模型,对其输入端加激励。
从上面的叙述可知,电容的值是一个根据要求而变化的值,所以我们把电容值设为一个参数cap,在仿真过程中再添加其值。这样只是为了方便更改而已,你也可以直接对负载电容赋值,在仿真时,再根据情况更改电容值。
负载电容的值设为参变量cap,在仿真过程中给定值。
注意:在作仿真图形时,还需要有一个用来规定电源电压值的电路,这是为了防止多个电路中有多个电源电压的情况,这样只需设定一个电源电压来规定电源电压的值,而不会发生冲突。
负载电容值的确定:
对于负载电容值的确定是有要求的,因为题目要求单位增益带宽尽可能的大,所以在满足了增益的情况下,需要主极点越大越好,只有主极点越大才能保证单位增益带宽越大。主极点与输出阻抗和负载电容的乘积的倒数有关,而输出阻抗的值影响增益的大小,如果输出阻抗越大,则增益越大,但是主极点越小,从而使单位增益带宽越小,所以只有在增益一定的情况下改变负载电容的值来增加单位增益带宽。

折叠式共源共栅运算放大器的设计报告

折叠式共源共栅运算放大器的设计报告

1.1折叠式共源共栅运算放大器的设计电容改至1.8cp静态工作点3.2.5 运算放大器的仿真1. 小信号低频电压增益分析运放的小信号相频和幅频特性是仿真运放的开环小信号放大倍数,运放的放大倍数随频率的变化趋势;运放的相位随频率的变化趋势;运放的相位裕度;运放的单位增益带宽。

通过仿真这些特性来鉴别运放的放大能力,稳定性和工作带宽。

运放的输出端接2pF的负载电容,在电源电压为5V ,共模输入电压为2.5V ,在运放输入端接差分交流信号1V ,两输入端的输入交流信号相位相反的条件下做交流小信号分析,可以得到运放的小信号相频和幅频特性如图(3.4)所示。

电路图连接如图3.3,仿真程序见附录1.12.5VAC.1图3.3 低频小信号特性仿真电路连接图图3.4 低频小信号电压增益分析图该运算放大器的小信号低频电压增益可以看出是112.793dB 。

满足设计指标。

2. 单位增益带宽程序跟测量小信号低频电压增益时相同,仿真波形如图3.5所示。

该运算放大器的单位增益带宽可以看出100.927MHz.满足设计指标。

图3.5 低频小信号单位带宽分析图3. 相位裕度仿真:从图上看出相位裕度为180°-127°=53°,满足设计指标。

程序和测量小信号低频电压增益时相同。

仿真波形如图3.6。

图3.6 相位裕度分析图4. 转换速率(slew rate)运放的转换速率是分析运放在大信号作用下的反映速度。

仿真运放的转换速率可将运放的输出端和反相输入端相连构成单位增益结构。

运放的同相输入端输入2V到3V的阶跃信号,利用仿真软件对该电路做瞬态分析得到的输出波形见图3.8,从仿真波形得到:在输出上升曲线的10%和90%处,其电压分别为2.9V和2.1V;时间分别为10.7ns和3.32ns。

运放的转换速率SR=(2.9V-2.1V)/( 10.7nS—3.32nS)=108.4 V/μs,满足运放的转换速率的指标要求。

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Schematic Description (3)
Schematic of the folded cascode op amp used in the project
Based on Schematic from [1] Allen/Holberg – CMOS Analog Circuit Design
This current mirror sink, and the current mirror source are the basic modules of the folded cascode op amp.
9 Benjamin Lutgen
Schematic Description (2)
= = = =
2,00 mA 1,20 2,40 mA 2,40 mA Ratio I3 to I4,5
Transistor ratios Transistor widths
Transistor widths
@ Length
Step 3
VSD5 VSD7 S4 S5 S14 S6 S7 S13
= = = = = = =
1. Introduction
3
Benjamin Lutgen
Given Objectives
Objective of the project: • design of an folded cascode operational amplifier • using a new high voltage technology („H35“ 20 V) Meeting these specifications Î
= = = = = = = = = = = = = = =
1,00 123 123 1,00 123 123 417,00 Ohm 417,00 Ohm
Ratio I7 to I9
= = = = = = = = = = = = =
1,23E+02 1,23E+02 Factor i711 1,23E+02 1,23E+02 4,17E+02 4,17E+02 1,28E-01 1,28E-01 3,33E-01 4,17E-01 82,6446281 82,6446281 1,84E-01
5 Benjamin Lutgen
Motivation (2)
The high voltage CMOS Technology H35 provides a high voltage capability up to 50V. In the project, the symmetrical 20V variant with thick oxide is used („xMOS20HS“) Disadvantage: • Less K’n/K’p as in 3.3V technology
2
Step 8 Step 9 Step 10
8
Benjamin Lutgen
Schematic Description (1)
This is a special current mirror sink, with the following attributes: • • • • • High output resistance Small saturation voltage Low power dissipation Self biasing High swing
400 NOK max 249 400 NOK max 249 400 NOK max 249 1,00 Ratio I5 to I7 400 NOK max 249 400 NOK max 249 400 NOK max 249
2 µm
Ratio Width
Trans.
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14
3. Layout Design
– High Voltage Layouting – Final Layout
• Functional Groups
2. Schematic Design
– Practical Version of the Amplifier – Schematic Description – Design Plan
Step 1 Step 2
I3 I4 I5
= = = = = = = = = = = = =
2,00E-03 A Factor k 2,40E-03 A 2,40E-03 A 1V 1V 4,00E+02 4,00E+02 4,00E+02 Factor i57 4,00E+02 4,00E+02 4,00E+02 1V 1V Factor i79
11 Benjamin Lutgen
Design Plan (1)
Design plan from Allen/Holberg - CMOS Analog Circuit Design [1] was used for determining the values of the transistor and resistors
Benjamin LUTGEN Wintersemester 2008/2009 Supervisor: Prof. Dr.-Ing. Andreas König
Benjamin Lutgen
1
Overview
1. Intoduction
– Given Objectives – Motivation
0 0 0
0 µm 0 µm 0 µm
Step 4
VDS9 VDS11 S9 S8 S11 S10
400 800 µm 400 800 µm 400 800 µm 400 800 µm 123 246 µm 123 246 µm 123 246 µm 123 246 µm 0 0 µm 400 800 µm 400 800 µm
S. Nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Characteristics Open loop Gain Gain Bandwidth Phase margin Settling Time Slew Rate Offset Input CMR Output Swing CMRR Power Dissipation Area Consumption Voltage Supply Load Capacitance Load Resistance Specification values > 100 dB 10 MHz > 60 ° < 1 µs 200 V/µs 5 µV ±6V ±8V > 100 dB Minimum Minimum 20 V 10 pF 100 kΩ
12
Benjamin Lutgen
Design Plan (2) Transistor Groups
The transistors in the groups must always have the same ratio. • • • • • M1,2 M3 M4,5,6,7,13,14 M8,9,10,11 M12
• Transistor groups
– LVS Log
4. Summary and Conclusion
– – – – Comparison Specification/Achieved Values Discussion Conclusion References
– First Approach – Second Approach
Characteristics Open loop Gain Gain Bandwidth Phase Margin Settling Time Slew Rate Offset Input CMR Output Swing CMRR Power Dissipation Area Consumption Voltage Supply Load Capacitance Load Resistance VDD VSS Pdiss Vin(max) Vin(min) Vout(max) Vout(min) > SR GB PM > < Symbol > Specification Values 100 dB 1,00E+07 Hz 60 ° 1,00E-06 s 2,00E+08 V/s 5,00E-06 V 6V -6 V 8V -8 V 100 dB min min 10 V -10 V 1,00E-11 F = 1,00E+05 Ohm
4
Benjamin Lutgen
Motivation (1)
The used folded cascode topology offers the following properties: • good common-mode range • self compensation • High gain • Relatively low power-dissipation • High output resistance The special challenge of this project was the transfer of this circuit to a high voltage CMOS technology
in µA/V²
20V
12 35
3.3V
50 110
Technology Technology
K‘p K‘n
6
Benjamin Lutgen
2. Schematic Design
7
Benjamin Lutgen
Practical Version of Amplifier
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