模拟集成电路课程设计
基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计课程设计 (2)
基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计课程设计一、前言本课程设计基于模拟电子技术中的运算放大器和模拟集成电路知识，旨在通过对电路设计的实践操作，增加学生对于电路设计的理论知识的深入理解、提高学生动手能力以及解决实际设计问题的能力。
二、课程设计目标通过本课程设计，我们的目标是让学生：1.掌握运用运算放大器和模拟集成电路设计具有特定功能的基本电路原理和方法；2.能够熟练使用多种电路元件进行电路设计和分析；3.能够进行实验调试并对电路的主要性能指标进行测试和分析；4.通过满足实际电路设计的需求，提高学生的工程实践能力和创新能力。
三、课程设计内容本课程设计主要内容包括以下三部分：1. 基于运算放大器的电路设计本部分主要让学生掌握运用运算放大器进行电路设计的基本原理和方法。
课程设计将以多种典型的电路为例，让学生深入了解不同放大器电路的优缺点，掌握运用运算放大器解决具体问题的方法。
2. 基于模拟集成电路的电路设计本部分主要让学生学习模拟集成电路的基本理论，了解不同的模拟集成电路的特点和应用，通过实验操作的方式熟悉常用模拟集成电路的特性，如放大器、滤波器、比较器等等。
3. 电路仿真与PCB设计本部分主要引导学生掌握现代电路设计中应用电路仿真和PCB设计的基本流程和指导思想，同时要求学生在基础上进行创新，尝试将已学知识应用于实际生产中，从而提高学生的创造和实践能力。
四、教学方式本课程设计采用实验室教学为主、辅以理论讲解的方式，主要包括以下几个方面：1.理论讲授：掌握运算放大器和模拟集成电路基本原理、电路设计与分析方法；2.实验操作：掌握电路调试方法、工具操作技巧和主要性能指标测试方法等；3.仿真设计：掌握电路仿真计算的方法、步骤和工具以及PCB设计技巧等。
五、课程设计考核本课程设计考核主要通过三个方面来评价学生的综合能力：1.设计报告：对于每个课程设计要求学生提交一份评估报告，详细介绍电路设计的背景、思路、电路设计过程以及实验测试结果，并且总结提出自己的设计体会和不足之处；2.实验表现：对于每个课程设计任务，要求学生进行实验室操作、调试电路，并且记录测试结果，评分主要在于实验操作的娴熟程度、实验数据的准确性及其分析解读能力等；3.课程考试：用以检验课程设计中所涉及的理论知识掌握程度和应用能力。
CMOS模拟集成电路分析与设计 ppt课件
如果栅电压为负，则耗尽层变薄，栅 与衬底间电容增大。
对于大的负偏置，则电容接近于CGC。
PPT课件
24
1.2 MOS管的极间电容(1)
G
S
C1
C2 C4
C3
Cbs
反型层 耗尽层
d
L
d
p型衬底
D
Cbd
PPT课件
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1.2 MOS管的极间电容(2)
栅与沟道之间的栅氧电容：
C2=WLCox，其中Cox为单位面积栅氧电容εox/tox；
CMOS模拟集成电路分析与设计
主讲教师：吴建辉 Tel：83795677
E-mail：wjh@
PPT课件
1
教材及参考书
教材：
吴建辉编著：“CMOS模拟集成电路分析与设 计”(第二版)，电子工业出版社。
参考书：
Razavi B: Design of analog CMOS integrated circuits
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1、有源器件
主要内容：
1.1 几何结构与工作原理 1.2 极间电容 1.3 电学特性与主要的二次效应 1.4 低频及高频小信号等效模型 1.5 有源电阻
PPT课件
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1.1 MOS管几何结构与工作原理(1)
B p+
G
tox
S
D
G D
n+
n+
p+
n阱 p型衬底
(a)
S
B
p+
n+
W
多晶
d p+接触孔
PPT课件
3
模拟电路与模拟集成电路
分立元件音频放大电路
晶体管数 匹配性 电阻值 电容值 寄生效应影响
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 相关课程
模拟集成电路设计相关课程模拟集成电路设计是电子工程领域中一门重要的课程，涉及到模拟电子电路的设计、分析和优化。
本文将从课程的基本概念、设计流程、常用工具和技术以及实际应用等方面，对模拟集成电路设计进行介绍。
一、基本概念模拟集成电路是指由多个电子元件（如晶体管、电容、电阻等）组成的集成电路，它能够对连续变化的信号进行处理和放大。
模拟集成电路设计是指根据特定的功能需求，设计出能够满足这些需求的集成电路。
二、设计流程模拟集成电路设计的一般流程包括需求分析、电路拓扑设计、参数选择、电路仿真、电路布局和版图设计等步骤。
1. 需求分析：确定电路的功能需求，并对输入输出信号的特性进行分析和量化。
2. 电路拓扑设计：根据需求分析的结果，选择合适的电路拓扑结构，确定电路中各个元件的连接方式。
3. 参数选择：根据电路的性能指标要求，选择合适的元件参数，如晶体管的工作点、电容的容值等。
4. 电路仿真：使用专业的电路仿真工具对设计的电路进行仿真，验证电路的性能指标是否满足要求。
5. 电路布局：将电路中的元件进行布局，考虑元件之间的连接方式、电源线的走向等因素。
6. 版图设计：根据电路布局的结果，进行版图设计，确定元件的具体位置和尺寸，并进行连线。
三、常用工具和技术在模拟集成电路设计中，常用的工具和技术包括电路仿真软件、版图设计软件、器件参数测量仪器等。
1. 电路仿真软件：如Cadence、SPICE等，可以对设计的电路进行仿真，分析电路的性能指标。
2. 版图设计软件：如Cadence Virtuoso、Mentor Graphics等，用于进行电路的版图设计和布局。
3. 器件参数测量仪器：如示波器、频谱仪等，用于对电路中的元件进行性能测试和分析。
四、实际应用模拟集成电路设计在各个领域中都有广泛的应用，例如通信、医疗、汽车等。
1. 通信：模拟集成电路在通信系统中起着重要的作用，例如射频收发器、功率放大器等。
2. 医疗：模拟集成电路在医疗设备中的应用非常广泛，如心电图机、血压计等。
《模拟集成电路设计》实验指导
尺寸 W/L
2um/0.7um=2.86 0.35um/2um=0.175 1um/0.7um=1.43 1um/1.4um=0.71
4、增益 AV 的估算
1 W AV g m1 ro1 / / ro3 2nCox I1 398 52dB ，符合要求。 L 1 n p I1
5、转换速率 Sr 的估算。 Sr=ISS/CL==1.2V/us 满足要求。 6、CMRR 的估算
CMRR ADM 1 1 W W g m3,4 (ro1,2 || ro3,4 )(1 2 g m1,2 RSS ) 2 pCox I3 (1 2 2nCox I 3 ) ACM L 3 n p I3 L 1 n I RSS
估算共模抑制比。 7、PSRR(电源抑制比)的估算 根据第 9 章 p275 对有源电流镜差动对的电源抑制比的计算和分析，电源抑制比的计算 公式为 PSRR gm1 ro1 / / ro3 。 8、输入共模电平和输出共模电平的确定。 根据题目要求，要求输入共模电平 Vin,CM=1.6V；Vout,CM=1.6V。 在以上的设计下，可以得到各个管子等的参数，从而确定电路参数的设计。 9、电路的总功率的估算。 电路的总功率为电压源和电流源的功率之和，即：
9、电路的总功率的估算。 电路的总功率为电压源和电流源的功率之和，即：
PD=PV+PI=VDD (ISS+IREF)-(VDD-VGS6) IREF
电压源的功率为：
Pv=VDD (ISS+IREF)=3.3V (6 3)A=29.7 W
电流源的功率为：
PI=-VI IREF=-(VDD-VGS6) IREF=-(3.3-0.9)V 3uA=-7.2uW
模拟CMOS集成电路设计课程设计
模拟CMOS集成电路设计课程设计一、需求分析1. 需求背景在集成电路领域，模拟CMOS集成电路设计是一个非常重要的领域。
CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术是当今集成电路制造业中最主流的技术之一。
在CMOS技术下，设计出高性能、低功耗、可靠性高的模拟电路是一个十分挑战的任务。
本课程设计旨在培养学生对模拟CMOS集成电路设计的兴趣和能力，提高他们对于模拟电路的理解和掌握。
通过本课程设计，学生将能够掌握深入了解CMOS集成电路的构造，以及掌握电路设计与仿真的能力，为未来的工程实践提供坚实的基础。
2. 需求目标在完成本课程设计后，学生应该掌握以下知识：•理解基本的模拟CMOS电路的设计原理和方法；•掌握CMOS基本电路单元的设计与仿真；•掌握模拟电路的基本设计思路和流程；•能够将所学理论知识应用到实际电路设计当中。
二、设计方案本课程设计采用以下方案：1. 设计内容本课程设计共选取了如下内容：1.理论基础：模拟电路基础知识，CMOS工艺基础知识，CMOS放大电路设计。
2.课程实践：设计CMOS基本电路单元，如MOS晶体管，CMOS反向器，两级放大器等；设计一个完整的模拟CMOS电路，并进行电路仿真。
2. 设计方法本课程设计主要采用以下方法：1.理论讲授：通过PPT等方式，讲授相关理论知识。
2.实验操作：通过仿真软件，进行实验操作。
3.实验报告：要求学生对每次实验操作进行总结和分析，撰写实验报告。
3. 设计时长课程设计时长为一学期，大约为15周。
4. 设计人员本课程设计的设计人员为教师以及学生。
1. 实验平台本课程所使用的仿真软件为Cadence Virtuoso。
2. 实验步骤步骤一：基本电路单元设计1.设计MOS晶体管：需要学生掌握MOS晶体管的基本结构和工作原理，以及P、N沟道MOS晶体管的特点，并仿真其放大特性，如增益、输出电阻、输入电导等。
《模拟集成电路设计》实验指导2
3
copy right @mwy;
Email: mwy@
一些操作 Tips： 可以将输入输出曲线分开进行对比。横向拉开，从而得到更细致的图形。
②可以放置 marker 获得某一点的坐标。方法是点击 marker->place->trace marker (vert marker, horiz marker)。然后点击图形上的某一点，便可显示该点的坐标。 7、静态工作点参数的查看。 DC 分析之后，在 ADE 窗口选择 Tools-Results Browser(这是结果浏览窗口)，弹出直流分 析结果的窗口。依次选择 psf-dcOpInfo-info-M0(M0 的静态工作点)。可以找到 M0 各个参数 值。选中某一项参数点击右键，选择 Tab，可以查看此项参数值。其他管子的参数亦同样查 看。 例如，①在本例中，我们可以查看 M2 管(NMOS)的静态跨导 gm，漏源间的跨导 gds(输出 电阻 ro=1/gds)， 以及 M0 管(PMOS)的漏源跨导 gds， 从而能够手动计算增益。 例如， 当 W=2μm， -4 -5 -5 L=0.18μm 时，可以查看得 gmN=7.33*10 ；gdsN=2.124*10 ；gdsP=1.844*10 。根据增益公式
9、利用计算器(或结合 outputs->setup)获得自己想要的参数值。 计算器功能非常强大，也是我们常用的工具。在 ADE 窗口点击 tools->calculator，可以 调出计算器。也可以在某个波形显示页面用相同的办法调出。计算器显示页面如下： 选择一种分析模式，可以计算的数 据类型会跟随改变。主要的数据类型有：
2 copy right @mwy; Email: mwy@
合工大模拟电路课程设计
合工大模拟电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握模拟电路的基本原理，包括放大器、滤波器、振荡器等关键组成部分的工作原理。
2. 学习并识别常见的模拟电路元件，如电阻、电容、二极管、晶体管等，并了解其特性及应用。
3. 掌握电路分析方法，能够进行简单的电路设计和分析，并解读模拟电路的原理图。
技能目标：1. 能够运用所学知识，使用适当的测试仪器和设备对模拟电路进行搭建、调试和故障排查。
2. 培养学生动手能力，通过课程设计项目，独立完成小型模拟电路的设计和实现。
3. 培养学生的问题解决能力，能够针对特定需求，设计并优化模拟电路解决方案。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对模拟电路及电子工程领域的兴趣，培养探索精神和创新意识。
2. 培养学生的团队合作精神，在课程设计和实验过程中学会相互协作、共同进步。
3. 引导学生树立正确的工程伦理观念，注重实践操作的安全性和环保意识。
课程性质分析：本课程为合肥工业大学模拟电路课程设计，旨在通过理论教学与实践操作相结合的方式，帮助学生深入理解模拟电路原理，并能够应用于实际工程设计。
学生特点分析：考虑到学生处于高年级阶段，具备一定的电子工程基础知识，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力，课程设计将注重理论与实践相结合，提升学生的综合应用能力。
教学要求分析：在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探索、积极思考，同时强调实践环节，确保学生能够将理论知识转化为实际技能，满足未来职业发展的需求。
通过具体的学习成果分解，为教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. 模拟电路基础理论- 放大器原理及其分类- 滤波器、振荡器的工作原理- 模拟电路中常见的反馈类型及作用2. 模拟电路元件- 电阻、电容、电感的特性及应用- 二极管、晶体管的基本工作原理及参数- 运算放大器、比较器等集成电路的功能与应用3. 电路分析方法- 简单电路的搭建与测试- 交流、直流电路分析方法- 模拟电路的频率响应分析4. 课程设计项目- 小型放大器电路设计- 滤波器、振荡器电路设计- 模拟电路综合设计案例5. 教学大纲与进度安排- 第1周：模拟电路基础理论- 第2周：模拟电路元件及集成电路- 第3周：电路分析方法- 第4周：课程设计项目启动，分组讨论- 第5-7周：课程设计项目实施与调试- 第8周：课程设计项目验收与总结教学内容关联教材：《模拟电子技术基础》第1-3章，包括放大器、滤波器、振荡器等内容；《电子线路》第4-6章，涉及电路分析方法和模拟电路元件；《模拟电路课程设计指导书》作为课程设计项目参考。
基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计课程设计
基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计课程设计1. 课程设计概述本课程设计旨在通过运算放大器和模拟集成电路的原理、应用及设计过程等方面的学习，使学生们能够掌握基于运放和模拟集成电路的电路设计方法，并应用所学知识进行电路设计。
本课程设计以模拟电路设计为主，重点学习运放基本类型的电路组成、运放应用电路设计、信号调理电路的设计等知识点。
本课程设计要求学生具备一定的基础电子知识，熟练掌握运放电路的基本原理，通过实践操作提高设计能力和实际操作经验，对实际的电路问题进行有效的解决。
2. 设计实验方案2.1 设计实验目的本实验旨在使学生：1.理解运算放大器的基本特性、功用、特点；2.掌握运扰放大器、电压跟随器等基本电路；3.掌握电荷放大器、测量检测放大器、微分放大器等高级电路；4.了解集成运算放大器的特点和基本使用方法；5.掌握模拟电路的实际设计流程和调试方法。
2.2 设计实验设备1.实验板；2.科技STM32开发板；3.示波器；4.万用表；5.电源供应器等。
2.3 实验步骤实验1：基本运放电路1.搭建非反向运放电路，测量电压放大倍数；2.搭建反向运放电路，测量电压放大倍数；3.搭建电压跟随器电路，测量输出波形和输入波形。
实验2：高级运放电路1.搭建电荷放大器电路，测量电路增益；2.搭建测量检测放大器电路，测量输出电压；3.搭建微分放大器电路，测量电路增益。
实验3：集成运放电路1.学习集成运放的基本组成和特点；2.搭建基于集成运放的电压比较器电路，测试电路的工作情况。
实验4：模拟电路设计1.认识模拟电路设计流程；2.根据实验要求设计模拟电路；3.进行调试和验证，输出实验报告。
3. 实验总结通过本次课程设计，我们深入了解了运放的基本原理、特性和应用电路，掌握了运扰放大器、电压跟随器、电荷放大器、测量检测放大器、微分放大器等基本电路的设计方法，以及集成运放的特点和基本使用方法。
此外，我们还学习了模拟电路的实际设计流程和调试方法，掌握了实际电路问题的解决方法。
模拟集成电路课程设计
模拟集成电路课程设计模拟集成电路课程设计设计目的：设计目的：复习、巩固模拟集成电路课程所学知识，运用复习、巩固模拟集成电路课程所学知识，运用 EDA 软件，在一定的工艺模型基础上，软件，在一定的工艺模型基础上，完成一个基本功能单元的电路结构设计、参数手工估算和电路仿真验证，并根据仿真结果与并根据仿真结果与 指标间的折衷关系，指标间的折衷关系，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，加深对运加深对运加深对运 放、带隙基准、稳定性、功耗等相关知识点的理解，培养分析问题、解决问题的能力。
实验安排：实验安排：同学们自由组合，2 人一个设计小组选择五道题目中的一道完成，人一个设计小组选择五道题目中的一道完成，为了避免所选题目过为了避免所选题目过为了避免所选题目过 度集中的现象，规定每个题目的最高限额为度集中的现象，规定每个题目的最高限额为 4 组。
小组成员协调好每个人的任务，分工合组。
小组成员协调好每个人的任务，分工合 作，发挥团队精神，同时注意复习课堂所学内容，必要时查阅相关文献，完成设计后对验收与考核：验收与考核：该门设计实验课程的考核将采取现场验收和设计报告相结合的方式。
当小组成员完成 了所选题目的设计过程，了所选题目的设计过程，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，可以申请现场验收，可以申请现场验收，可以申请现场验收，向老向老向老 师演示设计步骤和仿真结果，通过验收后每小组提交一份设计报告（打印版和电子版）。
其。
其 中，设计指标，电路设计要求和设计报告要求的具体内容在下面的各个题目中给出了参考。
成绩的评定将根据各个小组成员在完成项目中的贡献度以及验收情况和设计报告的完成度 来确定。
来确定。
时间安排：时间安排：机房开放时间：2013 年 10 月 28 日～11 月 8 日，8:30~12:00，14:00~18:00课程设计报告提交截止日期：2012 年 11 月 15 日该专题实验的总学时为该专题实验的总学时为 48 学时（1.5 学分），请同学们安排好知识复习，理论计算与上，请同学们安排好知识复习，理论计算与上机设计的时间，该实验以上机设计为主，在机房开放时间内保证在机房开放时间内保证 5 天以上的上机时间，我们我们 将实行每天上下午不定时签到制度。
模拟集成电路教程教学设计
模拟集成电路教程教学设计简介模拟集成电路是电子工程中的一个重要概念。
学习模拟集成电路能够帮助学生深入理解电路的工作原理和实际应用场景。
本文将介绍一个教学设计，帮助教师在课堂中进行模拟集成电路教学。
教学目标•了解模拟电路的基本概念、性质以及主要特点•掌握常见的模拟电路的组成及其原理•能够使用基本工具分析和设计模拟电路教学内容第一部分：基本概念本部分将介绍模拟电路的基本概念，包括电路、信号、电源等等。
电路•简单电路的介绍•电路的元件、参数和符号•电压、电流、功率的定义和关系信号•信号的基本概念及表示•常见信号的波形、频率、幅度等参数的解释电源•直流电源和交流电源的概念和区别•电源的特性和参数第二部分：常见模拟电路的组成原理本部分将介绍常见模拟电路的组成原理，包括各种放大器、滤波器等等。
放大器•放大器的基本原理•常见的放大器分类及其特点•基本放大器电路设计滤波器•滤波器的基本原理•常见的滤波器分类及其特点•基本滤波器电路设计第三部分：模拟电路的分析和设计本部分将介绍模拟电路的分析和设计方法，包括常用的电路分析方法、SPICE 软件使用方法等。
电路分析•基本电路分析法和公式•节点法和电路分析法的对比及选择•电路分析的实例分析SPICE软件•SPICE软件的概念和特点•SPICE软件在模拟电路中的应用•SPICE软件的使用方法及实例分析教学方法•讲授：通过课堂讲授，介绍模拟电路的基本概念、常见模拟电路的组成原理、模拟电路的分析和设计方法等。
•实验：通过实验，帮助学生理解模拟电路的原理和应用。
•讨论：通过小组讨论，促进学生之间的交流和互动，提高学习效果。
教学评估学生在学习过程中，应该进行以下相关学习评估和测试：•课程设计作业和答辩：设计一个模拟电路，并进行分析和设计。
通过答辩，了解学生掌握模拟电路的能力。
•期末考试：考核学生对模拟电路的理解和应用能力。
考试内容涵盖模拟电路的基本概念、常见模拟电路的组成原理、模拟电路的分析和设计方法，实验考核等。
模拟集成电路课程设计.pdf
模拟集成电路课程设计CMOS两级运放设计一、摘要本课程设计要求完成一个两级运放的设计，采用设计工艺为CMOS的0.35um工艺技术，该工艺下器件可以等效为长沟道器件，在分析计算时可采用一级模型进行计算。
本次设计主要了对于共模输入电压等指标提出了要求，详见下表。
在正文中将就如何满足这些指标进行分析与讨论，并将计算结果利用cadence进行仿真，得出在0.35um工艺电路的工作情况。
二、电路分析课程设计的电路图如下：输入级（第一级）放大电路由M1-M5组成，其中M1与M2为NMOS差分输入对管，M3与M4为PMOS有源负载，M5为第一级提供恒定的偏置电流。
输出级（第二级）放大电路由M6、M7以及跨接在M6栅漏两端（即第二级电路输入与输出两端）的电容Cc组成，其中PMOS管M6为共源极接法，用于实现信号的放大，而M7与M5功能相同，为第二级提供恒定的偏置电流，同时M7还作为第二级的输出负载。
Cc将用于实现第二级电路的密勒补偿，改变Cc的值可以用于实现电路中主极点与非主极点分离等功能。
偏置电路由恒流源IB和以二极管形式连接的M8组成，其中M8与M5，M7形成电流镜，M5和M7为相应电路提供电流的大小由其与M8的宽长比的比值来决定。
三、设计指标本模块将根据设计要求的指标逐一进行分析：开环直流增益：考虑直流增益时忽略所有电容的影响，画小信号图如下：由小信号图可以得到电路中的直流增益为：A v =−g m1r 02,4g m6r o6,7式中r 02,4=r o2||r o4，r o6,7=r o6||r o7，考虑到差分输入对管的一致性，故(W/L)1=(W/L)2，从而g m1=g m2，故上述表达式中用g m1代为表示。
同时，考虑到下式：g m =2I (V gs −V th )以及表达式：r o =1λI =V E L I 从而可以将直流增益表达式表述为：A v =−4λn λn λp λp(V gs −V th )1(V gs −V th )6(λn +λp )2 同时可以将λ用V E L 替换，可以得出增益的大小在设计时只与MOS 管的过驱动电压和沟道长度有关，当过驱动电压确定时（一般选取0.2V ），则需要通过增加沟道长度L 来提高增益。
模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告(二级放大器的设计)教材
模拟CMOS集成电路设计课程设计报告--------二级运算放大器的设计信息科学技术学院电子与科学技术系一、概述：运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。
运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。
它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。
它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。
二、设计任务：设计一个二级运算放大器，使其满足下列设计指标：工艺Smic40nm电源电压 1.1v负载100fF电容增益20dB 至少40dB3dB带宽20MHz输入小信号幅度5uV 共模电平自己选取输出共模电平自己选取电路结构两级放大器相位裕度60~70度功耗无要求三、电路分析：1.电路结构：最基本的二级运算放大器如下图所示，主要包括四部分：第一级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。
2.电路描述：输入级放大电路由PM2、PM0、PM1和NM0、NM1组成。
PM0和PM1构成差分输入对，使用差分对可以有效地抑制共模信号干扰；NM0和NM1构成电流镜作为有源负载；PM2作为恒流源为放大器第一级提供恒定的偏置电流。
第二级放大电路由NM2和PM3构成。
NM2为共源放大器；PM3为恒流源作负载。
相位补偿电路由电阻R0和电容C0构成，跨接在第二级输入输出之间，构成RC米勒补偿。
此外从电流电压转换角度来看，PM0和PM1为第一级差分跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。
NM0和NM1为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压。
NM2为第二级跨导级，将差分电压信号转换为电流，而PM3再次将电流信号转换成电压信号输出。
偏置电压由V0和V2给出。
3.静态特性对第一级放大电路：构成差分对的PM0和PM1完全对称，故有G m1=g mp0=g mp1 (1)第一级输出电阻R out1=r op1||r on1 (2)则第一级电压增益A1=G m1Rout1=g mp0,1(r op1||r on1) (3) 对第二级放大电路：电压增益A2=G m2R out2= -g mn2(r on2||r op3) (4) 故总的直流开环电压增益A0=A1A2= -g mp0,1g mn2(r op1||r on1)(r on2||r op3) (5)由于所有的管子都工作在饱和区，所以对于gm 我们可以用公式 g m =D I L W )/(Cox 2μ (6) 进行计算；而电阻r o 可由下式计算 r o =DI 1λ (7)其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L 。
大学模电数电课程设计
大学模电数电课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解模拟电子技术和数字电子技术的基本概念、原理及电路组成；2. 掌握常用模拟集成电路和数字集成电路的功能、应用及相互转换方法；3. 了解模拟电子技术和数字电子技术在现代电子系统中的应用。
技能目标：1. 能够分析并设计简单的模拟电路和数字电路；2. 学会使用相关软件（如Multisim、Proteus等）进行电路仿真和测试；3. 能够运用所学知识解决实际问题，具备一定的创新能力和实践能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣和热情，激发学习积极性；2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与表达能力；3. 增强学生的责任感，使其认识到电子技术在国家发展和社会进步中的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在帮助学生掌握模拟电子技术和数字电子技术的基本理论，提高实践操作能力，培养创新意识和团队协作精神。
课程目标分解为具体学习成果，以便后续教学设计和评估。
通过本课程的学习，学生将能够具备一定的电子技术理论基础，为后续相关专业课程的学习和实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 模拟电子技术基础：- 模拟信号与模拟电路概念；- 基本放大电路原理与类型；- 模拟集成电路原理及应用；- 模拟信号处理技术。
2. 数字电子技术基础：- 数字信号与数字电路概念；- 逻辑门电路与组合逻辑电路；- 时序逻辑电路与触发器；- 数字集成电路及其应用。
3. 模数转换与数模转换：- 模数转换器（ADC）原理及类型；- 数模转换器（DAC）原理及类型；- 模数转换与数模转换在实际应用中的案例分析。
4. 仿真与实践：- 使用Multisim、Proteus等软件进行电路仿真；- 设计并搭建简单的模拟电路与数字电路；- 进行电路测试与分析，解决实际问题。
教学内容根据课程目标制定，涵盖模拟电子技术和数字电子技术的基本理论、电路设计及应用。
教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应。
模拟集成电路的设计223z-PPT课件
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五、pn结方程
其中，
n Pn 0 i ND
2
ห้องสมุดไป่ตู้
n p0
n i NA
2
模拟集成电路设计
2009.5
§2-2:pn节
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六、小结
突变pn结反偏特点： 1. pn结存在内建电场（势垒） 2. 耗尽区宽度与 成正比
3. pn结耗尽区具有电容效应，并受外加电压影响。
pn结反向偏置应用： 1. 隔离作用 2. 可变电容
E ( x x ) q v ( E ( x ) dx ( N x N x )) 2 2
0 D 2 D n 2 A p 0n p si
6. 耗尽区宽度：
2 s i( v )N 0 D A x n (N N ) D A D qN
x d x n x p
模拟集成电路设计
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§2-2:pn节
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二、突变结的数学描述
假设pn结开路,理想pn结截面如图:
内建电场产生的电位差,即势垒:
0 V t ln(
式中: V kT t
NAND ) 2 ni
,
q
ni
2
是硅的本征载流子浓度。
模拟集成电路设计
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§2-2:pn节
§2-2:pn节
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7. 耗尽层电容（势垒电容）
C A qN N 1 j 0 si si A D C A j 1 / 2 m d 2 ( N N ) v ) ( v ) A D 0 D 0 D (
1 / 2
0.33 < m <0.5
（平板电容）
第2章-第2节
集成电路课程设计
集成电路课程设计一、课程设计介绍本课程设计是为了建立集成电路设计方法的实践基础，提高学生动手能力和学习积极性。
要求学生在理解并熟练掌握基础理论知识的基础上，按照课程设计题目所要求的要求来设计一个高质量的集成电路。
完成课程设计，可提高学生的集成电路设计能力和实践能力，帮助学生进一步改善其设计技术和知识水平。
二、课程设计目标1.帮助学生综合运用基础知识和方法来设计集成电路。
2.提高学生实践能力和动手能力，加强对仿真分析面板的掌握程度。
3.培养学生能够独立设计和生产产品的能力，提高其实践技能和创新思维水平。
三、课程设计任务1.学生需要独自完成一个集成电路设计，设计成果采用仿真分析面板进行模拟测试和调试。
2.学生必须对设计成果进行完整的仿真与分析，确定其可行性和优劣性。
3.学生必须对设计成果进行完备的性能检测和质量测试，确保其满足相关规范和标准要求。
四、课程设计内容1.综合应用集成电路设计基础知识和方法，完成一个符合要求的集成电路设计。
2.学生需要设计出基于CMOS工艺的集成电路，要求设计成果具有可预测的性能和高集成度。
3.学生需要采用仿真分析面板进行模拟测试和调试，分析和优化设计方案。
4.学生需要严格按照标准流程进行测试和检测，确保设计成果满足相关要求和标准。
五、课程设计流程1.了解课程设计任务和要求，并按照规定时间完成相应的研究和设计工作。
2.确定集成电路设计的需求和设计方案，在研究设计方案的过程中，要重点考虑工艺方案，分析集成电路性能。
3.利用相应的导入文件，进行仿真测试和调试，分析和评估方案的优劣，确定相关参数。
4.完成集成电路的布局、硅片刻蚀等基础工作，进一步实现设计成果。
5.完成集成电路生产后，进行全面的功能检测和质量测试，确保设备满足相关检验要求。
六、课程设计要求1.设计成果应符合集成电路设计的相关要求和标准，具有高可信度和优良的性能指标。
2.设计成果应严格按照标准测试流程进行测试和检测，确保其满足相关规范和标准要求。
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模拟集成电路课程设计CMOS两级运放设计摘要本课程设计要求完成一个两级运放的设计，采用设计工艺为CMOS的0.35um工艺技术，该工艺下器件可以等效为长沟道器件，在分析计算时可采用一级模型进行计算。
本次设计主要了对于共模输入电压等指标提出了要求，详见下表。
在正文中将就如何满足这些指标进行分析与讨论，并将计算结果利用cadence进行仿真，得出在0.35um工艺电路的工作情况。
电路分析课程设计的电路图如下：输入级（第一级）放大电路由M1-M5组成，其中M1与M2为NMOS差分输入对管，M3与M4为PMOS有源负载，M5为第一级提供恒定的偏置电流。
输出级（第二级）放大电路由M6、M7以及跨接在M6栅漏两端（即第二级电路输入与输出两端）的电容Cc组成，其中PMOS管M6为共源极接法，用于实现信号的放大，而M7与M5功能相同，为第二级提供恒定的偏置电流，同时M7还作为第二级的输出负载。
Cc将用于实现第二级电路的密勒补偿，改变Cc的值可以用于实现电路中主极点与非主极点分离等功能。
偏置电路由恒流源IB和以二极管形式连接的M8组成，其中M8与M5，M7形成电流镜，M5和M7为相应电路提供电流的大小由其与M8的宽长比的比值来决定。
设计指标本模块将根据设计要求的指标逐一进行分析：开环直流增益：考虑直流增益时忽略所有电容的影响，画小信号图如下：由小信号图可以得到电路中的直流增益为：A_v=-g_m1 r_02,4 g_m6 r_o6,7式中r_02,4=r_o2 ||r_o4，r_o6,7=r_o6 ||r_o7，考虑到差分输入对管的一致性，故〖(W/L)〗_1=〖(W/L)〗_2，从而g_m1=g_m2，故上述表达式中用g_m1代为表示。
同时，考虑到下式：g_m=2I/((V_gs-V_th))以及表达式：r_o=1/"λI" =(V_E L)/I从而可以将直流增益表达式表述为：A_v=-(4λ_n λ_n λ_p λ_p)/((V_gs-V_th )_1 (V_gs-V_th )_6 (λ_n+λ_p )^2 )同时可以将λ用V_E L替换，可以得出增益的大小在设计时只与MOS管的过驱动电压和沟道长度有关，当过驱动电压确定时（一般选取0.2V），则需要通过增加沟道长度L来提高增益。
由于对于0.35um的工艺库并不熟悉，可以通过对单管进行dc仿真，得到所需的厄利电压等参数，但在实际应用中并不需要，主要做法是根据计算得到的电路偏置电流，通过确定的过驱动电压进行单管仿真得到合适宽长比的工作在饱和区的MOS管。
单位增益带宽（GBW）：分析GBW时需要考虑电路在高频条件下的工作情况，小信号图如下：（C_L为C_DB6、C_DB7以及C_L之和，C_n1同理）上图中忽略了M3点产生的极点，原因有两个：1. M3点产生的极点大小为g_m3/(2π(〖2C〗_gs3+C_db3+C_db1))，约等于g_m3/(2π(〖4C〗_gs3))，在GBW之外；2. 由于小信号电流经过M1再经过M3，M4电流镜与直接经过M2到达输出的电流两者之间为相加形式，即产生了一个前馈通路，从而将引入一个零点，又由于两条通路的放大倍数一致，从而引入的零点为极点的两倍。
引入的零点将对极点进行补偿，进一步削弱了极点对增益以及相位裕度的影响，从而对于M3点的极点可以忽略。
对于上图中的情况进行分析可得到有极点：p_1=-1/(2πr_02,4 g_m6 r_o6,7 C_C )p_2=-g_m6/(2πC_L ) 1/(1+C_n1/C_C )同时还存在一个零点为：z= g_m6/(2πC_C )由于r_02,4>g_m6，所以主极点为p_1，从而得到GBW=A_v p_1=g_m1/(2πC_C )同时考虑到相位裕度的要求，由于负极点以及正零点均会是相位恶化，对于双极点系统，通常要求：p_2>2GBW（对于本课程设计考虑到有正零点介入，将在电路设计中具体分析。
）所以对于零点越远，其与GBW的关系基本由g_m1和g_m6的比值决定，g_m6越大越好；对于非主极点，从表达式中可以看出Cc越大，GBW越小（p_1越小），p_2越大，可视为实现了两个极点的分离。
可以近似认为需要满足以下要求：当C_C?C_n1时，(2g_m1)/C_C <g_m6/C_L所以对于给定设计要求GBW，可以确定Cc然后通过调节g_m1和g_m6的比值来实现GBW和相位裕度。
相位裕度（PM）：指标设计要求如上所述。
可以采用下式进行设计时的估算：PM=90°-arctan GBW/p2-arctan GBW/z-?其中?为M3处的零极点对引入的相位裕度的变化，可以近似为5°（该数据参看Sansen 书，《模拟集成电路设计精粹》）。
转换速率（SR）：对于本课程设计中的转换速率可以分两部分来讨论，一部分是对于Cc 进行充放电的内部转换速率，另一部分则是对于C_L进行充放电的外部转换速率。
如左图所示对于一个大的负输入阶跃信号，则M2截止，电流I_DS5全部从M1、M3流过，M4由于电流镜作用也会产生相同大小的电流，这部分电流将从Cc流过，在Cc上产生一个电压梯度，斜率为?V/?t=I_DS5/C_C ，若M7在变化过程中能够提供足够的电流给M6，则V_GS6保持不变，从而输出节点成如上述梯度下降。
对于大的正输入阶跃信号，同理。
所以对于内部Cc充放电的内部SR的表达式可以表示为：SR_int=I_DS5/C_C同理对于C_L的充放电得到的外部转换速率进行分析，主要考虑对于C_L的放电过程，因为放电过程中M6有大的过驱动电压可以实现快速充电。
放电时，对应的为一个大的负输入阶跃信号的情况，由于I_DS7受偏置电流及相互间的宽长比控制，可视为恒定值，同时I_DS5也需要占用一部分，所以能够提供给C_L的电流大小为I_DS7-I_DS5，所以对于外部节点的转换速率大小为：SR_ext=(I_DS7-I_DS5)/C_L而整个电路的SR大小为：〖SR=min?(SR〗_int,SR_ext)。
静态电流：本次课程设计中的静态电流总和可以表示为：I_tot=I_ref+I_DS5+I_DS7根据仿真结果对电流进行累加可以得到I_tot，从而〖P=V_DD I〗_tot电路设计根据以上对于设计指标的理论分析，结合本次课程的实际设计要求，对电路进行如下设计：预先设计所有MOS管过驱动电压为0.2V，以确保MOS管都能工作在饱和区。
设计C_C=1/3 C_L=1pF，这样实现了极点分离要求C_C大而GBW的设计要求C_C小的折中选择。
根据GBW的表达式：GBW>30MHzGBW= g_m1/(2πC_C )=I_DS1/(πC_C (V_gs-V_th )_1 )从上式可以计算的I_DS1>18.8uA，即I_DS5>37.6uA根据相位裕度的要求：PM>60°为实现相位裕度的要求，用下式进行估算：PM=90°-arctan GBW/p2-arctan GBW/z-?>60°由于C_C=1/3 C_L，所以p2=1/3 z，要求p2≥3GBW（当p2=3GBW时，PM=60.2°），即非主极点在3GBW之外，零点在9倍GBW之外能够实现。
则可以得到下式：(3g_m1)/C_C ≤g_m6/C_L即g_m6≥9g_m1对于相同的(V_gs-V_th)，则可以得到：I_DS5≥9I_DS1根据SR的表达式：SR>30V/us〖SR=min?(SR〗_int,SR_ext)根据前两个分析得到的结果：SR_int=I_DS5/C_C =〖2I〗_DS1/C_CSR_ext=(I_DS7-I_DS5)/C_L =〖7I〗_DS1/〖3C〗_C >SR_int所以得到：SR_int=〖2I〗_DS1/C_C >30V/us进一步计算得到：〖I_DS5=2I〗_DS1>30uA；将该结果与GBW分析中得到的结果进行比较可以得到，同时满足SR与GBW要求：I_DS5>37.6uA直流增益的实现：Av>60dBA_v=-(4λ_n λ_n λ_p λ_p)/((V_gs-V_th )_1 (V_gs-V_th )_6 (λ_n+λ_p )^2 )同时利用1/"λ" =V_E L，可以得到:A_v=-(4〖V_EN〗^2 〖〖V_EP〗^2 L_2 L〗_4 L_6 L_7)/((V_gs-V_th )_1 (V_gs-V_th )_6 (V_EN L_2+V_EP L_4 )(V_EN L_7+V_EP L_6 ) )从上式可以得到A_v至于沟道长度L和过驱动电压有关，在过驱动电压设置为0.2V的情况下，为实现大的直流增益，需要增大沟道长度L，故统一选取MOS管沟道长度L=3Lmin=1um，采用此沟道长度来进行设计。
宽长比数据设定：由于对于工艺库没有了解，不清楚uCox等参数的数据，所以采用仿真的的方法设计出在确定偏置电流和过驱动电压下合适的MOS管宽长比。
出于留足余量的考虑，同时由于功耗要求相对宽裕，设计时取I_ref=80uA，I_DS5=80uA，I_DS7=800uA。
设计宽长比参数如下：〖(W/L)〗_1=〖(W/L)〗_2=5〖(W/L)〗_3=〖(W/L)〗_4=10〖(W/L)〗_5=〖(W/L)〗_8=5〖(W/L)〗_6=200〖(W/L)〗_7=50Cadence仿真Av图，零极点图，电路图，结论与讨论本次课程设计结合我本人所上的ASIC实验的课程设计利用Cadence设计完成，对于自己完成的设计总体来说数据均已达标。
但我认为依然可以从如下角度进行改进：分别就低功耗和高速两个角度进行设计，由于此次设计过程中对于各项参数都留了很宽裕的空间（特别是相位裕度，在初期设计时感觉比较难满足），所以造成了M6，M7两管的过大，虽然如此提供了相对好的相位裕度，功耗上的损失却很大。
故从低功耗的角度可以减小M6，M7的尺寸，使其恰好工作在设计指标的范围内。
而对于高速角度，可以增大M1，M2等第一级MOS管的尺寸同时第二级M6，M7适当减小，这样第一级的电流增加可以有效的提高SR。
对于MOS管沟道长度的设计，在本次设计中直接将L全部定义在了1um，但是L的选择从一定程度上影响了电路最后的面积，同时对于1/f噪声等也一会造成影响，所以是否可以考虑分开划分MOS管的沟道长度。
不过对于本设计有一定的难度，因为M6与M3，M4要做到匹配，同时M7也最好能够与M5，M8做到匹配，所以沟道长度都需要选取一致。