差动放大器差动放大器

实验报告：学号：2010210979 姓名：葛宝瑞班级：0221002 实验一：CS放大器

一．实验步骤：

打开位于桌面上的快捷方式,点击POWERED ON 之后,弹出此界面在用户名中输入：tang，之后会弹出类似界面，输入密码：123456,点击icfb.sh,选择在终端中运行;

2、选择File>New>Library,新建自己所用library；输入一个英文名,然后点击OK;之后选择Attach to an existing techfile 的选项，点OK,再Technology Library 选项里面选择NCSU_Techlib_tsmc02d这个选项；这样就建好了一个library；

3、选中自己所建的library后,点击File_New,新建自己所需要的cell New File；这里选择建立一个名(不可中文),然后就出现了电路图的设计界面;

4、点击Add ，选择Instance 的界面，点击Browse，选择analogLib（这是一个应用的元器库）在cell框中选择nmos4；同时在view框中选择symbol格式，这时这个四段nmos器件就选择好了，然后我们设置器件model name为mn，宽度（Width）预设为4u;长度为1u，这个器件的初始值变设置好了；以同样的方法选取pmos4；如果需要改变参数,选中器件后,点击快捷键q，就进行更改；

5、选择gnd（地端），Vdd（高电位），用导线将器件链接好；点击pin键，在pin name里面写上端口的名字，是vin，代表输入端口;要注意下面要选择端口类型，选择input;然后同样的方法将输出端口名为vout,端口类型为output；最后vb端其类型也为input；

6、类似于4的方法建立工作电源：选择3个vdc，需要的直流电压源,设置电压源的初值为5v，3.8v,1v;再来设置小信号，我们设置初值为1v就差不多能够满足其饱和的需求。而小信号我们采用的是vsin正弦波信号，其ac magnitude为1v,方便我们比较信号的放大倍数；而amplitu为1mv；频率为10kHZ；之后按照下图所示接好所选元器件，同时设定好参数，这样就连好了电路；同时操作注意：点击Esc,为放弃器件选择，也能代表放弃此次操作；还有COPY对元器件的复制操作，先点击COPY之后选择要复制的元器件，左击，然后放到你要的位置，再次左击放置；

二．参数设定:

已知vdd=3V, 输出摆幅2.7V，电流为10uA.

所以两管消耗的过驱动电压共0.3V，每个管0.15V。设置偏置电压V out=1.5V,pmos的阈值电压为1V，|Vds|>|Vgs-Vth|,所以Vgs<1.15V,我们可以取vb=1.8V,直流工作电流为10uA,可以仿出P管宽长比。

NMOS的阈值电压为0.7V,保证工作在饱和区即可，去除加在V out处的电压。可以取vin=0.9V仿出N管宽长比。仿瞬时要加小信号1V，频率10k。根据Av=V out/Vin,求出增益。

三．电路的仿真

1、确定设计的电路无误后，我们就可以进行仿真的实验。首先选择Tools>Analog Environment,进入仿真设置的界面。选择setup>Model Library选项，选择选项卡的右下角browse（浏览）按钮，选择csmc05库文件，之后双击csmc05,选择后缀名为scs 的文件，点击ok，然后在section中输入tt,点击Add，点击OK，这样仿真环境就设置好了；

2、此再进行宽长比的扫描，确定实际宽长，设定工作的电流I为10uA， vout处接 1.5v直流；然后进行dc仿真，选择Analyses>dc>component paramerer>select component选择器件nmos4,点击w然后点击OK；再选择开始为1um,结束为20um；然后点击outputs>to be plotted ,选择源极电流，对电流进行扫描，然后点击netlist run进行扫描；之后再做M1的宽长比的扫描，方法与扫描M0的类似；

扫描的结果如下图：图1 为MO的实际宽度结果

W=7.8u

图2 为M1的实际宽度结果

W=22.6u（设定为两个并联，各11.3u）

（图一）PMOS

（图二）NMOS

四．瞬态（tran）仿真

选择Analyses>tran，设置扫描的时间（stop time）为1ms.然后点击outputs>to be plotted 输出选择vout 节点；得到输出的波形。

五.交流（ac）仿真

选择analyses>ac；选择扫描频率（frequency）范围为1k到100M，然后点击outputs>to be plotted端选择vout得到输出波形；

实验二：差动放大器

一．参数设定

已知Vdd=3V,输出摆幅2.4V，尾电流20uA.

所以假设N和P管的过驱动电压为（3-2.4）/3=0.2V,要使P管工作在饱和区，就保正|Vds|>|Vgs-Vth|，|Vgs|<0.9V,可以取vb=1.8（g点电压）。其次是N管保证工作在饱和区，首先M2，M3由于源极电压不为0，所以有体效应。对于M2，M3管Vds>Vgs-Vth,1+0.2+0.2>Vgs,可以取Vg=1.35V.为保证M4工作在饱和区，0.2>Vg-0.75,可以加Vg=1V.

二．电路的仿真

首先要测出M4宽长比，可以加0.3V的工作电压，让其处于饱和区,选电流为20uA，得W=13.6uM。

在测出M0，M1宽长比，由于同时模拟所以设置变量，同时测量。可以加一个1.5V的源极电压，使其工作在饱和区，选电流10uA,得W=7.8uM。

再测M2，M3宽长比，选择变量模拟，选电流为10uA，得W=18uM。

三．瞬态（tran）仿真

选择Analyses>tran，设置扫描的时间（stop time）为1ms.然后点击outputs>to be plotted 输出选择vout 节点；得到输出的波形。加一交流小信号，电压1V、频率10KHz、1m（amplitude）。

四.交流（ac）仿真

选择analyses>ac；选择扫描频率（frequency）范围为1k到100M，然后点击outputs>to be plotted端选择vout得到输出波形；