CMOS二级运算放大器设计

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两级运算放大器设计文档-20150116

点，使补偿后的运放只有一个极点。这就要求：
fZ

1
2
CC
(
g
m
1 6

RZ
)
gm6
2 CL
RZ
CC CL gm6 CC
(b) 消去零点。即将零点移至无穷远处。这就要求
gm6Rz 1
(c) 将零点移到左半平面略大于 GBW 的位置。一般为 1.2 倍 GBW 处（why？），原因：1,2GBW 处的零点既不影响幅度特性，又能很好地贡献相位裕度。
=
��
=
��1 2��
=
��1 ��1
��1
1 2��
（5）
B 相位补偿分析：
如图 1 电路，加入一个与 Cc 的串联电阻之后，电路的零点变为：
第六章仿真
6.1 直流增益、带宽和相位裕度
结果说明
A1 A2 增益 3dB带宽增益带宽积相位裕度
16.64 20.8 50.8dB 4.2MHZ 1.88GHZ 62deg
仿真结果图示
6.2 偏置电路设计：
注：此电路没有做输入偏置，后续工作应做一个 342mv 的偏置供输入。
放大器 symbol 测试
W 502.392u 502.392u 155.416u 155.416u 342.083u 104.154u 849.32u 306.99u
5.4 计算&仿真参数
DC参数 Vout Vp Vgs1 Vgs2 id1 id2

一种CMOS二级密勒补偿运放的设计

一种CMOS二级密勒补偿运放的设计一个实际的运放电路包含很多极点，为了使运放可以正常工作必须对其进行频率补偿。

所谓“补偿”就是对运放的开环传输函数进行修正，这样就可以得到稳定的闭环电路，而且获得良好的时间响应性能。

两级运放的频率补偿存在一个问题。

我们的补偿原理是使其中一个主极点向原点靠拢，目的是使增益交点低于相位交点。

然而这样就需要一个很大的补偿电容。

大电容在集成电路中是很难制作而且不经济的。

实践证明，通过密勒效应可以以一个中等的电容器的值实现单独利用大电容才可以做到的补偿效果。

这种补偿方法就是“密勒补偿”。

一种CMOS 二级密勒补偿运放的设计，主要有第一级差分放大，第二级共源级放大，电流偏置电路以及密勒补偿电路四部分组成。

首先，手动计算各项参数，分析各项参数与性能之间的相互制约关系。

然后，利用电路EDA仿真软件对电路进行仿真，对参数进行一些微调以满足运放的设计指标。

因为数字集成电路的规律性和离散性，计算机辅助设计方法学在数字集成电路的设计中已经具有很高的自动化。

但是由于模拟电路设计的一些不确定性，一般来说，手工进行参数的预算是不能缺少的一个环节。

运算放大器（简称运放）是许多模拟系统和混合信号系统中的一个完整部分。

各种电路系统中都离不开运放：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。

运算放大器的设计基本上是分为两个部分。

第一是选择电路结构，第二是电路的各项参数的确定。

比如静态工作电流，每个管子的尺寸等参数。

这个步骤包含了电路设计的绝大部分工作。

很多参数的确定需要不断地权衡来满足性能。

该设计第二章分析电路的原理开始,第三章接着介绍对运放的各个指标做介绍和分析。

第四章以具体的指标要求为例，分析约束条件，进行手算。

之后使用HSPICE 进行电路仿真。

2电路分析2.1 电路结构选定的 COMS 二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图 2.1 所示。

主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。

两级CMOS运算放大器设计

从CC和GB的表达式来确定输入晶体管的跨导，可以用下面方程来计算跨导gm2
gm2 GB CC
从而可直接求得输入晶体管M2的宽长比
W L2
gm22 K2` I5
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两级CMOS运算放大器的设计步骤（3）
下面利用共模电压范围（低电平）计算M5的饱和电压：
VDS5 Vin(min)I51VT1(max) 若VDS5＜100mV，则可能会使(W/L)5过大，这是不可接受的。若VDS5＜0V，则说明所确定的共模范围CMR的技术规范太严了。为此，我们可以减小I5或增加 (W/L)1。注意，应考虑条件改变后对前面设计步骤的影呐。这样反复迭代，直到获得满意的结果。由求得的VDS5及(W/L)5为
↓1/2
↑1/2
↑
L
W/L
↑
↑1/2
M7 补偿电容 CC
L
↑
增大GB
↑1/2
↑1/2
↓
增大RHP零点
↑1/2
↑1/2
↓
增大SR
↑
↓
增大 CL
↑
在完成以上计算和设计后，可以采用Spice仿真软件进行仿真验证。
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四、两级运放的仿真和测试
仿真是对设计的细化和验证，对精度的提高，对性能的优化，是一个主次逼近理想值的过程。
运放平衡时有：I5=I6=I7，因此可得：
W L7
WL5
I6 I5
最后检查运放的总增益和运放功耗：
AV I522g3m 2Ig6m 667
如果增益太低，许多参数还可再做调整。
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运放的性能与器件、电流之间的关系
漏极电流
M1和M2 M3和M4 M6

CMOS 两级运算放大器设计

第一章概述
本设计要完成的电路如图 1 所示。该运放采用两级结构，第一级是差分对输入，镜像电流源作负载，第二级是共源输入，电流源负载。由于两级结构至少有两个极点，相位偏移达到至少 180°，因此用密勒电容进行补偿，同时为增大相位裕度，在密勒电容前串接一个电阻，此处用 MOS 管实现，来引入一个零点，增大相位裕度。偏置电路采用微电流源，或恒 Gm 偏置，使偏置不受电源的影响。本设计电源电压采用 5V，负载电容 3pF。
1
M1 VN
M2 VP
2
3
M3
M4
GND 图 3 第一级等效电路
图 4 第一级小信号等效电路
由图 4 得第一级共模增益
− 1 || ro3,4
Acm1 ≈
2gm3,4 2
1 2 g m1,2
+
ro5
≈− 1
gm1,2
1 + 2gm1,2ro5 gm3,4
两级运放的 CMRR 与第一级的 CMRR 相等，故
0.9(VDD-VSS)]
静态功耗开环直流增益单位增益带宽
≤ 2mW ≥ 80 dB Maximize
相位裕量转换速率共模抑制比负电源抑制比等效输入噪声
≥ 60 degree ≥ 30 V/us ≥ 60dB ≥ 80dB ≤ 300 nV/rt Hz@1KHz
第 2 页 / 共 26 页
+ RO (Cc
+ CL )⎤⎦ +1
其中 ξ = CECc + CECL + CcCL
在 CE << Cc ,CL 时，两个极点分别为
( )( ) ( ) ( ) ( ) ϖ p1 = RS

CMOS两级运算放大器-设计分析报告

CMOS两级运算放大器-设计报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：CMOS两级运算放大器设计及仿真实验报告班级：学号：姓名：日期：一、运算放大器设计简介运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。

各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。

运算放大器的设计可分为两个步骤。

第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。

确定好的电路结构不能轻易修改。

运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。

为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。

在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。

在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。

若不符合，再回到手工计算，调试电路。

二、设计目标电路参数要求：(1)直流或低频时的小信号差模电压增益Avd = 4000V/V(72dB)(2)增益带宽积GBW = 10MHz(3)输入共模电压范围Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V(4)输出电压摆幅0.2V < Vout < 1.5V(5)相位裕度PM = 60(6)负载电容CL = 1pF(7)电源电压VDD = 1.8V使用CMOS-90nm工艺库。

三、电路设计1.电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。

主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。

2.电路描述输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。

如下图所示。

输出级放大电路由PM1和NM4组成，其中PM1为共源放大级电路，NM4为电流源偏置电路。

(完整word版)CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计

课程设计报告设计课题:CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计姓名：XXX专业:集成电路设计与集成系统学号:1115103004日期2015年1月17日指导教XXX师：国立华侨大学信息科学与工程学院一:CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计1：电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路.2：电路描述：输入级放大电路由M1～M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载;M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流.输出级放大电路由M6和M7组成，M6为共源放大器,M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

偏置电路由M8~M13和Rb组成,这是一个共源共栅电流源,M8和M9宽长比相同.M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。

对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。

在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。

相位补偿电路由M14和Cc组成，M14工作在线性区,可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。

3:两级运放主体电路设计由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有R1表示第一级输出电阻，其值为则第一级的电压增益对第二级，有第二级的电压增益故总的直流开环电压增益为所以4：偏置电路设计偏置电路由M8~M13 构成,其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13,电阻RB 串联在M12 的源极,它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。

为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。

最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13,同时也为M5 和M7提供偏置。

CMOS两级运算放大器设计报告

CMOS两级运算放大器设计报告CMOS两级运算放大器设计及仿真实验报告班级：学号：姓名：日期：一、运算放大器设计简介运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。

各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。

运算放大器的设计可分为两个步骤。

第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。

确定好的电路结构不能轻易修改。

运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。

为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。

在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。

在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。

若不符合，再回到手工计算，调试电路。

三、电路设计1.电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。

主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。

2.电路描述输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。

如下图所示。

输出级放大电路由PM1和NM4组成，其中PM1为共源放大级电路，NM4为电流源偏置电路。

如下图所示。

电流源偏置电路由NM0、NM2与NM4组成，其中NM0接偏置电流源，电流源电流为30uA。

两级CMOS运算放大器设计

两级CMOS运算放大器设计引言CMOS运算放大器是现代电路设计中的重要组成部分，它在模拟电路中扮演着关键的角色。

CMOS运算放大器由于其低功耗、高增益和较低的失调电压而备受青睐。

本文将介绍两级CMOS运算放大器的设计方法，包括电路结构、工作原理以及性能指标。

电路结构两级CMOS运算放大器由两个级联的CMOS差动放大器组成，它们的输出分别连接在第二级差动放大器的输入上。

这种结构能够提供更高的增益和更好的线性度。

差动放大器差动放大器是CMOS运算放大器的关键组成部分，它用于将输入信号转换为差模信号，并放大差模信号以提供一个具有高增益的输出。

CMOS差动放大器由一对输入端和一对输出端组成，每个输入端都连接了一个NMOS和一个PMOS管，这样可以实现单端输入和差分输入。

工作原理两级CMOS运算放大器的工作原理如下：1.输入信号被差动放大器的第一级转换为差模信号，并经过第一级放大。

第一级放大的输出信号被传递给第二级放大器。

2.第二级差动放大器放大差模信号，然后将其转换为单端输出信号。

3.输出信号经过一个输出级，通过一个负反馈回路被注入到第二级差动放大器的输入上。

设计步骤下面是设计两级CMOS运算放大器的一般步骤：1.确定电路的性能指标，例如增益、带宽以及失调电压等。

2.根据给定的性能指标选择差动放大器和输出级的电路结构。

3.根据选择的电路结构计算电路的参数，例如电阻、电容和晶体管的尺寸等。

4.使用电路模拟工具，例如SPICE，对电路进行仿真和优化。

5.布局电路，并进行布线。

6.进行电路的后仿真和测试。

性能指标两级CMOS运算放大器的性能指标通常包括以下几个方面：1.增益：运算放大器的增益是指输出信号相对于输入信号的放大程度。

在设计过程中，需要根据实际应用需求确定所需的增益。

2.带宽：带宽是指运算放大器能够输出一个相对稳定的放大信号的频率范围。

一般来说，带宽越大，运算放大器的性能越好。

3.失调电压：失调电压是指实际输入和理论输入之间的偏差。

两级运算放大器的版图设计

一、实验名称：两级运算放大器的版图设计二、实验目的：1、掌握模拟CMOS集成电路的设计方法2、掌握模拟CMOS集成电路的版图设计方法三、实验要求：1、设计对象为单端输出的两级运算放大器电路，其性能为：（1）、负载电容为CL=15pf，负载电阻为RL=100K欧；（2）、电源VDD=5V；（3）、增益带宽积CBW大于40MHZ；（4）、增益AVO大于80DB；（5）、相位裕都PM大于65；（6）、输入摆幅大于3V，输出摆幅尽量大；2、查阅相关资料，学习模拟CMOS集成电路版图的设计技巧3、完成两级运算放大器的版图设计，注意版图的对称性和隔离的设计，完成版图的DRC 验证；4、要求设计的版图满足电路的功耗，性能，功能，面积合理，美观。

四、设计对象仿真后MOS管的宽长比如下图：备注：电阻：R1为180欧电容：C1为2.62pf五、实验步骤1、观察模型文件（.SCS文件）或通过对CMOS管点单电路的DC分析并查看MOS管的直流工作点参数，得到PMOS，NMOS的基工艺参数（TOX，Cox，VthN，VthP等）2、确定具体的设计方案3、在schematic中画出电路图4、开始设计电路的版图5、修改版图，使之通过DRC验证6、优化版图使面积合理、美观六、实验结果面积：120*180=22680（um）七、实验心得这是我第二次做版图的设计和DRC验证，已经熟悉了很多，不再是以前那么迷茫了，画版图确实是件体力活，一坐，不知不觉就好几个小时过去了，才意识到是就已经腰酸背痛，眼睛疼了，才犹然对那些版图工作者产生一种敬佩心里，也是因为以后要参加这项工作才会这么敏感吧。

其实版图只按规则来画，还是非常简单的事情，但是要达到面积最优化，还真不是那么容易，以后我要多注意了，多看从先看别人怎么画开始。

还意识到，真正完成整个版图设计，参数计算，还有个方面的对电路的影响都要考虑，所以说，在实战中版图设计是要用事实真名，是要去竞争的，马虎不得，有可能一个小小的错误都会返工，一切从新。

CMOS二年级运算放大器设计

C M O S二年级运算放大器设计Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998CMOS二级运算放大器设计（东南大学集成电路学院）一．运算放大器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．设计目标1.电路结构最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。

主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。

图两级运放电路图2.电路描述电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。

M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。

M6 提供给M7 的工作电流。

M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。

相位补偿电路由M14和Cc构成。

M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。

3.设计指标两级运放的相关设计指标如表1。

表1 两级运放设计指标三．电路设计第一级的电压增益：)||(422111o o m m r r g R G A ==第二级电压增益：)||(766222o o m m r r g R G A =-= 所以直流开环电压增益：)||)(||(76426221o o o o m m o r r r r g g A A A -==单位增益带宽：cm O C g A GBW π2f 1d == 偏置电流：213122121)/()/()/(2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=L W L W R L W KP I B n B 根据系统失调电压：756463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W ==转换速率：⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min相位补偿：12.1)/()/()/()/(1613111466+==m m m C g g L W L W L W L W g R以上公式推导过程简略，具体过程可参考相关专业书籍。

二级CMOS放大器的电路与版图设计

《IC设计实践》报告姓名：潘阿成学号：200881229院系：电子科学与技术学院专业：集成电路设计与集成系统2012年2月25日目录一、设计目标 (1)二、设计平台 (1)三、原理图设计 (1)1、电路结构与工作原理 (1)2、手工计算电路参数 (2)3、仿真、分析与参数调整 (6)4、电路参数仿真结果汇总 (14)四、版图设计 (15)1、版图层次及常用设计规则 (15)2、DRC验证与版图修改 (16)3、LVS验证与版图修改 (17)五、寄生参数提取与后仿真 (117)六、小结 (19)一、设计目标通过使用mentor软件设计一个两级运算放大器，并且使其满足以下指标，如表1所示。

电源电压VDD 5V 共模抑制比CMRR >60dB直流增益Av >60dB 电源抑制比PSRR >60dB 单位增益带宽GB >5MHz 负载电容CL 8pF输入共模范围ICMR 2~4.5V 沟道长L >0.5um输出摆率V out 2~4.8V 功耗P <2mW压摆率SR >10V/us表1 运算放大器设计指标二、设计平台mentor软件及华润上华工艺库0.5um P衬底N阱双多晶硅三层金属混合信号工艺。

三、原理图设计1、电路结构与工作原理电路结构如图1所示。

图1 二级运放电路结构该电路的组成与工作原理：图1中有多个电流镜结构，M5的电流在M1与M2组成的差分对中被平分，流过M1的电流与流过M2电流1,23,45/2d d d I I I ==，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的结构使得在x ，y 两点的电压在Vin 的共模输入范围内不随着Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。

图1所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。

2、手工计算电路参数本次实践使用的工艺是华润上华工艺库0.5um P 衬底N 阱双多晶硅三层金属混合信号工艺。

完整word版CMOS二级运算放大器设计

CMOS 级运算放大器设计（东南大学集成电路学院）一.运算放大器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。

二.设计目标1.电路结构最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图 1.1所示。

主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。

图1.1两级运放电路图2.电路描述电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。

M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。

M6提供给M7的工作电流。

M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。

相位补偿电路由M14和Cc构成。

M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc 一起跨接在第二级输入输出之间，构成 RC密勒补偿。

3■设计指标两级运放的相关设计指标如表1。

三.电路设计第一级的电压增益:A l =G mi R, = g m2 (r o2 11 r o4) (3.1)第二级电压增益:A2 = -G m2R^ - g m6 (r o6 H r o7) (3.2) 所以直流开环电压增益:A o — Al A2 ~ —g m2 g m6 (r o2 || r o4 )( r o6 || r o7) (3.3)单位增益带宽:G B WA O f^-gm122 c (3.4)表1两级运放设计指标偏置电流:、2R C g m6 = (W/L)14Y (W 儿)131.2g m1以上公式推导过程简略，具体过程可参考相关专业书籍。

根据这些公式关系,2根据系统失调电压:转换速率:相位补偿:■KP n (W/L)i2R ； J (W/L) (W/L)12 1(3.5)(W/L)3 (W/L)4 1(W/L)5 (W/L)6(W/L)62(W/L)7SR = min *1DS5 1DS7 — 1DS5C cC L(3.6)(3.7)(W/L)6 ((W/L)11 _ g m6 +[(3.8)四.HSPICE 仿真.title test.lib E:\h05mixddst02v231.lib tt vdd vdd 0 5 vss vss 0 0.subckt opamp vn vp out vdd vss m1 2 vn 1 1 mp w=120u l=1u m2 3 vp 1 1 mp w=120u l=1u m3 2 2 vss vss mn w=40u l=1u m4 3 2 VSS vss mn w=40u l=1u m5 1 6 vdd vdd mp w=16u l=1u m6 out 3 vss vss mn w=160u l=1u m7 out 6 vdd vdd mp w=32u l=1u * bias circuit m8 6 6 vdd vdd mp w=3.2u l=1u m9 7 6 vdd vdd mp w=3.2u l=1u m10 6 7 8 vss mn w=6u l=1u m11 7 7 9 vss mn w=6u l=1u m12 8 9 10 vss mn w=24u l=1u m13 9 9 vss vss mn w=6u l=1u rb 10 vss 6k* miller cc 4 out 1.5 p cl out vss 3pm14 4 7 3 vss mn w=20u l=1u .en dsx1 vn vp out vdd vss opamp x2 vp vpout1 vdd vss opamp x3 out2 vi out2 vdd vss opamp x4 vn vn out3 vdc vss opampx5 vn vn out4 vdd vsc opamp vp vp 0 dc 2.5 ac 1 vn vn 0 dc 2.5 vi vi 0 p ulse(2 3 20ns 0.1 ns 0.1 ns 200ns 400ns)根据已经计算好的器件参数,写成电路网表。

CMOS两级运放设计解读

I I I SR min{ DS5 , DS7
DS 5}
CC
CL
为了测量转换速率，将运算放大器输出端与反相输入端相连，如下图所示，
7 有一部分电流 DS5 要留
C I I C 过，所以只有
的电流经过。这样一来，对于正的输入阶跃，
C
DS 7
DS 5
L
M M I I C 4 的漏端电压会下降，也会减少流经
6 的电流。电流 DS 7
DS5 对 L 充
电，导致一个正的电压梯度，斜率为
SRext
I I DS7
DS 5
CL
所以总的 SR 是这两个中的最小值 SR min{ SRint , SRext} , 得到
2.1 电路图
2 电路分析
2.2 电路原理分析
两级运算放大器的电路结构如图 1.1 所示，偏置电路由理想电流源和 M8 组成。 M8 将电流源提供的电流转换为电压， M8 和 M5 组成电流镜， M5 将电压信号转换为电流信号。输入级放大电路由 M1～ M5 组成。 M1 和 M2 组成 PMOS 差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰； M3 、M4 电流镜为有源负载，将差模电流恢复为差模电压。； M5 为第一级提供恒定偏置电流，流过 M1 ，2 的电流与流过 M3,4 的电流 I d1,2 I d 3,4 I d5 / 2 。输出级放大电路由 M6 、M7 组成。 M6 将差分电压信号转换为电流，而 M7 再将此电流信号转换为电压输出。 M6 为共源放大器， M7 为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由 Cc 构成，构成密勒补偿。
ds5
。如果
C
7 提供足够的电流给

CMOS两级运放设计

CMOS两级运放设计CMOS两级运放的设计1设计指标在电源电压0-5V,采用0.5um上华CMOS工艺。

完成以下指标：共模输入电压固定在（）开环直流增益单位增益带宽相位裕度转换速率负载电容静态功耗电流共模抑制比PSRR2电路分析2.1电路图2.2电路原理分析两级运算放大器的电路结构如图1.1所示，偏置电路由理想电流源和M8组成。

M8将电流源提供的电流转换为电压，M8和M5组成电流镜，M5将电压信号转换为电流信号。

输入级放大电路由M1～M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3、M4电流镜为有源负载，将差模电流恢复为差模电压。

；M5为第一级提供恒定偏置电流，流过M1，2的电流与流过M3,4的电流。

输出级放大电路由M6、M7组成。

M6将差分电压信号转换为电流，而M7再将此电流信号转换为电压输出。

M6为共源放大器，M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

相位补偿电路由Cc构成，构成密勒补偿。

3性能指标分析3.1直流分析由于第一级差分输入对管M1和M2相同，有第一级差分放大器的电压增益为：第二极共源放大器的电压增益为所以二级放大器的总的电压增益为 3.2频率特性分析设为第一级输出节点到地的总电容，有设表示第二级输出节点与地之间的总电容，有一般，由于远大于晶体管电容，所以远大于,可以解出电路的传输函数为其中：可以得到右半平面零点为从而电路的主极点而次极点由于和远大于，而中最主要的部分为,中则以为主，经过适当近似，可以得到单位增益带宽为 3.3共模抑制比分析如果运放有差分输入和单端输出，小信号输出电压可以描述为差分和共模输入电压的方程其中是差模增益，有，是共模增益。

共模抑制比的定义为从应用角度考虑可以理解为“每单位共模输入电压的变化引起的输入失调电压的变化”。

对于两级运放电路的共模抑制比，有其中，是第一级的共模抑制比，因为第二级是单端输入、单端输出，所以不贡献共模抑制比。

CMOS二级运算放大器设计

CMOS二级运算放大器设计CMOS二级运放的基本结构包括差分对和共模反馈电路。

差分对是一对输入端分别与PNP型和NPN型晶体管相连的放大器。

这对晶体管的基极分别与镜像电流源相连，以提供共模反馈和差分模式放大。

共模反馈电路通过将差分模式信号与公共节点（即两个输入端的中点）比较，从而产生反馈信号，并将其注入到差分对中以抑制共模干扰。

1.确定规格和需求：确定运放的增益、频率响应、功耗和输入/输出特性等规格要求。

2.选择工作点：通过分析差分对的静态特性，选择适当的工作点。

工作点的选择应保证对输入信号具有较高的线性响应。

3.设计共模反馈电路：共模反馈电路包括反馈网络和差分对之间的连接。

通过反馈网络的设计，可以精确地抑制共模干扰，提高CMRR（共模抑制比）。

4.设计差分放大器：根据增益要求和输入/输出阻抗要求，设计差分放大器。

差分放大器的设计要考虑电压增益、带宽、输入和输出阻抗等因素。

5.设计输出级：输出级一般包括缓冲放大器和电流输出级。

缓冲放大器用于提供足够的驱动能力，以满足输出电流的要求。

电流输出级用于将电压信号转换为电流输出。

6.设计电源电压：根据设计要求和工艺限制，确定供电电压，并设计稳压电路以提供稳定的电源。

7.进行仿真和优化：通过电路仿真软件进行电路性能的模拟和优化，根据仿真结果进行参数调整和电路结构修改。

8.布局和版图设计：根据电路设计结果进行电路布局和版图设计，确保电路结构的可制造性和可靠性。

9.参数提取和后仿真：通过深入分析电路模型和特性，提取关键参数，并基于改进的模型进行后仿真。

根据后仿真结果进行最终的参数调整和性能评估。

最后，需要指出的是，CMOS二级运放的设计是一个综合性的工程任务，涉及到电路设计、模拟仿真、版图设计以及后仿真等多个方面的知识和技能。

在实际应用中，还需要考虑工艺变化、温度变化和耦合等因素对电路性能的影响，以实现稳定和可靠的运放电路设计。

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）

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。

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 。

两级CMOS运算放大器的前仿,版图及后仿

两级CMOS运算放大器的设计
两级CMOS运算放大器的设计
• • • • • 两级CMOS运算放大器的前仿两级CMOS运算放大器的版图两级CMOS运算放大器的后仿存在的问题心得体会
两级CMOS运算放大器的前仿
表1 设计要求
V DD V SS
2.5V
CL
V o u t IC M R
SR
Pd is s
图12 前仿网表
两级CMOS运算放大器的后仿
图13 后仿网表
两级CMOS运算放大器的后仿
• 用HSPICE进行前、后仿，仿真之前对网表进行更改。 • 删除注释部分，仅保留器件描述。 • 更改VDD! 、VSS!为VDD、VSS 。 • 添加库。 • 添加偏置管。 • 添加激励信号（电源VDD、VSS，直流信号，瞬态信号，交流信号等等）。
Av
GB
M
CMRR
PSRR
2.5V
10 pF
2 V 1 ~ 2V 10V / s 2 m W
74dB
5M Hz
60
。
60dB
60dB
两级CMOS运算放大器的前仿
VDD M3 x iref vin1
=
M4 y
M6
Cc vin2 CL M7
vout
M1 Vn Id5
M2
M8
3

和 P S R R 后仿图形（dc=0V）

1
两级CMOS运算放大器的后仿
表4 设计要求、Cadence前仿结果、HSPICE仿真结果
参数
IC M R
设计要求 Cadence前仿结果
1V ~ 2V
HSPICE前仿结果

CMOS两级运算放大器设计

CMOS两级运算放大器设计CMOS（互补金属氧化物半导体）两级运算放大器是一种常用的放大器设计，可以用于信号放大、滤波、放大器链路等应用。

本文将对CMOS两级运算放大器的设计进行详细叙述。

首先，设计CMOS差动对。

差动对由两个MOSFETs组成，其中一个为p-MOSFET，另一个为n-MOSFET。

这两个MOSFETs的栅极交叉，源极相连，并接入一个电流源。

这样可以使输入信号以差分模式进入放大器。

然后，设计CMOS差动对的偏置电路。

偏置电路主要是为了使CMOS差动对能够正常工作。

其中，主要包括两个电流源和一个电流镜。

电流源为差动对提供恒定电流，电流镜用于分配输入级和输出级的电流。

通过适当选择偏置电流的大小，可以控制放大器的增益和输出幅度。

接下来，设计中间电压增益级。

增益级主要由两个共尺极级组成，通过增加电阻、电容等元件来实现电压放大。

增益级的输出连接到输出级的输入，将中间电压信号传递到输出级进行电流差分放大。

最后，设计输出级。

输出级主要由两个MOSFETs组成，其中一个为p-MOSFET，另一个为n-MOSFET。

这两个MOSFETs的栅极相连，并连接到输入级的输出。

通过适当控制输出级电压的变化，可以实现电流信号的放大。

在CMOS两级运算放大器的设计过程中，需要考虑的因素包括放大器的增益、带宽、输入输出阻抗、偏置电流等。

根据具体的应用需求，可以平衡这些因素来进行合适的设计。

在设计完成后，需要进行电路仿真和调试。

可以使用软件工具如Spice来进行电路模拟，并根据模拟结果进行调整和优化。

在实际测试中，可以通过改变输入信号的频率和幅度，观察输出信号的响应，并与设计要求进行对比。

总结起来，CMOS两级运算放大器设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，并进行合适的优化。

通过合理的设计和调试，可以获得满足设计要求的放大器电路。

CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计说明

课程设计报告设计课题: CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计姓名: XXX专业: 集成电路设计与集成系统学号: 1115103004 日期 2015年1月17日指导教师: XXX 国立华侨大学信息科学与工程学院一：CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计1:电路结构最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路。

2：电路描述：输入级放大电路由M1~M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载；M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流。

输出级放大电路由M6和M7组成，M6为共源放大器，M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

偏置电路由M8~M13和Rb组成，这是一个共源共栅电流源，M8和M9宽长比相同。

M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。

对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。

在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。

相位补偿电路由M14和Cc组成，M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。

3:两级运放主体电路设计由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有R1表示第一级输出电阻，其值为则第一级的电压增益对第二级，有第二级的电压增益故总的直流开环电压增益为所以4：偏置电路设计偏置电路由 M8~M13 构成，其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13，电阻RB 串联在M12 的源极，它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。

为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。

最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13，同时也为M5 和M7提供偏置。