折叠式共源-共栅运算跨导放大器的设计

《IC课程设计》报告

折叠式共源-共栅运算跨导放大器的设计

姓名：王志伟

学号：U200713959

班级：0707

院系：控制系

专业：自动化

同组人姓名：田绍宇胡月

目录

1设计目标 (1)

2相关背景知识 (2)

3设计过程 (2)

3.1 电路结构设计 (2)

3.2 主要电路参数的手工推导 (2)

3.2.1直流工作点分析 (2)

3.2.2带宽分析及原件参数计算 (3)

3.2.3直流增益的小信号模型分析 (4)

3.3 计算参数验证 (5)

4电路仿真 (5)

4.1交流特性仿真 (7)

4.2最大输出摆幅仿真 (9)

4.3共模输出的仿真验证 (11)

5讨论 (12)

6收获和建议 (13)

7参考文献 (14)

摘要：折叠式共源共栅结构的运算放大器不仅能提高增益、增加电源电压噪声抑制比、而且在输出端允许自补偿。

1设计目标

设计一款折叠式共源-共栅跨导运算放大器（Design a Folded Cascode OTA），其设计指标见表1，参考电路原理图如下图所示，用0.35um coms工艺。

图：折叠式共源-共栅跨导运算放大器

设计步骤与要点：

1.直流工作点的分析与设计（DC operation point design and analysis）

1) 假设所有的MOS管均工作在饱和区，VGS-VT=200mV，VDD=3V，

VSS= 0V，计算OTA的最大输出摆幅。

2) 基于0.35 um CMOS工艺，计算和设计MOS管的尺寸，使OTA电路满

足最大输出摆幅的要求。

3) 以下数据可供设计参考

L1,2,3,4 = Lmin; Lmin= 1μm。

2.在HSpice电路仿真软件，对所设计的电路进行模拟仿真与设计

2相关背景知识

随着集成电路技术的不断发展，高性能运算放大器得到广泛应用，其性能直接影响电路及系统的整体性能。

折叠式共源共栅运算放大器具有二阶优化性能，因此设计一个实用价值的折叠式共源共栅运算放大器是非常有现实意义的。CMOS管的参数并不能通过简单的理论计算进行准确的预测，在给定的工艺条件下，理论计算出的管子宽长不考虑实际情况下工艺条件等诸多外界因素，仿真的结果会和设计指标有很大的差距。

3设计过程

3.1 电路结构设计

3.2 主要电路参数的手工推导

3.2.1直流工作点分析

假设所有MOS管均工作在饱和区，VGS－VT=200mV，VDD=3V，VSS=0V，VT1=VT2=VT3=VT4=0.4V

最大输出幅值，最小输出幅值

最大输出摆幅V out(max)V

out(min)=2.80.4=2.4V 输出共模电平V out(cm)=( V out(max)+V out(min))/2=1.6V 3.2.2带宽分析及原件参数计算

GBW=

load

m C g π21

=300MHz

A V V g I mS g g g g mS pF MHz g T GS m DS m m m m m μπ565)(2

3.11*265.53*2*300111

112431=-=

======⇒

已知条件：µ

n=1350

/Vs ，µ

p=480

/Vs ，Lmin=1um ，

2

70OX 140cm

/10*93.4t C cm /10*85.8;9.37F F nm t OX

OX

OX ox --==

⇒===εεεε；

()

12026.12021230I I I 1457.144)

(2)(

50)(2)(665I I 11937.119)

(2)(

;2**)(*:2

n 22DS3DS1DS2244

2

3

3DS3DS4211

2≈=-=⎪⎭⎫

⎝⎛=+≈≈=-==-===≈=-==-=T GS OX DS T GS ox P DS T GS ox n DS T GS ox P DS OX P T GS DS V V C I L W A

V V C I L W V V C I L W A V V C I L W L

W

C Kp V V Kp I μμμμμμμ则再根据演算，取得

由

由以上的计算得到

所有MOS 管理论计算结果：

所以对于大尺寸的M1,M2采用并联的方式满足要求，具体安排见表中数据。 3.2.3直流增益的小信号模型分析

小信号电路图：

out ds out ds m ds out

ds ds m ds ds ds out

ds ds m ds ds ds in m ds out

ds in m out ds m ds ds ds out ds ds ds ds m ds out

ds ds m ds ds out

m ds out ds out

ds in m v r v r r g r v r r r g r r r v r r r g r r r v g r v r v v g v r g r r r v v r r v r r g r v r r v g r r v v g r v v r v r v v g ds ds ds ⋅-≈⎪⎪⎭⎫ ⎝

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