北邮模拟集成电路设计期末实验报告

北京邮电大学电子工程学院

模拟CMOS集成电路课程

实验报告

姓名：何佳羲

指导老师：韩可

学院：电子工程

班级：2012211207

学号：2012211009

实验一共源级放大器性能分析 (3)

一、实验目的 (3)

二、实验要求 (3)

三、实验结果 (3)

四、实验结果分析 (4)

实验二差分放大器设计 (4)

一、实验目的 (4)

二、实验要求 (4)

三、实验原理 (5)

四、实验结果 (5)

五、思考题 (7)

六、选做实验 (7)

实验三电流源负载差分放大器设计 (8)

一、实验目的 (8)

二、实验要求 (8)

三、实验原理 (8)

四，实验结果 (9)

五、实验分析 (11)

实验四多级放大器 (11)

一、实验目的 (11)

二、实验要求 (11)

三、实验内容 (11)

四、实验结果 (12)

五、思考题 (13)

六、实验分析 (13)

实验五两级运算放大器设计 (14)

一、实验目的 (14)

二、实验要求 (14)

三、实验内容 (14)

四、实验原理 (18)

五、实验结果 (19)

六、思考题 (21)

七、实验分析 (21)

实验总结及问题解决 (22)

实验中的问题 (22)

实验心得体会 (22)

实验一:共源级放大器性能分析

一、实验目的

1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法；

2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真；

3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线；

4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响

二、实验要求

1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。

2、输入共源级放大器电路图。

3、设置仿真环境。

4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。

三、实验结果

1、电路图

2、幅频特性曲线

四、实验结果分析

器件参数：

NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，Rd=10K。

实验结果：

输入交流电源电压为1V，所得增益为12dB。

由仿真结果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91 dB

可见，实际增益大于理论增益。

实验二:差分放大器设计

一、实验目的

1.掌握差分放大器的设计方法；

2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。

二、实验要求

1.确定放大电路；

2.确定静态工作点Q；

3.确定电路其他参数。

4.电压放大倍数大于20dB，尽量增大GBW，设计差分放大器；

5.对所设计电路调试；

6.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。

三、实验原理

平衡态下的小信号差动电压增益A V 为：

β=μn C OX (W/L)

四、实验结果

(表中数据单位dB) ，R 单位：k Ω

W/L R 1 5 10 15

100K 19dB 24dB 24dB 25dB 200K 23dB 27dB 28dB 29dB 300K

1.1dB

19dB

X(不工作)

X （不工作）

改变W/L 和栅极电阻，可以看到，R 一定时，随着W/L 增加，增益增加，W/L 一定时，随着R 的增加，增益也增加。但从仿真特性曲线我们可以知道，这会限制带宽的特性，W/L 增大时，带宽会下降。为保证带宽， 选取W/L=5，R=200K 的情况下的数值，保证了带宽约为300MHZ ，可以符合系统的功能特性，实验结果见下图。

SS

V SS D D

I A =βI R =2β()R 2

1.电路图

2.幅频特性曲线

五、思考题

根据计算公式，为什么不能直接增大R实现放大倍数的增大？

答：

若直接增加Rd，则Vd会增加，增加过程中会限制最大电压摆幅；

如果VDD—Vd=Vin—VTH，那MOS管处于线性区的边缘，此时仅允许非常小的输出电压摆幅。即电路不工作。此外，RD增大还会导致输出结点的时间常数更大。

六、选做实验

一、选做实验

使用二极管代替电阻做负载，实现10dB增益。（忘记截电路图）

1.电路图

暂无

2.幅频特性曲线

如下图，电路的增益达到10dB。

实验三：电流源负载差分放大器设计

一、实验目的

1.掌握电流源负载差分放大器的设计方法；

2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。

二、实验要求

1.设计差分放大器，电压放大倍数大于30dB；

2.对所涉及的电路进行设计、调试；

3.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。

三、实验原理

电流镜负载的差分对

传统运算放大器的输入级一般都采用电流镜负载的差分对。如上图所示。NMOS器件M1和M2作为差分对管，P沟道器件M4，M5组成电流源负载。电流0I 提供差分放大器的工作电流。如果M4和M5相匹配，那么M1电流的大小就决定了M4电流的大小。这个电流将镜像到M5。

如果V GS1=V GS2，则Ml和M2的电流相同。这样由M5通过M2的电流将等于是I OUT为零时M2所需要的电流。如果V GS1>V GS2，由于I0=I D1+I D2，I D1相对I D2要增加。I D1的增加意味着I D4和I D5也增大。但是，当V GS1变的比V GS2大时，I D2应小。因此要使电路平衡，I OUT必须为正。输出电流I OUT等于差分对管的差值，其最大值为I0。这样就使差分放大器的差分输出信号转换成单端输出信号。反之如果V GS1

假设M1和M2差分对总工作在饱和状态，则可推导出其大信号特性。描述大信号性能的相应关系如下：