微电子cascode放大器课程设计

哈尔滨理工大学

软件学院

课程设计报告

课程微电子电路

题目带有源负载的cascode放大器班级

专业集成电路设计与集成系统

学生

学号

指导教师徐瑞

2014年11 月12日

目录

一、课程设计目的 (3)

二、课程设计要求 (3)

三、设计思想及流程 (5)

（1）确定电流源I的值 (5)

(5)

（2）确定N管和P管的沟道宽长比

(6)

（3）使用Capture连接电路图（如下图）

(8)

（4）直流扫描确定电压偏置点

(11)

（5）确定数值进行交流仿真

四、设计结果： (13)

五、心得体会： (15)

一、课程设计目的

1、进一步熟悉和掌握《微电子电路》设计电路所需要的理论知识。

2、熟悉并掌握capture CIS、Hspice与CosmosScope软件的使用。

3、掌握根据电路写网表的能力，应用Hspice仿真网表并分析仿真报告修改网表，学会用ComosScope查看分析波形，应用软件工具查看电路的性能指标。

4、学习设计和调试放大器电路的基本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和设计电路的基本技能。培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与调试的实践和经验。

二、课程设计要求

分析如图这样的带有源负载的cascode放大器的开环增益，3dB 频宽，单位增益频率。其中负载电容为3PF，电源电压为5V，功耗小于2mW。要求cascode放大器的开环增益大于60 dB；单位增益频率越大越好，所有管子都工作在饱和区，对仿真结果进行分析。

Vdd

C

三、设计思想及流程

分析设计要求给出的电路图进行参数计算：

（1）确定电流源I 的值

图中所示的mos 管其中上面四个pmos 管为镜像电流源。所有管子都饱和的情况下，支路上的镜像电流由左边恒流源I 决定，左右两条支路上的电流都为电流源I 的值。设计要求功耗小于2mw ，观察到两条

支路上电压都为vdd=5v 。根据公式P=VI 计算 得 。 因为开环增益要求大于60dB 。 得

； ; 所以 ;

（2）确定N 管和P 管的沟道宽长比

根据公式 ；假设 ，设电流为100uA ，

取固定沟道长L 为2um ，计算得Wn=35um Wp=74um

225mw

I v

=⨯200I A μ≤6020lg o dB A =2

0()o m A g r =1000o A =2m ov I

g v ='A o ov V L r v =50I A μ≥21()2D OV W I k V L

=0.27OV N OV P V V ==

（3）使用Capture连接电路图（如下图）

生成网表.SP文件：

* source DESIGN

M_M5 N01652 N01652 N01432 N01432 nvp + L=2u

+ W=74u

+ AD=80p

+ AS=80p

C_C1 N02440 GND 3pf

M_M4 N02261 N01652 N01432 N01432 nvp + L=2u

+ W=74u

+ AD=80p

+ AS=80p

V_V1 N03022 GND 1.70Vdc

M_M6 N02365 N02365 N01652 N01432 nvp + L=2u

+ W=74u

+ AD=80p

+ AS=80p

V_V2 N03064 GND DC 1.13V AC 1.5Vac

M_M3 N02440 N02365 N02261 N01432 nvp + L=2u

+ W=74u

+ AD=80p

+ AS=80p

V_V3 N01432 GND 5Vdc

M_M2 N02440 N03022 N02523 GND nvn

+ L=2u

+ W=34u

+ AD=80p

+ AS=80p

I_I1 N02365 GND DC 0.1mAdc

M_M1 N02523 N03064 GND GND nvn

+ L=2u

+ W=35u

+ AD=80p

+ AS=80p

.op

.ac dec 10 1 1g

.lib 'c:/lib/h05hvcddtt09v01.lib' tt

.end

（4）直流扫描确定电压偏置点

使用语句.dc V_V1/ V_V2 start end step V_V2/ V_V1 start end step扫描直流工作点，寻找M2漏极的直流电压位于2.5V附近的最优工作点曲线。

分析仿真结果：

交换扫描顺序：.dc V_V2 start2 end2 step2 V_V1 start1 end1 step1 分析直流仿真结果：

（5）确定数值进行交流仿真

固定V_V1=1.70、V_V2=1.13 进行交流仿真

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四、设计结果：

交流仿真后查看放大器参数，并逐步调节修改，以达到最佳性能。

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图片放大：

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增益为77.25dB 3 dB频率为5371.7Hz 单位增益频率为36.192megHz 符合设计要求。

五、心得体会：

通过这次课程设计让我更加深刻的了解、深入学习cascode放大器的工作原理，以及熟悉了放大器的基本设计流程，增强了自己分析问题，解决问题的能力，更好的将微电子电路的理论知识与实际的操作设计相结合。在开始的设计中也面临着毫无头绪的情况，在老师的提示下有了思路，静下心来计算放大器的各个理想参数，分析各个指标的影响因素。因为以前在其他课程的实验中学到网表中关于扫描语句的用法，所以开始着眼于扫描M1管的直流电压寻找最优直流工作点，但发现对精度的要求特别高，后来老师纠正我要固定M1管的直流电压，扫描M2的电压，发现精度要求真的降低了很多，更便于实现所要求的性能指标，从而完成设计。这使我明白了解决问题要善于变通，同时着手点要明确，这样才能事半功倍。

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1参考文献：［1］周玲玲，《微电子电路》（第五版），电子工业出版社，2008年。

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