cmos模拟集成电路设计-实验报告

cmos模拟集成电路设计-实验报告

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北京邮电大学

实验报告

实验题目：cmos模拟集成电路实验

姓名：何明枢

班级：2013211207

班内序号：19

学号：2013211007

指导老师：韩可

日期：2016 年 1 月16 日星期六

目录

实验一:共源级放大器性能分析 (1)

一、实验目的 (1)

二、实验内容 (1)

三、实验结果 (1)

四、实验结果分析 (3)

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 (4)

四、实验结果 (5)

五、思考题 (6)

实验三：电流源负载差分放大器设计 (7)

一、实验目的 (7)

二、实验内容 (7)

三、差分放大器的设计方法 (7)

四、实验原理 (7)

五、实验结果 (9)

六、实验分析 (10)

实验五：共源共栅电流镜设计 (11)

一、实验目的 (11)

二、实验题目及要求 (11)

三、实验内容 (11)

四、实验原理 (11)

五、实验结果 (15)

六、电路工作状态分析 (15)

实验六：两级运算放大器设计 (17)

一、实验目的 (17)

二、实验要求 (17)

三、实验内容 (17)

四、实验原理 (21)

五、实验结果 (23)

六、思考题 (24)

七、实验结果分析 (24)

实验总结与体会 (26)

一、实验中遇到的的问题 (26)

二、实验体会 (26)

三、对课程的一些建议 (27)

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、实验内容

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、实验电路图

2、幅频特性曲线电阻为1k时

电阻为10k时

四、实验结果分析

1、器件参数：

NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，电阻Rd=10K。

NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，电阻Rd=10K。

2、实验结果：

输入交流电源电压为1.2V，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、手工计算场效应管的直流转移特性曲线，并将特性曲线描绘在方格纸上，在曲线上确定出MOS管的饱和区，确定输入电压、输出电压的范围；

5、电压放大倍数大于20dB，尽量增大GBW，设计差分放大器；

6、对所设计电路调试；

7、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AV为：

β1= β2= β=μnCOX(W/L)

四、实验结果

1、电路图

2、幅频特性曲线

3、MOS管宽长比和电阻大小变化对应的放大倍数

放大倍数Av/dB

MOS管沟道宽长比

101520304060

电阻R/Ω

20k15.616.416.817.317.718

30k1919.820.220.821.121.4 40k21.422.222.623.123.423.8

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，所以在增大沟道宽长比的时候，要注意带宽是否满足条件。随着W/L增大时，带宽会下降。为保证带宽，选取W/L=60，R=30k的情况下的数值，最终实现了带宽约为200MHz-300MHZ，可以符合系统的功能特性。

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。

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、实验内容

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、差分放大器的设计方法

1、确定放大电路（选择场效应管）

2、手工计算场效应管的直流转移特性曲线，并将特性曲线描绘在方格纸上，在曲线上确定出MOS管的饱和区，确定输入电压、输出电压的范围。

3、确定静态工作点Q。

4、确定电路中的其他参数。

5、调整静态工作点：可以修改场效应管的W。

四、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。