模拟集成电路设计训练报告

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1、模拟集成电路设计实验模拟集成电路设计训练报告题目：用运算放大器实现的振荡器院系：信息学院电子工程系专业：集成电路设计与集成系统学号：姓名：……指导教师：…..26模拟集成电路设计实验目录一、实验环境3二、实验题目3三、实验电路理论推导4(一)启动电路4(二)偏置电路5(三)振荡电路6(四)迟滞比较器电路10(五)T触发器电路12四、实验电路仿真参数、结果及分析13(一)启动电路13(二)偏置电路14(三)振荡电路15(四)迟滞比较器电路18(五)T触发器电路19(六)总电路22五、实验过程遇到的主要障碍以及解决过程23六、实验心得2526

2、模拟集成电路设计实验一、实验环境本实验所采用的EDA工具是Cadence。Cadence是一个大型的EDA软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC设计、FPGA设计和PCB板设计，Cadence在仿真、电路图设计、自动布局布线、版图设计及验证等方面有着绝对的优势。本实验中涉及的部分主要是CadencecdsSPICE。CadencecdsSPICE是众多使用SPICE内核的电路模拟软件之一。二、实验题目此题是做一个基于运算放大器的振荡器，下图是题目提供的初始简单原理电路图。为了实现保证以及提高电路的功能，在此基础上，再加上启动

3、电路、偏置电路、迟滞比较器以及T触发器。图（1）26模拟集成电路设计实验一、实验电路理论推导(一)启动电路启动电路原理图Q端连接着偏置电路，实际上，偏置电路工作在零电流的条件下的可能性很大，除非长期去预防措施，振荡电路需要自启动电路来防止偏置电路停留在零电流状态。一旦抵达想要的工作点，还要求启动电路不能妨碍正常的偏置电路的基准工作点。只要基准偏置电路逃离零电流状态，会立即驱动其自身进入期望的稳定状态。在稳定状态，起动电路不影响稳定状态时所期望的电流值。当VDD把电流加在R1上面的时候，R1为M1带来导通电压，一旦M1导通，M1的漏极电压逐

4、渐升高，直至M2也导通，此时M2为偏置电路带来电流，当电流达到偏置电路工作点，此时的R1和R2的压降使得M2的栅极电压迅速下降，M1和M2截止，此时自启动电路不再妨碍正常的偏置电路的基准工作点。想要达到以上的过程，R1和R2必须非常大，这样他们的压降才能使M2的栅极电压几乎为0。此外，R1要比R2的阻值大许多，这样才能让M1也截止，整个自启动电路停止工作。M1和M2的沟道长度也不能太短，防止沟道调制效应。26模拟集成电路设计实验(一)偏置电路偏置电路原理图此处所用偏置是一个恒定跨导电路，COMS管的电流公式如下Id=w2L∙Cox∙ɥnV

5、gs-Vth2(1+λ∙Vds)首先，如果想要保证Id1和Id2的电流相等的话，就需要M1和M2的宽长比相等，即(W/L)1=(W/L)2。其次，M3、M4和RS将会决定电流的具体大小，从电路中我们可以得出：Vgs4=Vgs3+Vrs且Vgs=Vth+2IdWL∙Cox∙ɥn则有Vrs=Vth4+2IdW4L4∙Cox∙ɥn-Vth3+2IdW3L3∙Cox∙ɥn所以设置的M3的宽长比要略大于M4，即(W/L)3>(W/L)4。26模拟集成电路设计实验需要注意的是，此处的M3有衬偏效应。衬偏电压是直接加在源极和衬底之间的反向电压，它可以使

6、场感应结的耗尽层厚度进一步展宽，并引起其中的空间电荷面密度增加，从而导致阈值电压Vth升高,而阈值电压的升高又将进一步影响到器件的Id及其整个的性能，例如栅极跨导降低等。所以RS上面的压降要尽量小，小到可以忽略，最好在100mv以下，这样可以减小衬偏效应带来的影响。这个偏置电路的特点是对温度的变化的敏感性较低，其一，从上面的公式可以看出，Vth被消掉了，Vth一般随着温度的升高减小，所以这个因素被消掉了；其二，在保证RS与温度变化无关的条件下，偏置电路的温度敏感性很低。(一)振荡电路振荡电路原理图26模拟集成电路设计实验这是一个迟滞比较器

7、在实际应用中组成的振荡器电路。在实际的应用中，利用电路的迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。只要噪声和干扰的大小处在迟滞的宽度之内，就不会引起错误的阶跃。这个振荡电路由一个RC滞后移相电路和滞回比较电路组成。首先分析RC滞后移相电路部分，此部分可以简化为以下电路示意图--V0+V--+R3CRC振荡电路的频率为ff=R3·C2·πRC振荡电路的增益为A(jω)A(ω)=R1+jωω0A(ω)10.710幅频特性示意图如下：ω/ω0当ω=ω0时，增益，RC的移相网络均为衰减网络，-45°-90°0ω/ω0φ(ω)126模拟集成电路设计实

8、验通常需要3节以上的RC网络才能构成反馈振荡器，因为电路必须提供180度相移，此处我仅采用了一节RC相移网络电路，因为在滞回比较电路部分提供了足够的相移和增益，满足了振幅起振条件。RC在这个振