折叠式共源-共栅运算跨导放大器的设计

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1、《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14目录1设计目标12相关背景知识23设计过程23.1电路结构设计23.2主要电路参数的手工推导23.2.1直流工作点分析23.2.2带宽分析及原件参数计算33.2.3直流增益的小信号模型分析43.3计算参数验证54电路仿真54.1交流特性仿真74.2最大输出摆幅仿真94.3共模输出的仿真验证115讨论126收获和建议137参考文献1314摘要：折叠式共源共栅结构的运算

2、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（DesignaFoldedCascodeOTA），其设计指标见表1，参考电路原理图如下图所示，用0.35umcoms工艺。CloadDCGainGBWVddIdd3pF40dB~50dB300MHz3VDon’tCare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（DCoperationpointdesignandanalysis）1)假设所有的MOS管均工作在饱和区，V

3、GS-VT=200mV，VDD=3V，VSS=0V，计算OTA的最大输出摆幅。2)基于0.35umCMOS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142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

4、。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14最大输出摆幅Vout(max)Vout(min)=2.80.4=2.4V输出共模电平Vout(cm)=(Vout(m

5、ax)+Vout(min))/2=1.6V3.2.2带宽分析及原件参数计算GBW==300MHz已知条件：µn=1350/Vs，µp=480/Vs，Lmin=1um，由以上的计算得到所有MOS管理论计算结果：14M1M2M3M4宽长比W/L11912050145并联个数M1010110MOS宽度W(um)11.9125014.5MOS管长L(um)1111注：由于只用的0.35um的工艺，元件的W显然已经超过了该工艺的尺寸范围，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

6、号模型分析小信号电路图：143.3计算参数验证饱和区跨导得GBW===295MHz以上验证基本符合题意4电路仿真实验要求以及计算的参数如下：CloadDCGainGBWVddIdd3pF40dB~50dB300MHz3VDon’tCareM1M2M3M4宽长比W/L11912050145并联个数M1010110MOS宽度W(um)11.9125014.5MOS管长L(um)1111原电路集成为一块芯片（在网表中利用.SUBCKT语句进行子电路描述），输入引脚有Voutp,Voutn;输出引脚有Vinp,Vinn,Vdd,

7、Vss;作为一个符号可以画成下面的图形以方便理解。14子电路网表如下：CMOS_Analysis*Nameofproject.SUBCKTICCVINPVINNVOUTPVOUTNVDDVSS*建立子电路IB1VDD5DC=IB0VR1VR101500MVB1VB101900MVB2VB201000MCLOAD1VOUTP0C0*电容连接CLOAD2VOUTN0C0M113VINN5VDDP_33L=L0W=W1M=M1*模式管连接M124VINP5VDDP_33L=L0W=W1M=M1M213VB2VSSVSSN_33

8、L=L0W=W2M=M2M224VB2VSSVSSN_33L=L0W=W2M=M2M31VOUTPVR13VSSN_33L=L0W=W3M=M3M32VOUTNVR14VSSN_33L=L0W=W3M=M3M41VOUTPVB1VDDVDDP_33L=L0W=W4M=M4M42VOUTNVB1VDDVDDP_33L=