电子科技大学-集成电路原理实验-CMOS模拟集成电路设计及仿真.doc

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1、.实验报告课程名称：集成电路原理实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真..一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真二、实验学时：4三、实验原理1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。5、输入共模

2、范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。图1两级共源CMOS运放电路图6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。..其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：转换速率：第一级增益：第二

3、级增益：单位增益带宽：输出级极点：零点：正CMR：负CMR：饱和电压：功耗：四、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于：·根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。·学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。..五、实验内容1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬

4、态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。4、整理仿真数据与曲线图表，撰写并提交实验报告。5、运放指标要求：•驱动负载电容CL为1.5pF；•开环增益Av≥65dB；•增益带宽积GB≥60MHz；•转换速率SR≥20V/μs；•输入共模范围0.6V到2.8V；•输出电压摆幅大于2.3V；•相位裕度45°≤PM≤75°。六、实验仪器设备（1）工作站或微机终端一台（2）EDA仿真软件1套七、实验步骤1、参数计算：由umc18工艺得

5、对应的一些基本参数：Vthn=0.59，Vthp=0.72，un=341，up=81，tox=7e-9，Lmin=3.4e-7，通过计算得出参数：Kn=1.68e-4，Kp=4e-5..（1）计算最小补偿电容Cc根据指标要求，在此预设相位裕度为60°，则由零点Z1和第二极点P2对补偿电容的要求，得：（P2>2.2GB）保守做法，取Cc为0.5pF。（2）由SR、Cc求出偏置电流I5：此为最小I5，取I5=20uA。（3）用CMR计算(W/L)3:==3.65（4）由GB、CC求出gm1、gm2（5）计算(W/L

6、)6..（6）计算(W/L)7（7）剩余参数的确定M9和M8构成偏置电路给M5提供栅压，M8和M5又构成电流镜，由于M5工作在饱和区间，所以由经验取(W/L)9=1.2，(W/L)8=10。（8）利用计算所得参数对电路进行仿真，根据仿真结果再进行细调参数。根据实验原理和设计指标要求，最终各个元器件的参数如表1所示；Candence下电路图如图2所示。表1运放各器件版图参数器件W（μm）L（μm）M1402M2402M33.91M43.91M560.5M6600.5M7440.35M850.5..M91.21CL1

7、.5pFCc0.6pF图2两级运放电路图2共模输入范围ICMR仿真对输入信号在0~VDD范围内进行DC分析，测试输出电压能够跟随输入电压的的范围，即为运放的共模输入范围。测得的Vout随输入的变化波形如图3，从图中可知..ICMR在0.18V到2.9V之间的情况下，运放都能工作。满足设计指标要求。图3共模输入范围曲线3输出摆幅仿真输出摆幅的测试方法在0~VDD范围内，对电路进行DC分析。观察Vo点波形，测试输出电压的线性跟踪范围，即为输出动态范围。测得的Vout随输入的变化波形如图4所示，可以从图中看到输出摆幅约

8、在0V到3V之间。大于2.3V，满足设计要求。图4输出摆幅曲线4Av和GB及相位裕度仿真..进行AC分析，取两个输入正弦信号V+和V-的直流偏置为1.5V，ACmagnitude为1V，Amplitude为0.1mV，Frequency为100Hz，相位差180°。测得的输出Vout的AC20dB波形如图5所示，可知低频（小于200Hz）增益Av=77.3dB＞65dB，