IC课设报告-电流源负载共源极放大器的设计.doc

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1、IC课设报告题号：题目：电流源负载共源极放大器的设计指导老师：院系：专业班级：学号：同组成员：姓名：目录一．背景简介1.CMOS2.Hspice二．设计目标三．设计思路概述1.流程2.高频分析四．具体设计步骤1.选取W/L的值2.仿真单个MOS的特性3.相关参数计算4.小信号等效电路及增益，带宽5.整体仿真增益和带宽结果五．电路相关曲线仿真1.直流特性仿真2.瞬态分析仿真3.功耗分析仿真4.相位仿真曲线5.幅值仿真曲线六．理论与实际的讨论1.数据2.继续思考七．课程小结1.收获和建议2.成员工作量一．背景简介1.CMOS当今世界

2、,随着计算机、通讯、网络技术的迅猛发展和全球经济一体化进程的加快,发展微电子产业的重要性已日益为各国政府及有识之士所接受。当今社会进入到了一个崭新的信息化时代，微电子技术正是信息技术的核心技术。集成电路(IntegratedCircuit,简称IC)就是将有源元件(二极管、晶体管等)和无源元件(电阻、电容等)以及它们的连线一起制作在半导体衬底上形成一个独立的整体.集成电路的各个引出端就是该电路的输入，输出，电源和地。学习了解IC方面的知识已成为每一个当代大学生的基本要求。共源极放大器是CMOS电路中的基本增益级。它是典型的反向放

3、大器，负载可以是有源负载或者电流源。共源极放大器需要得到比有源负载放大器更大的增益。设计电流源负载共源极放大器对学习了解IC有着本质的帮助和提高，这是理论与实践的相结合。下图是电流源负载共源放大器。这种结构采用电流源负载代替PMOS二极管连接的负载。电流源是共栅结构，采用栅极加直流电压偏置VGG2的P沟道管实现。小信号性能可由模型中用gm2vout＝0（考虑M2的栅极交流接地）来求得。小信号电压增益为：取决于器件尺寸、电流和使用的技术，这个电路的典型增益在－10～－100的范围内。为了用电阻性负载得到类似的增益，必须使用远远高于

4、5V的电源电压。电阻性负载方法还会大大提高功率损耗。但是，这里应该提到的是：对于低增益、高频率级，（如果不需要大量硅面积）用电阻负载会更理想，因为它们一般都有较小的寄生电容。它们通常还比有源负载噪声小。这是个有意义的结果：随着直流电流的减小，增益上升。这是因为输出电导正比于偏置电流，而跨导正比于偏置电流的平方根。增益随ID减小而增加可一直保持到电流接近亚阀值工作区，即弱反型层出现，此时跨导变为正比于偏置电流且小信号电压增益成为偏置电流函数的常数。如果我们假设亚阀区发生在电流近似为1μА的时候，又如果（W/L）1=(W/L)2=1

5、0，使用0.8μm模型的参数值可给出图所示的电流负载CMOS共源放大器的最大增益近似为－521V/V。图示出了电流源负载作为直流偏置电流的函数的典型关系（假设亚区效应发生在近似等于1μА的时候）。上图为中M2的栅极接到M1的栅极，即为推挽COMS共源放大器。比较电流源和推挽共源放大器，可以得出，采用同样的晶体管，推挽共源放大器具有更高的增益。这是由于两个晶体管都由vIN驱动的缘故。推挽共源放大器的另一个优点是它的输出可以端到端的满摆幅工作。推挽共源放大器的小信号能取决与它的工作区。如果假设M1，M2都处于饱和区，就能得到最大电压

6、增益。我们可以借助图4-5来分析小信号性能。小信号电压增益是：我们注意到与电流源/漏共源放大器一样，电压增益同样受直流电流的影响。2.HspiceHspice（现在属于Synopsys公司）是IC设计中最常使用的工业级电路仿真工具，用以对电子电路的稳态、瞬态及频域的仿真和分析，可以精确的仿真、分析、优化从直流到高于100GHz频率的微波电路。目前，一般书籍都采用Level2的MOSModel进行计算和估算，与Foundry经常提供的Level49和Mos9、EKV等Library不同，而以上Model要比Level2的Model

7、复杂的多，因此Designer除利用Level2的Model进行电路的估算以外，还一定要使用电路仿真软件Hspice、Spectre等进行仿真，以便得到精确的结果。Hspice输入网表文件为.sp文件，模型和库文件为.inc和.lib，Hspice输出文件有运行状态文件.st0、输出列表文件.lis、瞬态分析文件.tr#、直流分析文件.sw#、交流分析文件.ac#、测量输出文件.m*#等。其中，所有的分析数据文件均可作为AvanWaves的输入文件用来显示波形。Hspice所使用的单位Hspice有如下功能：§电路级和行为级仿真

8、§直流特性分析、灵敏度分析§交流特性分析§瞬态分析§电路优化（优化元件参数）§温度特性分析§噪声分析§傅立叶分析§MonteCarlo,最坏情况，参数扫描，数据表扫描§功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可扩展的功能分析文件结构：二．设计目标设计如图