模拟集成电路实验报告

CMOS放大器设计实验报告

一、实验目的

1.培养学生分析、解决问题的综合能力；

2.熟悉计算机进行集成电路辅助设计的流程；

3.学会适应cadence设计工具；

4.掌握模拟电路仿真方法

6.掌握电子电路、电子芯片底层版图设计原则和方法；

7.掌握使用计算机对电路、电子器件进行参数提取及功能模拟的过程；

8.熟悉设计验证流程和方法。

二、实验原理

单级差分放大器结构如下图所示：

在电路结构中，M2和M3组成了NMOS差分输入对，差分输入与

单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M0和M1电流镜为有源负载，可将差分输入转化为单端输出；M5管提供恒定的偏置电流。三、实验要求

设计电路使得其达到以下指标：

1.供电电压：

2.输入信号：正弦差分信号

3.共模电压范围为

4.差分模值范围

5．输出信号：正弦信号

6.摆率大于

7.带宽大于

8.幅值增益：

9.相位裕度：

10.功耗：

11.工作温度：

四、差分放大器分析

1、直流分析

为了使电路正常工作，电路中的MOS管都应处于饱和状态。

1.1 M2管的饱和条件:

1.2 M4管的饱和条件:

2.小信号分析

小信号模型如下：

由图可得：

2．1 增益分析

其中

2.2 频率响应分析由小信号模型易知：

其中

3．电路参数计算3．1确定电流

根据摆率指标：

根据功耗指标易知：

根据带宽指标：

综上，取:

3.2宽长比的确定

M4与M5：电流源提供的电流为，参数设为，根据电流镜原理，可以算出

M2与M3：

带入数据可得

取值为20，则取

M0与M1：这两个PMOS管对交流性能影响不大，只要使其下方的

管子正常开启即可，实验中取值：

五、仿真结果

1、幅频特性

设置激励如下：

信号名

称

信号类型参数

VDD直流V=3.3V

GND直流V=0V

Vin+交流小信号幅值1mV,频率50KHz

直流电压1.65V,初相0 Vin-交流小信号幅值1mV,频率50KHz

电压1.65V,初相180进行ac仿真，仿真结果如下：

增益，，相位裕度为，满足指标要求。

2、摆率仿真

通过加入方波激励进行测试摆率

信号名称信号类型参数

VDD直流V=3.3V

GND直流V=0V

Vin+方波V1=0V,V2=3.3V

周期2,占空比50%

Vin-方波V1=3.3V,V2=0V

周期2,占空比50%仿真结果如下：

得到：满足指标要求。

3、共模电压范围仿真

为了测试共模电压范围，我们调整直流工作点分别在直流工作点为1.15V和2.15V是进行仿真。

3.1 直流工作点1.15V时，仿真结果如下

增益，，相位裕度为，满足指标要求。

3.2 直流工作点2.15V时，仿真结果如下

增益，，相位裕度为，满足指标要求。

4、差分模值范围

将输入信号按如下表格设置:

信号名称信号类型参数

VDD直流V=3.3V

GND直流V=0V

Vin+交流小信号幅值100mV,频率50KHz

直流电压1.65V,初相0

Vin-交流小信号幅值100mV,频率50KHz

电压1.65V,初相180仿真结果如下：

可以看到，放大器性能没有发生大的变化，满足要求

以上所有仿真中功率都明显小于1mw；综上，放大器大的所有指

标在前仿中满足要求。

六、版图的绘制

由电路图绘制版图如下：

由于电容所占面积较大，考虑电容时版图如下：

版图绘制完成后，通过DRC检查，以及LVS验证，然后进行RCX

参数提取，而后进行后仿。

提取RCX如下：

七、后仿结果

1、幅频特性

设置激励如下：

信号名称信号类型参数VDD直流V=3.3V GND直流V=0V

Vin+交流小信

号

幅值1mV,频率50KHz 直流电压1.65V,初相0

Vin-交流小信

号幅值1mV,频率50KHz 电压1.65V,初相180

进行ac仿真，仿真结果如下：

增益，，相位裕度为，满足指标要求。

2、摆率仿真

通过加入方波激励进行测试摆率

信号名称信号类型参数

VDD直流V=3.3V

GND直流V=0V

Vin+方波V1=0V,V2=3.3V

周期2,占空比50%

Vin-方波V1=3.3V,V2=0V

周期2,占空比50%仿真结果如下：

得到：满足指标要求。

3、共模电压范围仿真

为了测试共模电压范围，我们调整直流工作点分别在直流工作点为1.15V和2.15V是进行仿真。

3.1直流工作点1.15V时，仿真结果如下

增益，，相位裕度为，满足指标要求。

3.2 直流工作点2.15V时，仿真结果如下

增益，，相位裕度为，满足指标要求。

3.3差分模值范围

将输入信号按如下表格设置：