单级CMOS放大电路的设计与仿真 课程设计
模拟cmos集成电路设计实验
模拟cmos集成电路设计实验实验要求：设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。
单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。
实验报告包括以下几部分内容：1、电路结构分析及公式推导（例如如何根据指标确定端口电压及宽长比）2、电路设计步骤3、仿真测试图（需包含瞬态、直流和交流仿真图）4、给出每个MOS管的宽长比（做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应）5、实验心得和小结单级放大器设计指标两级放大器设计指标实验操作步骤：a.安装Xmanagerb.打开Xmanager中的Xstartc.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码Host：202.38.81.119Protocol: SSHUsername/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2然后点击run运行。
会弹出xterm窗口。
修改密码输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。
注意密码不会显示出来。
d.设置服务器节点用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取）选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名)如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13e.文件夹管理通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。
本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。
在xterm中，输入mkdir SMIC40然后进入新建的SMIC40文件夹，在xterm中，输入cd SMIC40.f.关联SMIC40nm 工艺库在xterm窗口中，输入gedit&,(gedit为文档编辑命令)将以下内容拷贝到新文档中。
SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/dfII/cds.lib SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/hdl/cds.lib SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/pic/cds.lib SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/sg/cds.libDEFINE smic40llrf /soft2/eda/tech/smic040/pdk/SPDK40LLRF_1125_2TM_CDS_V1.4/smic40llrf_1 125_2tm_cds_1P8M_2012_10_30_v1.4/smic40llrf保存为cds.lib 。
cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617
cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617CMOS（互补金属氧化物半导体）模拟集成电路是现代电子设备中常见的一种设计和制造技术。
在本文中，我们将介绍基于Cadence IC617的CMOS模拟集成电路设计和仿真实例，以便读者了解CMOS电路设计的基本流程和重要步骤。
步骤1：设计电路首先，我们需要确定所设计的电路的功能和性能指标。
例如，我们可以设计一个运算放大器电路来放大输入的电压信号。
然后，我们可以使用Cadence IC617中的设计工具创建原始的电路图。
在Cadence IC617中，我们可以选择所需的电路元件，如MOS管、电容器和电阻器，并将它们放置在电路图中。
然后，我们可以将它们连接起来，以实现所需的电路功能。
在设计电路时，我们需要注意元件的尺寸和位置，以及电路的布局，以确保性能和可靠性。
步骤2：参数化模型完成电路设计后，接下来我们需要为每个元件选择适当的参数化模型。
这些模型是描述元件行为和特性的数学表达式。
例如，我们可以选择MOS管的Spice模型，该模型可以描述其转导和容性特性。
在Cadence IC617中，我们可以通过浏览模型库，选择适合我们电路的元件模型。
然后，我们可以将这些模型与电路元件关联起来，以便在仿真过程中使用。
步骤3：电路布局完成参数化模型的选择后，我们需要进行电路布局。
电路布局是将电路元件实际放置在芯片上的过程。
在Cadence IC617中，我们可以使用布局工具来配置电路元件的位置和尺寸。
在电路布局过程中，我们需要考虑元件之间的互连和布线。
我们可以使用布线工具来连接元件的引脚，并确保布线符合规定的电气规范。
同时，我们还需要遵循布线规则，以确保信号传输的稳定性和可靠性。
步骤4：参数抽取和后仿真完成电路布局后，我们可以进行参数抽取和后仿真。
参数抽取是从电路布局中提取出元件的真实特性和物理参数的过程。
在Cadence IC617中，我们可以使用抽取工具来自动提取电路布局中各个元件的参数。
单级阻容耦合晶体管放大器电路设计与仿真
单级阻容耦合晶体管放大器电路设计与仿真单级阻容耦合晶体管放大器是一种常见的放大电路，用于增强信号的幅度。
通过适当的电路设计，我们能够实现理想的电压放大效果，并通过仿真验证其性能。
在电子技术领域中，放大器被广泛应用于各种电子设备中。
单级阻容耦合晶体管放大器具有简单、稳定、易于调整的特点，因此备受关注。
本文将介绍单级阻容耦合晶体管放大器的电路设计原理及其仿真方法，希望能给电子技术爱好者提供一些参考。
二、电路设计原理1. 选择晶体管型号在开始设计之前，我们需要选择适合的晶体管型号。
不同的应用场景可能需要不同的参数要求，因此需要根据具体的需求选择合适的型号。
2. 电路基本原理单级阻容耦合晶体管放大器的基本原理是利用晶体管的放大特性，通过控制基极电流来实现信号放大。
通过阻容耦合方式将输入信号耦合到晶体管的基极，然后通过集电极电阻来输出放大后的信号。
3. 电路参数计算根据放大器的设计要求，我们需要计算出合适的电路参数。
这些参数包括输入电阻、输出电阻、放大倍数等。
通过合理地选择电阻和电容的数值，可以获得较好的电路性能。
三、电路仿真方法1. 选择仿真软件在进行电路仿真之前，需要选择一款合适的仿真软件。
常用的仿真软件有Multisim、LTspice等，可以根据实际情况选择最适合的软件。
2. 构建电路模型根据设计原理和计算结果，利用仿真软件搭建出单级阻容耦合晶体管放大器的电路模型。
确保连接正确并符合设计要求。
3. 设置仿真参数在进行仿真前，需要设置仿真参数。
这些参数包括输入信号的幅度、频率、直流偏置电压等。
确保仿真环境与实际应用场景相符。
4. 仿真结果分析进行仿真后，我们可以分析输出信号的波形、频谱，以及电压增益等性能指标。
通过这些结果，可以评估电路设计的合理性，并在需要时进行调整。
单级阻容耦合晶体管放大器是一种常见且实用的电路结构，通过合理的设计和仿真可以获得较好的放大效果。
在实际应用中，需要根据具体要求选择合适的晶体管型号，并进行电路参数计算和仿真分析，以保证电路的性能。
模拟cmos集成电路设计研究生课程实验报告
模拟CMOS集成电路设计研究生课程实验报告一、概述在现代集成电路设计领域，模拟CMOS集成电路设计一直是一个备受关注的课题。
本实验旨在通过对模拟CMOS集成电路设计相关内容的学习和实践，加深对该领域的理解，并提升设计实践能力。
本文将介绍实验内容、实验过程和实验结果，并结合个人观点对模拟CMOS集成电路设计进行探讨。
二、实验内容1. 实验名称：基于CMOS工艺的运算放大器设计与仿真2. 实验目的：通过对基本运算放大器的设计与仿真，理解模拟CMOS 集成电路设计的基本原理和方法。
3. 实验要求：设计一个基于CMOS工艺的运算放大器电路，并进行仿真验证。
4. 实验器材与软件：PSPICE仿真软件、计算机、基本电路元件。
三、实验过程1. 设计基本运算放大器电路a. 根据理论知识，选择合适的CMOS工艺器件，并进行电路拓扑设计。
b. 计算电路的主要参数，如增益、带宽、输入输出阻抗等。
c. 优化设计，满足实际应用需求。
2. 运算放大器电路仿真a. 在PSPICE软件中建立电路模型。
b. 分析仿真结果，验证设计参数是否符合预期。
c. 优化设计，使得电路性能达到最佳状态。
四、实验结果经过反复设计与仿真，最终得到了一个基于CMOS工艺的运算放大器电路。
在PSPICE软件中进行仿真测试，结果表明设计的运算放大器电路性能良好，能够满足设计要求。
在输入端加入正弦波信号，输出端得到经过放大和处理的信号，验证了电路的正常工作。
五、总结与回顾通过本次实验，我深刻理解了模拟CMOS集成电路设计的基本原理和方法。
从初步设计到最终仿真，我逐步掌握了电路设计与优化的过程，并将理论知识应用到实践中。
在今后的学习和工作中，我将继续深入研究模拟CMOS集成电路设计，不断提升自己的技能。
六、个人观点与理解模拟CMOS集成电路设计是一个复杂而又具有挑战性的领域。
在实验过程中，我深刻意识到了理论知识与实际应用的紧密通联，只有不断实践与探索，才能够更好地理解与掌握。
CMOS模拟集成电路设计_ch3单级放大器(一)-PPT精品文档
16
输出电阻？
您能直观观察出来吗？
17
二极管连接的其他用途：电压偏置
18
同样大小的交流小信号电阻，用饱和区MOS管实现不仅 容易，而且消耗的电压余度要小得多
电流源负载的共源级放大器 广泛的使用在CMOS集成电路中
2019/2/22
共源级放大器
19
1.3 电流源负载的共源级放大器
讨论
1 1 A 2 I V D ( ) I I 1 1 D D
Gm ? Rout?
2019/2/22
共源级放大器
24
计算Gm（考虑沟道长度调制及体效应)
由于
，所以
因此，
2019/2/22
共源级放大器
25
计算Rout
流经ro的电流： 得到 所以，
R r ' r [ 1 ( g g ) R ] OUT o o m mb S
2019/2/22
长沟器件可以产生高的电压增益 同时增加W、L将引入更大的节点电容 ID↓→
AV↑
20
输出摆幅
2019/2/22
共源级放大器
21
1.4 带源级负反馈的共源级放大器
小信号直接分析方法
讨论
增加源级负反馈电阻，使增益是gm的弱函数，实现线性的提高。 线性化的获得是以牺牲增益为代价的
2019/2/22
9
练习
Av的最大化
A g R v m D
A v 2 C
W RD n ox L D
V I
增大W/L；寄生电容增大，带宽减小 增大VRD；输出摆幅减小 减小ID；RD会很大，输出节点时间常数增大
模拟CMOS集成电路设计-第3章-单级放大器
• 输入阻抗
低频时输入电流为零，输入阻抗无限大。
• 输出阻抗
直观的：
源跟随器实现大阻抗到小阻抗的转换
源跟随器的戴维南等效
用电阻模拟gmb—对源跟随器成立
戴维南等效电路--〉分压电路
共栅级
• 在共源放大器和源跟随器中，输入信号都是加在MOS管
的栅极。把输入信号加在MOS管的源端也是可以的 。
R
mo
m
bo
o
D
A
G
R
v
mo
u
t
R
R
R
o
o
n
1 p
2
n
p
W
L
50
(
W
/
L
)
必须使
2
1
在某种意义上，高增益要求强的输入器件和弱的负载器件，缺点是高增益会
造成沟宽和沟长过大而不均衡（因此会导致大的输入或者负载电容），同时
还会带来另外一个严重的局限性：允许的输出电压摆幅的减小。
ID1 ID2
W
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱW
2
V
V
所以
V
GS
gmb)R
(gm1/r
gmb)V
o
s
o
in
Id/V
(gm1/r
gmb)/(1(gm1/r
gmb)R
in
o
o
s
ID
Gm＝ |Vout 0
Vin
g
r
g
r
1
I
m
CMOS模拟集成电路设计-ch3单级放大器2
输入阻抗
正因为共栅放大器的输入阻抗较小，所以前面算增益的时候 必须考虑RS
2021/2/4
8
低Rin特性的应用
根据传输线理论：
对于50传输线，接收端匹配50电阻时，反射回来的能 量最小，功率传输效率最高
a结构电压增益只能为gm1×50; b结构为gm1×RD
由2021于/2/4共栅放大器的阻抗变换特性，RD可以远大于50
2021/2/4
P60
4
摆幅问题
源跟随器会使信号直流电平产生VGS的平移，降低信号摆幅
为了保证M1工作在饱和区，要求
VX VG1SVTH
为了保证M2、M3都工作在饱和区， 要求
V X(V G3S V TH ) V G2S
电压平移有时候是有用的，如例3.9
2021/2/4
5
3.3 共栅级放大器
大信号分析
所谓“折叠”针对小信号电流。小信号分析与共源共 栅放大器一致。
为了获得相当的性能，折叠式共源共栅放大器的总偏 置电流应比共源共栅放大器的大。
2021/2/4
14
练习 1
交流地 共栅级的阻抗变换特性
2021/2/4
15
2021/2/4
16
练习 2
2021/2/4
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谢谢观赏
增益
若λ＝0，由输入管产生的漏电 流会全部流过共源共栅管
高输出阻抗是共源共栅的重要特性
2021/2/4
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Av=-GmRout
高输出阻抗可带来高增益！
2021/2/4
12
Rout2显然不够大，Rout1的作用 没有发挥出来
共源栅 电流源
输出电压的摆幅：
2021/2/4
毕业设计(论文)-cmos运算放大电路的版图设计[管理资料]
目录摘要 (3)第一章引言 (3)§ (3)§ CMOS 电路的发展和特点 (5)第二章CMOS运算放大器电路图 (8)§Pspice软件介绍 (8)Pspice运行环境 (12)Pspice功能简介 (12)§CMOS运算放大器电路图的制作 (14)§小结 (20)第三章版图设计 (20)§L-EDIT软件介绍 (20)§设计规则 (21)§集成电路版图设计 (24)PMOS版图设计 (24)NMOS版图设计 (27)CMOS运算放大器版图设计 (27)优化设计 (32)第四章仿真 (40)§DRC仿真 (41)§LVS 对照 (42)第五章总结 (48)附录 (50)参考文献 (52)致谢 (53)摘要介绍了CMOS运算放大电路的版图设计。
并对PMOS、NMOS、CMOS运算放大器版图、设计规则做了详细的分析。
通过设计规则检查（DRC）和版图与原理图对照（LVS）表明，此方案已基本达到了集成电路工艺的要求。
关键词：CMOS 放大器 NMOS PMOS 设计规则检查版图与原理图的对照AbstractThe layout desigen of CMOS operation amplifer is presented in this the layouts and design rules of PMOS,NMOS, and CMOS operation amplifer. The results of design rule check(DRC)and layout verification schmatic(LVS) shown that the project have already met to the needs of IC fabricated processing. Keywords: CMOS Amplifer NMOS PMOS DRC LVS第一章引言1．1 集成电路版图设计的发展现状和趋势集成电路的出现与飞速发展彻底改变了人类文明和人们日常生活的面目。
单级放大电路设计模电实验（DOC）
单级放大电路设计模电实验（DOC）单级放大电路设计模电实验(DOC)东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路基础第三次实验实验名称：单级电压放大电路设计院：吴健雄专业：电类姓名：学号：实验室:实验组别：同组人员：实验时间：2011 年5 月5 日评定成绩：审阅教师：实验三单级电压放大电路设计一、基本信息实验时数：时间要求：教材：实验检查：6学时第10～11周完成，第11周内交实验报告《电子线路实践》Page 1～6 带班教师检查二、学习目标：1、掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；2、了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法；3、了解负反馈对放大电路特性的影响。
4、掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源、交流毫伏表、函数发生器的使用技能训练。
三、设计提示：图3-1 射级偏置电路1、对于图3-1中的偏置电路，只有R2支路中的电流I1>>IBQ时，才能保证UBQ恒定实现自动稳定工作点的作用，所以工程中一般取：I1?(5~10)IBQ 。
I1?(10~20)IBQ2、为了提高电路的稳定性，一般要求UBQ>>UBE，工程中一般取UBQ=(5~10)UBE，即UBQ=(3～5)V，UBQ=(1～3)V。
3、电路的静态工作点电流ICQ?UBQ?UBERE，于是小信号放大，所以ICQ一般取~2mA。
4、ICQ确定后通过以下公式可计算R1和R2的值：R2?UBQI1?UBQ?5~10?IBQ?5~10?ICQ’? ?RLUBQ，R1?VCC?UBQI1??VCC?UBQ?R2UBQ。
5、交流电压放大倍数Au??rbe’’??RL??RL。
26mVrb??1?? ?re300??1???ICQ6、交流输入阻抗Ri?rbe//R1//R2?rbe?rb?(1??)re?300?(1??)7、交流输出阻抗RO?ro//RC?RC。
cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617
cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617现如今，随着电子技术的快速发展，集成电路逐渐成为了现代电子产品的核心组成部分。
而在集成电路设计与制造的过程中，模拟集成电路设计显得尤为重要。
CMOS模拟集成电路设计与仿真是其中的重要环节，它是指利用CMOS技术设计和实现各种类型的模拟电路，通过仿真验证电路的性能和可靠性。
在CMOS模拟集成电路设计中，Cadence IC617是一个常用的设计工具。
它提供了一整套完善的设计和仿真环境，可以帮助工程师们高效地进行电路设计和验证。
下面，我们将以基于Cadence IC617的CMOS模拟集成电路设计与仿真为例，详细介绍该过程的步骤和要点。
首先，进行CMOS模拟集成电路设计时，我们需要明确电路的功能和性能要求。
比如，我们可以设计一个放大电路，要求其具有特定的增益和带宽。
或者设计一个滤波电路，要求其具有特定的截止频率和衰减特性。
这些要求将直接影响后续的电路设计和参数选择。
接下来，我们需要进行电路的整体结构设计。
在整体结构设计中，我们需要选择电路的拓扑结构和元件的类型。
对于CMOS模拟集成电路来说，常见的拓扑结构包括共源共栅放大器、共源共漏放大器、共射放大器等。
而元件的类型包括MOS管、电容、电阻等。
通过合理选择和组合这些结构和元件，可以实现所需的电路功能。
接下来，我们需要进行电路的详细设计和参数选择。
在详细设计中，我们需要确定电路的工作点和元件的尺寸。
工作点的选择与电路的静态特性密切相关，而元件的尺寸则决定了电路的动态特性和性能。
在参数选择时，我们需要考虑电路的可靠性和稳定性，而且要与实际的工艺条件相匹配。
完成电路的详细设计后，我们需要进行电路的仿真验证。
在仿真验证中，我们可以使用Cadence IC617提供的仿真工具，对电路进行各种测试和分析。
比如，我们可以使用直流分析进行电路的静态特性分析，使用交流分析进行电路的频率响应分析，使用蒙特卡洛分析进行电路的可靠性分析等。
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集成课程设计报告 单级CMOS放大电路的设计与仿真
院 系： 材料与光电物理学院 专 业： 微电子学一班 姓 名： 指导教师： 唐明华 教授
报告提交日期： 2010年 9 月 目 录 摘要： ........................................................................................................................... 1 关键词： ....................................................................................................................... 1 Key words: .................................................................................................................... 1 1.引言 ............................................................................................................................ 2 2.单级CMOS放大电路的设计 .................................................................................. 5 2.1 CMOS管介绍 .................................................................................................. 5 2.2 MOS特性分析 ................................................................................................. 5 2.3单级CMOS放大电路的设计原理 ................................................................. 6 3. 原理图的绘制以及电路的仿真 .............................................................................. 7 3.1 软件概述.......................................................................................................... 7 3.2 原理图的绘制.................................................................................................. 7 3.3 直流工作点的分析：...................................................................................... 8 3.4 动态性能指标的测试：................................................................................ 11 3.5仿真结果......................................................................................................... 13 3.6 测量结果以及误差分析：............................................................................ 13 4. 问题的分析与研究 ................................................................................................ 14 5. 心得体会与总结 .................................................................................................... 15 6.致谢 .......................................................................................................................... 16 参考文献 ..................................................................................................................... 17 附录： ......................................................................................................................... 17 1
单级CMOS放大电路的设计与仿真 摘要：本文对单级CMOS放大电路进行设计和仿真。首先将对CMOS管进行简单介绍和
进行特性分析，并对单级CMOS放大电路的设计原理作了简单介绍。然后根据设计要求，通过Pspice软件仿真系统对单级CMOS放大电路进行仿真，包括直流工作点的分析，瞬态分析，傅里叶分析。并对其静态工作点和交流小信号分析做出阐述。从而使我们了解到模拟CMOS集成电路的一般设计方法和思路，以及PSpice 软件的一些基本操作和仿真功能。 关键词：单级CMOS放大电路，直流工作点分析，瞬态分析，傅里叶分析，PSpice。
The Design and Simulation of Single-Stage CMOS Amplifier Abstract: The design and simulation of Single-stage CMOS amplifier has been carried on in this paper. After simple analysis and introduction of CMOS transistor and then the simple introduction of design principle of signal-stage CMOS amplifier, some kinds of simulation including DC operating point analysis, transient analysis, Fourier analysis has been also executed under the desire of design. What's more, to make the thought of method of analog CMOS circuit and some Operations and simulation capabilities of Pspice well known, Quiescent operating point and the exchange of small-signal analysis are elaborated. Key words: single-stage CMOS amplifier circuit, DC operating point analysis, transient analysis, Fourier analysis, Pspice. 2
1.引言 金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的概念来源于J. E. Lilienfeld于1930年申请的专利，这早于双极型晶体管的发明。然而由于制造技术的限制，MOS技术走向实用的时间比较晚，在20世纪60年代初期，早期的几代产品是n型的。20世纪60年代中期发明的互补MOS(CMOS)器件(即同时采用n型和p型晶体管)，引起了半导体工业的一场革命。CMOS技术很快地占领了数字市场，CMOS门只在开关期间消耗功率以及只需很少的元件。这也是它与相应的双极型或GaAs电路相比所具有的两个显著特点。此外，人们很快发现，与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按比例缩小。而且，CMOS电路被证明具有比较低的制造成本。紧接着，CMOS技术应用于模拟电路设计，如下章将介绍的放大电路中[1]。 放大现象存在于各种场合，例如，利用放大镜放大微小物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动物体，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换成高电压，这是电学中的放大。研究它们的共同特点，一是都将原物形状或大小的差异按一定比例放大了，二是放大前后能量守恒，例如，杠杆原理中前后端做功相同，理想变压器的原、副边 功率相同等[2]。 利用扩音机放大声音，是电子学中的放大，话筒(传感器)将微弱的声音转换成电信号，经放大电路放大成足够强的电信号后，驱动扬声器(执行机构)，使其发出较原来强得多的声音这种放大与上述放大的相同之处是放大的对象均为变化量(差异)，不同之处在于扬声器所获得的能量(或输出功率)远大于话筒送出的能量(或输入功率)。放大电路放大的本质是能量的控制和转换；是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所或得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大的多的电压或电流，有时兼而有之。能够控制能量的原件称为有源元件，因而在放大电路中必须存在有源元件，如晶体管和场效应管等。[2]
放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。晶体管和场效应管是放大电路的核心元件，只有它们工作在合适的区域(晶体管工作在放大区、场效应管工作在恒流区)，才能使输出量与输入量始终保持线性关系，即电路才不会产生失真。[3]