CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计
课程设计报告
设计课题: CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计
姓名: XXX
专业: 集成电路设计与集成系统
学号: 1115103004 日期 2015年1月17日
指导教师: XXX 国立华侨大学信息科学与工程学院
一：CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计
1:电路结构
最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路。
2：电路描述：
输入级放大电路由M1~M5组成。M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载；M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流。
输出级放大电路由M6和M7组成，M6为共源放大器，M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。
偏置电路由M8~M13和Rb组成，这是一个共源共栅电流源，M8和M9宽长比相同。M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。
相位补偿电路由M14和Cc组成，M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。
3:两级运放主体电路设计
由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有
R1表示第一级输出电阻，其值为
则第一级的电压增益
对第二级，有
第二级的电压增益
故总的直流开环电压增益为
所以
4：偏置电路设计
偏置电路由 M8~M13 构成，其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13，电阻RB 串联在M12 的源极，它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13，同时也为M5 和M7提供偏置。
下面进行具体计算。镜像电流源M8 和M9 使得M13 的电流与M12 的电流相等，都为IB，从而有
而由电路可知
联立上式可以得到：
整理得：
可以看到，IB仅以电阻RB和M12,M13的尺寸有关，不受电源电压的影响。
二：计算参数
对于MOS 管宽长比的设计，可以先选择合适的过驱动电压，然后分配合理的电流，最后再计算宽长比。通常先选择过驱动电压为0.1V~0.2V，如果是已知跨导，就可以计算其电流和宽长比，如果是预先分配电流，也可以计算其跨导和宽长比。
设计步骤：
1：选择Cc 的大小。与Cc 相关的是单位增益带宽、输入积分噪声、z1 位置和
压摆率。Cc 增大大有几个好处，增强极点分裂功能，降低输入积分噪声，降低第二级功耗，提高相位裕度，但缺点是降低了GBW 和压摆率。而且Cc 的选择和负载取值有关，所以我们尽量增大Cc，前提是满足压摆率指标，然后增加gm1 以提高GBW。在IDS1不变的前提下，gm1 的提高可以通过降低VDSAT1 得到。本设计中负载是3pF，考虑寄生电容存在，选取Cc 初值为1.8pF，在后面的步骤中可以通过迭代调整Cc 的值。
2：相位补偿，选取gm6＝3.2gm1。
3：选择过驱动电压，VDSAT1 降低有助于提高共模输入范围,增大输出摆幅，降
低输入失调电压，提高电压增益，提高共模抑制比，提高负电源抑制比。另外，在同等电流前提下，过驱动越小，跨导越大。所以VDSAT1 尽量取小比如0.1V。
4：分配电流。第一级电流增大有助于提高gm1，提高SRint，这里取IDS6＝4IDS1。
取偏置电流IDS8＝10μA，k1＝12，k2＝24，即IDS5＝120μA，IDS7＝240μA，总电流为380μA。
5：计算M1,2 宽长比。已知IDS1＝60μA，VDSAT1＝0.1V，得到(W/L)1＝347.8。
当α＝2 时，W1L1≥64.4μm2，由此得到L1>0.43μm。由于要加上2LD 即0.4μm 的扩散长度，预先取L1＝0.8μm，得到W1 为140μm。因此得到(W/L)1,2
＝140μm/0.8μm。要注意的是，W1L1 乘积不能太大，否则3 点寄生电容会很大。
6：计算M3,4、M6、M5 和M7 的宽长比。由于α＝2，取L3,4＝2L1 即为1.2
μm。为保证小的失调，取L6＝L3,4＝1.2μm（在Level 1 模型中反映不出）。对于L5 和L7，为保证小寄生电容取最小长度0.4μm 即可，因此得到L5,7＝0.8μm。由于gm6＝3.2gm1，IDS6＝4IDS1，得到VDSAT6＝0.125V，进而得到W6＝240μm。再由k1 和k2 得W3,4＝60μm。M5 和M7 是偏置管，为保证小的寄生电容，取过驱动为0.4V。IDS5＝120μA，得到W5＝18μm，因此有W7＝k2/k1×W7＝36μm。从而得到(W/L)3,4＝10/1.2，(W/L)6＝240/1.2，(W/L)5＝18/0.8，(W/L)7＝36/0.8。
7：计算M8,9、M10,11、M12、M13 的宽长比和RB 的阻值。要满足式(2.39)，
同时取(W/L)12＝4(W/L)13。IDS13＝10μA，由式(2.44)和VDSAT13＝VDSAT13＝0.125V 得RB＝6.25k。取L13 ＝ L6 ＝ 1.2μm，得(W/L)13 ＝ (W/L)6/k2 ＝10μm/1.2μm。也得到(W/L)12 ＝40μm/1.2μm，取(W/L)10＝(W/L)11＝(W/L)13＝10μm/1.2μm。取L8,9＝L7＝0.8μm，得(W/L)8,9＝1/k2*(W/L)7＝1.5μ
m/0.8μm。
8：计算M14 的宽长比。由式取这个比例为3.7，得到(W/L)14＝65μm/1.2μm。
最终得到的器件参数如下
M1 140/0.8 M9 1.5/0.8
M2 140/0.8 M10 10/1.2
M3 60/1.2 M11 10/1.2
M4 60/1.2 M12 40/1.2
M5 18/0.8 M13 10/1.2
M6 240/1.2 M14 65/1.2
M7 36/0.8 Cc 1.8 pF
M8 1.5/0.8 RB 6.25 kΩ
注意这里有几个关系式要保证严格成立，即式(2.39)和式(3.7)。至此，完成了电路中各器件参数的手工计算。
三：设计运放的性能指标。
运放性能指标： 性能
单位 数值 小信号低频电压增益 （DC Gain ） dB 83.75 单位增益带宽 （Unit-Gain Bandwidth ） MHz 94 相位裕度 （Phase Margin ） 度 61 转换速率 （Slew Rate ） V/μS 30.5 建立时间 1% （Settling Time ）
ns 52 共模抑制比 （Common Mode Rejection Ratio ）
dB
85.5
电源电压 （Power Supply ）
V 2 输入共模范围 （Input Common Mode Range ）
V
0.1~1.9
电压输出范围 （Output Range ） V 0.02~1.95
负载电容 （Load Capacitance ） pF 3 功耗 （Power Consumption ）
mW 0.640 电源电压抑制比 （Power Supply Rejection Range ） dB
12
运放性能指标解释：
（1）小信号低频电压增益：运放在小信号低频输入信号状态下的电压放大倍数。 （2）单位增益带宽：运放在开环状态下，当放大倍数为0 dB 时的频率范围。 （3）相位裕度：运放在开环状态下，当放大倍数为0 dB 时所对应的相位和180
度的差值。
（4）转换速率：运放在开环状态，输入信号为大信号激励条件下，运放由非线性进入线性所需要的时间。
（5）建立时间 （1%）：运放在开环状态下，输入信号为大信号激励，运放由进入线性的开始点到输出稳定到稳定值的（1%）范围内所需要的时间。 （6）共模抑制比：运放在开环状态下，对共模信号或共模噪声的抑制能力，其
表达式为
()dB log
20c
d
A A CMRR =
（7）电源电压: 提供给运放的工作电压。
（8）输入共模范围: 运放在开环状态下允许的输入共模电压范围。
（9）输出范围: 运放在开环状态下，输出电压能够达到的最大范围。
（10）负载电容: 运放在开环状态下，所能带动的最大电容负载。
（11）功耗: 运放在开环状态下允许消耗的最大静态功耗。
（12）电源电压抑制比: 运放在开环状态下对电源电压波动或电源电压噪声的抑制能力。
四：运算放大器的仿真结果与分析
本次二级运算放大器的设计采用华润上华.18工艺，电压采用2V。顶层文件电路图:
1:运放的小信号相频和幅频特性（AC）
运放的小信号相频和幅频特性是仿真运放的开环小信号放大倍数及其相位随频率的变化趋势，从而得到运放的相位裕度和单位增益带宽指标，并进一步鉴别运放的放大能力、稳定性和工作带宽。
运放的输出端接3pF的负载电容，电源电压为2V，共模输入电压为1V，差模输入幅度为1V的交流信号，即两输入端的输入交流信号相位相反。做交流小信号分析，可以得到运放的小信号相频和幅频特性如图所示。从仿真结果可以看出，运放采用RC补偿，在满足单位增益带宽的同时，能很好的调节相位裕度。
测试电路图：
仿真图：
从AC仿真图可以看出：该运放增益为83.75dB,单位增益带宽为94.14M。
从图可知，该运放相位裕度为：-119+180=61度。
2：运放的转换速率分析（SR）
运放的转换速率是分析运放在大信号作用下的反应速度。仿真运放的转换速率可将运放的输出端和反相输入端相连构成单位增益结构。运放的同相输入端输入0V到2V的阶跃信号，利用仿真软件对该电路做瞬态分析得到的输出波形。
测试电路图：
仿真图：
从仿真波形得到：在输出上升曲线的10%和90%处，其电压分别为0.20254V和1.80029V；时间分别为2.00613us和2.0586us。运放的转换速率SR=
（1.80029V-0.20254V）/（ 2.0586us—2.00613us）=30.47V/μs。
3：运放的共模抑制比分析（CMRR）
运放的共模抑制比是测试运放对共模信号的抑制能力。仿真方法是在运放的开环状态下，在运放的同相和反相输入端同时加入一个幅度为1V的交流小信号源，对电路进行交流小信号分析。
测试电路图：
仿真图：
从仿真结果可得，运放的低频共模电压增益为-1.73103dB。因为运放的共模抑制比（dB单位）等于其差模电压增益（dB）减去共模电压增益（dB），差模电压增益是83.7589dB，所以运放的共模抑制比近似为：83.7589dB-（-1.73103dB）=85.4899dB。
4:运放的电源电压抑制比分析（PSRR）
运放的电源电压抑制比是测试运放的抗电源电压波动或噪声能力。仿真运放的电源抑制比的方法：将运放接成单位增益结构，运放的正输入端设置1V的直流电压，在2V的运放供电电源串联一个1V的交流小信号源。
测试电路：
仿真图：
通过交流小信号分析得到运放的电源抑制比特性曲线如图，所以运放的电源抑制比为-11.34dB。
5：运放的静态功耗
运放的静态功耗是指当运放在输入平衡状态下电路消耗的总电流和总电压的乘积。在电源电压2V，运放的两输入端输入共模电压1V时，运放各支路的静态电流之和为0.320mA，则运放的静态功耗为0.640 mW。
6：运放的共模输入范围
运放的共模输入范围是运放的输入输出跟随特性。运放的电源为2V，运放的反相端和输出相连，构成缓冲器；同相端加直流扫描从0到2V。
测试电路：
仿真图：
经仿真得到的运放输入输出跟随特性如图，其输入共模电压范围从0.134V到1.9V。
7：运放的输出电压摆幅特性
运放的输出电压摆幅特性是仿真运放的输出电压最大值和最小值。运放的输出电压摆幅特性仿真电路如图，其反相比例放大器增益为10。正输入端接1V的直流电压，V in输入端加从0到2V的直流扫描电压。
测试电路：
仿真图：
经仿真得到的运放输出电压摆幅特性见图，运放的输出电压摆幅是从17.49mV 到1.95V。
CMOS二级运算放大器设计
CMOS二级运算放大器设计 （东南大学集成电路学院） 一．运算放大器概述 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。 它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。 二．设计目标 1.电路结构 最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 图两级运放电路图 2.电路描述 电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。M6 提供给M7 的工作电流。M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。相位补偿电路由M14和Cc构成。M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。 3.设计指标 两级运放的相关设计指标如表1。
表1 两级运放设计指标 三．电路设计 第一级的电压增益： )||(422111o o m m r r g R G A == 第二级电压增益： )||(766222o o m m r r g R G A =-= 所以直流开环电压增益： )||)(||(76426221o o o o m m o r r r r g g A A A -== 单位增益带宽： c m O C g A GBW π2f 1 d == 偏置电流： 2 13 122121)/()/()/(2??? ? ??-=L W L W R L W KP I B n B 根据系统失调电压： 7 5 6463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W == 转换速率： ? ?? ???-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min 相位补偿： 12.1)/()/()/()/(1 61311 146 6+== m m m C g g L W L W L W L W g R
折叠式共源共栅运算放大器设计
折叠式共源共栅运算放大器
目录 一．摘要 (2) 二．电路设计指标 (3) 三．电路结构 (3) 四．手工计算 (7) 五．仿真验证 (10) 六．结论 (12) 七．收获与感悟 (12) 八．参考文献 (13)
摘要 运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用，针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。本文完成了一个由pmos作输入的放大器。vdd为3.3v，负载电容为1pf，增益Av 大于80dB，带宽GBM大于100MHz的放大器。输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力，为达到较宽的带宽，本文详细分析推导了电路所存在的极零点，共源共栅镜像电流源产生Ibias。选择P沟道晶体管的宽度和长度，使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。 关键字：运算放大器、共源共栅级、极点 Abstract Operation amplifiers are widely used in many field s nowadays。All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application．One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis．Power Supply 3.3v，load capacitor 1pf，Gain＞80dB，GBM＞100MHz。The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point，for the purpose of wider bandwidth，we carefully analysis the pole and zero in the circuit ，use common source common gate as current Ibias。Choose pmos w/l to make their mg and dsr which can match with nmos。 Kay words：Operation amplifiers、common source common gate、pole
新型拓扑结构跨导反馈放大器
新型拓扑结构跨导反馈放大器 摘要：本文将提出一种新的拓扑结构的跨导反馈放大器（TFA）。这种拓扑结构提供的优点在于，它能够实现负的是标准的反相增益表达式。也就是，增益形式为：。我们也将表明，它可以实现标准的反相和同相增益，而同时在每个配置保持接近恒定带宽增益变化。第一个特征是使人们希望的拓扑结构滤波器有广泛的应用，因为TFA可以充当一个积分环节，从而使该放大器实现正面和负面的无损集成。不像以前的TFA配置，这种放大器还可以产生在第一和第四象限内的对数输入。通过实验证实这种放大器具有配置不同的增益，集成和对数的能力，设计的这种芯片采用台积电0.18umCMOS工艺的1.8 V单端电源。该芯片占用面积752.6um*581.2um的新的拓扑结构跨导反馈放大器和常规TFA作组成。这种新型TFA在单位增益配置是有15 MHz的频率带宽。 索引项：电流反馈放大器（CFA），运算放大器，跨导反馈放大器（TFA） 1、引言 在最近已经提出了跨导反馈放大器（TFA）是一个有吸引力的恒定带宽类放大器，如电流反馈放大器（CFAS）[1] - [6]。威尔逊的研究[1]，[2]TFA可以认为由一个高增益环节，一个跨导环节和在两者间施加反馈回路组成。跨导级的输出端处的电压缓冲很像一个CFA，如图1（a）所示。需要注意的是有这种缓冲的存在，要确保有分压器作为负载的跨导元件，它产生的反馈电压成正比于跨导元件的输出电流。通过对电流反馈放大器（CFA）的非常规设计证明，即使不采用缓冲结构[7]，[8]，也等解决在CFA中的低电压问题。练习的重点是证明CFA不能通过常规设计实现。然而，在TFA和CFA之间存在若干不同之处。CFA结构如图1（b）所示。首先，在CFA的恒定带宽的设定是通过调节R2到某个优值实现的，而TFA的恒定带宽是通过调整R1实现的。在这两种情况下，改变R1和R2，TFA和CFA 的增益会分别变化。这两种放大器如图1，配置同相增益。其次，在CFA的闭环增益（LG）定义为[10]，而在TFA中，闭环增益定义为[1]，其中，，拓扑结构图如图1（a）所示。在图1（b）中，Z是由高输出阻抗的电流控制电流源和节点寄生电
两级运算放大器的仿真验证
实验一、两级运算放大器的仿真验证 一、实验目的 1、学习集成运算电路单元的设计参数的仿真、测试、验证。 2、学习采用Cadence工具实现IC电路设计的基本操作和方法，包括电路图的编辑以及仿真调试过程。 二、实验内容 本实验通过设计一个两级运算放大器电路学习Cadence工具下电路的设计和仿真方法。实验内容包括： 1.熟悉Cadence界面及基本的建立新的cell文件等基本过程； 2.完成两级运算放大器电路的设计； 3.利用Cadence的仿真环境得到波形，分析仿真结果。 该电路设计采用上华CSMC0.5umCMOS工艺设计，工作电压5V。 三、实验原理 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。
它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 1.共模抑制比：差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用 共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电 压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制 比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR 来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。 2.共模输入范围：是指在差分放大电路中，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。 3.电源抑制比：是输入电源变化量（以伏为单位）与转换器输出变化量 （以伏为单位）的比值(PSRR)，常用分贝表示。通常把满量程电压变化 的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比。 4.输出摆幅：指的是，当输出信号为电压的时候，外部量的变化引起的输 出电压变化。对于无源器件，这个变化通常是从某个负电压到某个正电 压。而对于有源器件，这个变化是相对于某个固定电压，做一定幅度的 上下偏移。（无源器件也可以看作是相对电压0做偏移）。 四、实验步骤 1、登陆到UNIX系统。 在登陆界面，输入用户名stu01和密码123456。 2、Cadence的启动。 登录进去之后，点击Terminal出现窗口，输入icfb命令，启动Cadence软件。 3、根据设计指标及电路结构，估算电路参数。 4、利用Candence原理图的输入。 （1）Composer的启动。在CIW窗口新建一个单元的Schematic视图。 （2）添加器件。在comparator schematic窗口点击Add-Instance或者直
二级运算放大器知识讲解
二级运算放大器
哈尔滨理工大学 软件学院 模拟IC课程设计报告 课程模拟IC设计 题目二级运算放大器 专业集成电路设计与集成 班级集成10-2班 学生唐贝贝 学号1014020227 指导老师陆学斌 2013年6月14日 目录 1.课程设计目的………………………………………………… 2.课程设计题目描述和要求……………………………………
3.课程设计具体内容…………………………………………… 3.1 设计过程分析…………………………………………… 3.2使用软件………………………………………………… 3.3 原理图…………………………………………………… 3.4 仿真网表………………………………………………… 3.5波形分析………………………………………………… 4.心得体会……………………………………………………… 一、课程设计目的 1.熟悉并掌握Hspice与cosmosScope软件的使用。 2.熟练应用Hspice仿真网表并修改分析网表，学会用comosScope查看 分析波形。 3.锻炼学生独立完成二级运算放大器的能力。 4. 在扎实的基础上强化实践能力，把模拟IC理论实践化。 二、课程设计题目描述和要求 设计指标： 静态功耗：小于5mw 开环增益：大于70dB 单位增益带宽大于5MHz 相位裕量：大于60度 转换速率（SR）大于20V/us 共模抑制比：大于60dB 电源抑制比：大于70dB
输入失调：小于1mV 负载电容：2-4pF 要求： 1、手工计算出每个晶体管的宽长比。通过仿真验证设计是否正确，保证每个晶体管的正常工作状态。 2、使用Hspice工具得到电路相关参数仿真结果，包括：幅频和相频特性（低频增益，相位裕度，单位增益带宽）、CMRR、PSRR、共模输入输出范围、SR 等。 3、每个学生应该独立完成电路设计，设计指标比较开放，如果出现雷同按不及格处理。 4、完成课程设计报告的同时需要提交仿真文件，包括所有仿真电路的网表，仿真结果。 5、相关问题参考教材第六章，仿真问题请查看HSPICE手册。 三、课程设计具体内容 3.1理论计算： 3.2原理图
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端
基于跨导运算放大器的基本网络综合方法
基于跨导运算放大器的基本网络综合方法 以常规电压运算放大器作为有源器件的有源RC滤波器存在以下缺点：工作频率不高，包含大量的无源RC网络，难以单片形成；性能参数一旦确定，不能再利用外部电信号进行调节。采用跨导运算放大器作为有源器件的滤波器则电路简单，可以不含电阻，只包含跨导运算放大器和电容，便于单片集成，高频性能好，可以工作在数十兆至百兆级领域；滤波器参数和跨导运算放大器的增益成线性关系，可以通过外部电信号进行调节。 一跨导运放的基本概念及应用原理 1.1 概述 从网络角度看，电子放大器是一种线性受控源，按照控制量、被控制量是电压还是电流进行划分，存在四种受控源，即人们熟知的电压控制电压源（VCVS），电压控制电流源（VCCS）、电流控制电流源（CCCS）和电流控制电压源（CCVS），与之对应的电子放大器也应该有四种类型，即电压型、跨导型、电流型和跨阻型。这四种放大器的关系是各有所长，各有所用，互相补充，形成一个完整的电子放大器家族。 跨导运算放大器（Operational Transconductance Amplifier,简称OTA）是一种电压输入、电流输出的电子放大器，增益称为跨导（gm）。其符号如图1所示。其中VI+、VI-分别为同向与反向输入电压，输入级的MOS晶体管工作在饱和区，为偏置输入电压，为输出电流： 其中。 图1
为跨导运算放大器跨导增益因子，其值由运算放大器的电路结构、CMOS管的几何尺寸和工艺参数决定。理想跨导放大器的条件是输入和输出电阻无穷大。现在已经有跨导放大器的产品，例如CA3060和 LM13600等等。由于跨导放大器内部只有电压-电流变换级和电流传输级，没有电压增益级，因此没有大幅度电压信号和米勒电容增倍效应，高频性能好，大信号下的转换速率也高，同时电路结构简单，电源电压和功率都比较低，这些高性能特点表明，在跨导放大器的电路中，电流模式部分起关键的作用。 跨导运算放大器的本质是线性电压控制电流源，具有下列特点：（1）输入电压控制输出电流，开环增益是跨导，输入级采 用外偏置方式，改变外偏置电流可以实现增益连续调 节。 （2）外偏置端如果加入数字信号可以起选通作用，实现对 主信号通道的开、关状态。 （3）电路结构简单、频率宽、高频性能好，而且可以灵活 的设计多端输入、多端输出电路。这种元件特别适合 于实现全集成连续时间滤波器。 跨导运算放大器分为双极型和MOS型两种，相对于双极型跨导运算放大器而言，CMOS跨导运算放大器的增益值较低，增益可调范围较小，但它的输入阻抗高、功耗低，容易与其他电路结合实现全CMOS集成系统。 跨导运算放大器的应用非常广泛，主要用途可以分为两方面：一方面，在多种线性和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理；另一方面，在电压信号变量和电流模式信号处理系统之间作为接口电路，将待处理的电压信号变换为电流信号，再送入电流模式系统进行处理。 1.2 CMOS跨导运算放大器 （一）基本型CMOS跨导运算放大器 图2为基本CMOS跨导运算放大器。其中，M1，M2组成基本源耦差分跨导输入级，完成电压-电流变换；M3、M4是基本的电流镜，传输比为1，将外加偏置电流输送到差动输入级作尾电流，并控制其增益值；M5和M6、M7和M8、M9和M10组成3个基本电流镜，对输入级的差动输出电流移位和导向，以便提供推挽式单端输出电流。
全差分运算放大器设计
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
折叠式共源-共栅运算跨导放大器的设计
《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
目录 1设计目标 (1) 2相关背景知识 (2) 3设计过程 (2) 3.1 电路结构设计 (2) 3.2 主要电路参数的手工推导 (2) 3.2.1直流工作点分析 (2) 3.2.2带宽分析及原件参数计算 (3) 3.2.3直流增益的小信号模型分析 (4) 3.3 计算参数验证 (5) 4电路仿真 (5) 4.1交流特性仿真 (7) 4.2最大输出摆幅仿真 (9) 4.3共模输出的仿真验证 (11) 5讨论 (12) 6收获和建议 (13) 7参考文献 (14)
摘要：折叠式共源共栅结构的运算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（Design a Folded Cascode OTA），其设计指标见表1，参考电路原理图如下图所示，用0.35um coms工艺。 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（DC operation point design and analysis） 1) 假设所有的MOS管均工作在饱和区，VGS-VT=200mV，VDD=3V， VSS= 0V，计算OTA的最大输出摆幅。 2) 基于0.35 um CMOS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
二级运算放大电路版图设计
1前言1 2二级运算放大器电路 1 2.1电路结构 1 2.2设计指标 2 3 Cadence仿真软件 3 3.1 schematic原理图绘制 3 3.2 生成测试电路 3 3.3 电路的仿真与分析 4 3.1.1直流仿真 4 3.1.2交流仿真 4 3.4 版图绘制 5 3.4.1差分对版图设计 6 3.4.2电流源版图设计 7 3.4.3负载MOS管版图设计 7 3.5 DRC & LVS版图验证 8 3.5.1 DRC验证 8 3.5.2 LVS验证 8 4结论 9 5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。 关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。 Abstract In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one. Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
两级运算放大器
两级运算放大器实验报告 一、实验名称：两级运算放大器 二、实验目的： 1.熟悉掌握Orcad captureCIS的使用方法以及常见的仿真方法和参数设置。 2.利用Orcad captureCIS设计两级运算放大器，并完成要求功能。 3.掌握运算放大器中的增益、带宽、输出摆幅、压摆率、速率、噪声等各个参数之间的折中调试。 三、实验步骤： （一）参数要求： 1.电源电压VCC= 2.7V. 2.CL=10pF. 3.增益Ad>80dB. 4.增益带宽积GW>5M. 5.共模电压输入范围ICMR=1~2V. 6.共模抑制比CMRR>70dB. 7.输出电压摆幅>2V. 8.diss<1mW. 9.SR>10V/us （二）实验步骤及数据： （1）由参数要求，共模电压输入范围为1~2V，电源电压为2.7V，Pdiss<1mW，由这些参数以及相位余度要为60度，由相应的公式估算出来，电路如图所示： 如电路所示，为一个差分输入级与共源放大器组成，采用了密勒补偿，按照计算步骤确定各个元件参数之后，下边进行仿真验证与调试。 （2）交流仿真验证增益带宽是否满足，仿真结果如图所示：
如图结果，增益Av=82dB，增益带宽积GW=6.6M，相位裕度有42度，满足要求，并且还有一定的余量。 （3）交流仿真验证共模电压输入范围ICMR与共模抑制比CMRR是否满足要求，仿真电路如图所示： 1、在仿真验证CMRR之前，先做了一个增益随共模输入电压的变化曲线，大致了解共模电压输入范围，结果如图所示： 如图所示，增益在大于80dB时，共模电压输入范围为0.96V~2.66V，能达到要求，且还有余量。 2、现在仿真验证一下CMRR随共模电压的变化曲线，需要更改仿真电路图，更改的电路图如图所示：
跨导运算放大器及其Spice电路模型的构建
2.1 CMOS模拟集成电路基本单元 2.1.1 MOS场效应管的基本结构 绝缘栅场效应管又叫作MOS场效应管，意为金属-氧化物-半导体场效应管。图2.1为MOS场效应管的结构和电路符号。图中的N型硅衬底是杂质浓度低的N型硅薄片。在它上面再制作两个相距很近的P区，分别引为漏极和源极，而由金属铝构成的栅极则是通过二氧化硅绝缘层与N型衬底及P型区隔离。这也是绝缘栅MOS场效应管名称的由来。因为栅极与其它电极隔离，所以栅极是利用感应电荷的多少来改变导电沟道去控制漏源电流的。MOS场效应管的导电沟道由半导体表面场效应形成。栅极加有负电压，而N型衬底加有正电压。由于铝栅极和N型衬底间电场的作用，使绝缘层下面的N型衬底表面的电子被排斥，而带正电的空穴被吸引到表面上来。于是在N型衬底的表面薄层形成空穴型号的P型层，称为反型层，它把漏源两极的P区连接起来，构成漏源间的导电沟道。沟道的宽窄由电场强弱控制。MOS场效应管的栅极与源极绝缘，基本不存在栅极电流，输入电阻非常高。[20,21] 图2.1MOS场效应管的结构和电路符号 Fig.2.1 Structure and circuit symbol that MOS Field-Effect Transistor 场效应管有P型和N型之分。这里的P型或N型，指的是导电沟道是P型还是N 型，即导电沟道中是空穴导电还是电子导电。因为场效应管中只有一种载流子参加导电，所以又常称为“单极型晶体管”。P型沟道和N型沟道的MOS场效应管又各分为“耗尽型”和“增强型”两种。耗尽型指栅极电压为零时，就存在导电沟道，漏源中间有一定电流。增强型MOS场效应管，则只有在栅极电压大于零的情况下，才存在导电沟道。 2.1.2 MOS场效应管的模型化 MOS管的大信号（直流）特性可以用它的电流方程来描述。以N沟道增强型MOS
运算放大器应用电路的设计与制作
运算放大器应用电路的设计与制作 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: 图4 同相比例电路电路图 i 1 f O U R R U -=
CMOS两级运算放大器-设计分析报告
CMOS两级运算放大器-设计报告
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CMOS两级运算放大器设计及仿真 实验报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
一、运算放大器设计简介 运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。 运算放大器的设计可分为两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。确定好的电路结构不能轻易修改。 运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。若不符合，再回到手工计算，调试电路。 二、设计目标 电路参数要求： (1)直流或低频时的小信号差模电压增益 Avd = 4000V/V(72dB) (2)增益带宽积 GBW = 10MHz (3)输入共模电压范围 Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V (4)输出电压摆幅 0.2V < Vout < 1.5V (5)相位裕度 PM = 60 (6)负载电容 CL = 1pF (7)电源电压 VDD = 1.8V 使用CMOS-90nm工艺库。
三、电路设计 1.电路结构 最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。 2.电路描述 输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。如下图所示。
CMOS两级运算放大器_设计报告
CMOS两级运算放大器设计及仿真 实验报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
一、运算放大器设计简介 运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。 运算放大器的设计可分为两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。确定好的电路结构不能轻易修改。 运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。若不符合，再回到手工计算，调试电路。 二、设计目标 电路参数要求： (1)直流或低频时的小信号差模电压增益 Avd = 4000V/V(72dB) (2)增益带宽积 GBW = 10MHz (3)输入共模电压范围 Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V (4)输出电压摆幅 0.2V < Vout < 1.5V (5)相位裕度 PM = 60 (6)负载电容 CL = 1pF (7)电源电压 VDD = 1.8V 使用CMOS-90nm工艺库。
三、电路设计 1.电路结构 最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。 2.电路描述 输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。如下图所示。
二级运算放大器
设计二级跨导放大器 要求Ad>80dB，电源电压2.7倍，GB〉5M，Cl=10pF，SR>10V/us，输出电压摆幅>2V,ICMR:1~2V，CMRR>70dB 1.新建工程,绘制电路图 2．因为Cc>0.22Cl，且Cl=10pF 所以取Cc=3pF 所以IdN3>=SR*Cc=25uA，我们取30uA 3．因为ICMR：1~2V 所以Vin=（1V+2V）/2=1.5V 扫描Vth与Vbs的关系，结果为 所以VdsatN3=0.6628mV 4. 设VA=0.6628V，扫描MN3的宽长比，使IdN3=30uA，扫描结果为
所以w=23.95u 5．设定MP1的VonP1=0.2V，Vcc=3V，所以MP1的Vg=Vcc-(Von+VthP1)=3V-(0.2V+0.67V)=2.13V。扫描MP1的宽长比，使IdP1=30uA/2=15uA，扫描结果为 所以W=22.08u 7. MN1的s端设定为VA=0.6228V,扫描MN1的宽长比，使d端的电压为开始设定的2.13V，扫描结果为 所以W=10.95u 8．因为Itot<1/2.7=370uA，所以ＩｄＮ４＜３７０ｕＡ－３０ｕＡ＝３４０ｕＡ 又因为ｇｍＰ３＞１０ｇｍＮ２，查表可知，ｇｍ／ＩｄＮ≈１４．５，ｇｍ／ＩｄＰ≈１２，所以ＩｄＰ３〉１０＊１４．５＊１５ｕＡ／１２＝１８１．２５ｕＡ，所以选择ＩｄＰ３＝２００ｕＡ。 因为输出摆幅＞２，最大输出电压３－０．２Ｖ＝２．８Ｖ和最小输出电压０．２Ｖ满足条
件，所以设静态输出电压为（２．８Ｖ＋０．２Ｖ）／２＝１．５Ｖ扫描ＭＮ４的宽长比，使ＩｄＰ３＝２００ｕＡ，扫描结果为 此时Ｗ＝１34.38ｕ ９．扫描ＭＰ３的宽长比使输出电压为１．５Ｖ，扫描结果为 此时W=224.25u 10．各偏置和宽长比设置完后，进行Bias Point，结果为
带MILLER补偿的对称跨导运算放大器
带MILLER补偿的二级运算放大器 李闻界，10210720142 摘要 本文设计了一个带MILLER补偿的二级运算放大器，并且对其进行了优化。本文设计的运算放大器中嵌入了一个对称的电流镜像电路，它具有一定能的电流放大能力。本文优化的二级运算放大器增加了一个可以补偿右半平面零点的电阻R Z，将零点移到左半平面，使其有较大的相位裕度。在SMIC0.18um工艺库下，4pF负载电容，在电源电压1.8V状态下，设计的电路性能为：直流增益57.45dB，单位增益带宽123.2MHz，相位裕度61.5度，转换速率80V/us，功耗1.75mW，优化的电路性能为：直流增益为78.03dB，GBW=163.2MHz，相位裕度为：68deg，而功耗为1.31mW。
一、电路结构 图1.电路图二、设计指标 表1.设计目标
三、 电路分析： 此电路结构是带MILLER 补偿的二级运算放大器。I bias 为外加偏置电流源， M9为尾电流源，为跨导晶体管提供直流偏置。M1、M2组成差分输入管，将 输入电压转换成输入电流。M3、M4、M5、M6组成电流镜，将M1、M2的电 流放大B 倍，M7、M8组成电流镜负载将双端信号转换成单端信号，此部分可 以认为是运放的第一级。M10、M11组成共源级放大电路，其中M10为跨导 管，M11为负载管。M12、M13和M14以及M9和M11组成电流镜来提供偏 置电流。C C 为MILLER 电容，用来分离主极点和非主极点，可以将原来存在 于右半平面的零点移到左半平面，从而稳定相位裕度。 1. 电路计算公式推导 忽略各个管子的寄生电容，可以得到小信号等效电路如图2所示。在此基础 上我们很容易地得到： 电路的开环增益为=-110101168(//)(//)m m o o o o A v B g g r r r r 主极点π≈ 1101011681 2(//)(//) m o o C o o f g r r C r r
跨导运算放大器的设计
跨导运算放大器的设计 一、实验任务 1-1 实验目的 学会使用数模混合集成电路设计仿真软件Hspice ；学会按要求对电路的参数进行调整；学会对工艺库进行参数提取；学会用提取的参数进行手工计算分析并与仿真得出的参数进行比较。通过上述实践达到对之前所学《模拟集成电路原理与设计》理论课程内容的更深入的理解和掌握，以及初步掌握模拟集成电路设计的方法和步骤，使学生能较快适应未来模拟集成电路设计的需求。 1-2 实验任务：设计一个跨导运算放大器 （1） VDD=1.8 V , 使用models.mdl 库文件，1:B 是指两个管的w/L 之比，I bias =54 μA ，试 调整各个管的参数，使该运放的放大倍数A V =in ip nout v v v ->60，而且同时满足增益带 宽积 GBW>100 MHz ，相位裕度 PM>65 o C ，并且最优指数 total L I C GBW FOM ?= >0.422，可先参照一个样板仿真文件ota.sp 和 ota_test.sp ，然 C L B : 1 1 : B
后自己调整； （2） 仿真各指标满足要求后，自行设计参数提取电路进行电路中的各个部分晶体管的参 数提取，然后进行手算分析。将分析结果与实际仿真结果进行比较； （3） 尽你所能调整除 VDD 之外的其他参数，包括I bias 来提高FOM ，最高能提高到多少？ 最后提交一个word 电子文档，包括参数提取过程、手算分析过程、电路图（带管子参数）、仿真波形图、及相关详尽的说明。 二、实验内容 2-1 问题1 2-1-1参数分析 ? 增益Av 由out m V BR g A 10= ，m g = 34||out o o R r r = ， 333,EN o d V L r I = 4 44EP o d V L r I = B= (W 3/L 3)/(W 2/L 2) 则4 34 32233111//)/(2d d PN EN d ox out m v I I L L V V L W L W I L W uC BR g A ?? = = 所以，可通过增大M1的宽长比，增大L4的大小，以及提高M3和M2的沟道宽长比之比B 来提高放大增益V A 。 ? 增益带宽积GBW 由 1 2d out L f R C π= out m V BR g A 10= 102m V d L g B GBW A f C π== 因为C L 的值不变，所以理论上提高M3和M2的沟道宽长比之比B 、增大M1的跨导即增大M1的宽长比可以增大GBW ，且满足增益的要求。