模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告（二级放大器的设计）.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告（二级放大器的设计） 模拟CMOS集成电路设计课程设计报告 --------二级运算放大器的设计 信息科学技术学院电子与科学技术系 一、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 的电子器件它是大量模拟系统和混合信号系统中的重要组成片面 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、输出驱动才能、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等 二、设计任务： 设计一个二级运算放大器，使其得志以下设计指标： 工艺 电源电压 负载 增益20dB 3dB带宽 输入小信号幅度 输出共模电平 电路布局 相位裕度 功耗 Smic40nm 1.1v 100fF电容 至少40dB 20MHz 5uV 共模电平自己选取 自己选取 两级放大器 60~70度 无要求 三、电路分析： 1.电路布局： 最根本的二级运算放大器如下图所示，主要包括四片面：第一级放大电路、其次级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。

2.电路描述： 输入级放大电路由PM2、PM0、PM1和NM0、NM1组成PM0和PM1构成差分输入对，使用差分对可以有效地抑制共模信号干扰；NM0和NM1构成电流镜作为有源负载；PM2作为恒流源为放大器第一级供给恒定的偏置电流 其次级放大电路由NM2和PM3构成NM2为共源放大器； PM3为恒流源作负载 相位补偿电路由电阻R0和电容C0构成，跨接在其次级输入输出之间，构成RC米勒补偿 此外从电流电压转换角度来看，PM0和PM1为第一级差分跨导级，将差分输入电压转换为差分电流NM0和NM1为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压NM2为其次级跨导级，将差分电压信号转换为电流，而PM3再次将电流信号转换成电压信号输出 偏置电压由V0和V2给出 3.静态特性 对第一级放大电路： 构成差分对的PM0和PM1完全对称，故有 Gm1=gmp0=gmp1 (1) 第一级输出电阻 Rout1=rop1||ron1 (2) 那么第一级电压增益 A1=Gm1Rout1=gmp0,1(rop1||ron1) (3) 对其次级放大电路： 电压增益 A2=Gm2Rout2= -gmn2(ron2||rop3) (4) 故总的直流开环电压增益 A0=A1A2= -gmp0,1gmn2(rop1||ron1)(ron2||rop3) (5) 由于全体的管子都工作在饱和区，所以对于gm我们可以用公式 gm=2?Cox(W/L)ID (6) 举行计算； 而电阻ro可由下式计算 ro= 1?ID (7) 其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L。

4.频率特性 第一级输出节点到地的总电容Cout1 Cout1=CGDP1+CDBP1+CGDN1+CDBN1+CGSN2 （8） 其次级输出节点到地的总电容Cout2 Cout2=CDBN2+CDBP3+CGDP3+CL (9) 列出KCL方程： Gm1Vid?Vi2?sCout1Vi2?sC0(Vi2?Vo)?0 Rout1Vo?sCout2Vo?sC0(Vo?Vi2)?0 Rout2 （10） （11） Gm2Vi2?联立（10）、（11）消去中间变量Vi2得电路的传递函数为 VoGm1(Gm2?sC0)Rout1Rout2? Vidas2?bs?1 （12） 其中a=[Cout1Cout2+C0(Cout1+Cout2)]Rout1Rout2 b=Cout1Rout1+Cout2Rout2+C0(Gm2Rout1Rout2+Rout1+Rout2) (13) 由式（12）可得零点 — 4 —。