《IC課程設(shè)計》報告__電流鏡負(fù)載的差分放大器設(shè)計

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1、《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U200813586《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器設(shè)計華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系自動化0807班張有超U200813586同組人：黃騰、黃開拓、胡嬋17《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U200813586目錄一、設(shè)計目標(biāo)（題目）2二、系統(tǒng)功能定義3三、相關(guān)背景3四、設(shè)計過程61、NMOS的特性仿真及參數(shù)推導(dǎo)62、PMOS的特性仿真及參數(shù)推導(dǎo)83、電流鏡負(fù)載的放大器特性仿真及參數(shù)推導(dǎo)10五、個人心得14六、參考文獻(xiàn)16七、附錄16分工1617《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器

2、張有超U200813586一、設(shè)計目標(biāo)（題目）電流鏡負(fù)載的差分放大器指導(dǎo)老師：陳曉飛（87611245轉(zhuǎn)8509，xfchen@whicc.com）助教：李小晶Tel:15871462261，Email:lxjhustor@163.com設(shè)計一款差分放大器，要求滿足性能指標(biāo)：l負(fù)載電容ll對管的m取4的倍數(shù)l低頻開環(huán)增益>100lGBW(增益帶寬積)>25MHzl輸入共模范圍>3Vl功耗、面積盡量小參考電路圖如下圖所示設(shè)計步驟：1、仿真單個MOS的特性，得到某W/L下的MOS管的小信號輸出電阻和跨導(dǎo)。2、根據(jù)上述仿真得到的器件特性，推導(dǎo)上述電路中的器件參數(shù)。

3、17《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U2008135861、手工推導(dǎo)上述尺寸下的差分級放大器的直流工作點、小信號增益、帶寬、輸入共模范圍。2、如果增益和帶寬不符合題目要求，則修改器件參數(shù)，并重復(fù)上述計算過程。3、一旦計算結(jié)果達(dá)到題目要求，用Hspice仿真驗證上述指標(biāo)。如果仿真得到的增益和帶寬不符合要求，則返回步驟2，直至符合要求一、系統(tǒng)功能定義傳統(tǒng)運算放大器的輸入級一般都采用電流鏡負(fù)載的差分對。如下圖所示。NMOS器件M1和M2作為差分對管，P溝道器件M4，M5組成電流源負(fù)載。電流0I提供差分放大器的工作電流。如果M4和M5相匹配，那么M1

4、電流的大小就決定了M4電流的大小。這個電流將鏡像到M5。如果GS1GS2V=V，則Ml和M2的電流相同。這樣由M5通過M2的電流將等于是OUTI為零時M2所需要的電流。如果GS1GS2V>V，由于0D1D2I=I+I，D1I相對D2I要增加。D1I的增加意味著D4I和D5I也增大。但是，當(dāng)GS1V變的比GS2V大時，D2I應(yīng)減小。因此要使電路平衡，OUTI必須為正。輸出電流OUTI等于差分對管的差值，其最大值為0I。這樣就使差分放大器的差分輸出信號轉(zhuǎn)換成單端輸出信號。反之如果GS1GS2V

5、的差分放大器張有超U200813586NMOS管剖面圖NMOS管I-V特性曲線Mosfet作為信號放大時，其輸入的信號一般為交流信號，即隨時間而變化的電信號，這是器件的特性將因信號變化的大小及快慢而不同，有低頻、高頻之分。單個mosfet的主要參數(shù)包括：1.直流參數(shù)：開啟電壓Vt，即當(dāng)Vds為某一固定值使Id等于一微小電流時，柵源間的電壓。2.交流小信號參數(shù)：PMOS、NMOS的柵跨導(dǎo)：越大，說明器件的放大能力越強，可以通過設(shè)計寬長比大的圖形結(jié)構(gòu)來提高跨導(dǎo)。17《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U200813586小信號電阻：說明了Vds對Id

6、的影響，是輸出特性在某一點上切線斜率的倒數(shù)。相關(guān)公式：電流公式：,MOS管等效電阻公式：=1/gds=1/（mos管要工作于飽和區(qū)）gds=直流工作點在計算增益要求的性能指標(biāo)時要用到如下增益、帶寬公式：小信號增益：單位增益帶寬：17《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U200813586電流鏡負(fù)載的差分放大器電路一、設(shè)計過程1、NMOS的特性仿真及參數(shù)推導(dǎo)單個Nmos管的仿真，NMOS以共源連接方式連接，如圖。其中電流I=40uA，管子寬長比W=100u，L=1u，VDD=5v17《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U20081358

7、6仿真網(wǎng)表：nmos.optionslistnodepost.op.LIB'D:InstalledHspiceLibCMOS_035_Spice_Model.lib'TTMpdd00N_33L=1uW=100uIDVDDd40uVDDVDD05v.END得到靜態(tài)仿真結(jié)果：****mosfetssubcktelement0:mpmodel0:n_33regionSaturatiid40.0000uibs-6.249e-21ibd-4.1440f17《IC課程設(shè)計》報告電流鏡負(fù)載的差分放大器張有超U200813586vgs680.3816mvds680.

8、3816mvbs0.vth661.6627mvdsa