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《電流鏡負(fù)載的差分放大器設(shè)計(jì)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、《IC課程設(shè)計(jì)》報(bào)告——模擬部分電流鏡負(fù)載的差分放大器設(shè)計(jì)摘要在對單極放大器與差動放大器的電路中，電流源起一個(gè)大電阻的作用，但不消耗過多的電壓余度。而且，工作在包河區(qū)的MOS器件可以當(dāng)作一個(gè)電流源。在模擬電路中，電流源的設(shè)計(jì)是基于對基準(zhǔn)電流的“復(fù)制”，前提是已經(jīng)存在一個(gè)精確的電流源可以利用。但是，這一方法可能引起一個(gè)無休止的循環(huán)。一個(gè)相對比較復(fù)雜的電路被用來產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電流，這個(gè)基準(zhǔn)電流再被復(fù)制，從而得到系統(tǒng)中很多電流源。而電流鏡的作用就是精確地復(fù)制電流而不收工藝和溫度的影響。在典型的電流鏡中
2、差動對的尾電流源通過一個(gè)NMOS鏡像來偏置，負(fù)載電流源通過一個(gè)PMOS鏡像來偏置。電流鏡中的所有晶體管通常都采用相同的柵長，以減小由于邊緣擴(kuò)散所產(chǎn)生的誤差。而且，短溝器件的閾值電壓對溝道長度有一定的依賴性。因此，電流值之比只能通過調(diào)節(jié)晶體管的寬度來實(shí)現(xiàn)。而本題就是利用這一原理來實(shí)現(xiàn)的。目錄1設(shè)計(jì)目標(biāo)12相關(guān)背景知識23設(shè)計(jì)過程63.1電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.2主要電路參數(shù)的手工推導(dǎo)63.3參數(shù)驗(yàn)證（手工推導(dǎo)）74電路仿真94.1用于仿真的電路圖9NMOS：9PMOS9整體電路圖104.2仿真網(wǎng)表（注意加上
3、注釋）104.3仿真波形135討論176收獲和建議17參考文獻(xiàn)191設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)電流鏡負(fù)載的差分放大器，參考電路圖如下：性能指標(biāo)如下：工藝ICC網(wǎng)站的0.35umCMOS工藝電源電壓5V增益帶寬積25MHz低頻開環(huán)增益100負(fù)載電容2pF輸入共模范圍3V功耗、面積盡量小2相關(guān)背景知識據(jù)題目所述，電流鏡負(fù)載的差分放大器的制作為0.35umCMOS工藝，要求在5v的電源電壓下，負(fù)載電容為2pF時(shí)，增益帶寬積大于25MHz，低頻開環(huán)增益大于100，同時(shí)功耗和面積越小表示性能越優(yōu)。我們首先根據(jù)0.35u
4、mCMOS工藝大致確定單個(gè)CMOS的性能，即在一定值的W/L下確定MOS管在小信號模型中的等效輸出電阻和柵跨導(dǎo)，然后記下得到的參數(shù)并將其帶入到整體電路中計(jì)算，推導(dǎo)電流鏡負(fù)載的差分放大器電路中的器件參數(shù)，例如，小信號模型的增益、帶寬、功耗等，再分析是否滿足題目中的各項(xiàng)指標(biāo)的要求。若不滿足，則依據(jù)摘要理所說的，調(diào)節(jié)晶體管的寬度，然后用調(diào)整后的參數(shù)進(jìn)行仿真、驗(yàn)證，直到符合要求為止。相關(guān)背景知識：1.差分式放大器差分式放大器是由兩個(gè)各項(xiàng)參數(shù)都相同的三端器件（包括BJT、FET）所組成的差分式放大電路，并在兩
5、器件下端公共接點(diǎn)處連接一電流源。差分式又分為差模和共模信號：輸入電壓Vid為Vi1和Vi2的差成為共模電壓；另外，若輸入電壓Vic為VI1和Vi2的算術(shù)平方根，則稱為共模電壓。當(dāng)輸入電壓是共模形式時(shí)，，即在兩個(gè)輸入端各加入相同的信號電壓，在差分放大電路中，無論是溫度變化，還是電源波動引起的變化，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號，兩輸出端輸出的共模電壓相同，故雙端輸出時(shí)輸出電壓為零；當(dāng)輸入電壓是差模形式時(shí)，即在電路的兩個(gè)輸入端各加一個(gè)大小相等、極性相反的信號電壓，一管電流將增加，另一管電流則減小
6、，所以在兩輸出端間有信號電壓輸出。而差分放大器正是利用共模輸入的特點(diǎn)來克服噪聲信號和零點(diǎn)漂移的。此題要求用雙端差模信號輸入，單端輸出，相應(yīng)的計(jì)算公式如下：1.差模輸入電壓：2.共模輸入電壓：3.差模輸出電壓：4.共模輸出電壓：5.雙端輸入——單端輸出的差模電壓增益：6.雙端輸入——單端輸出的等效柵跨導(dǎo)：1.雙端輸入——單端輸出的等效輸出電阻：2.帶寬公式：3.增益帶寬積：4.NMOS管電流公式：5.參數(shù)6.當(dāng)MOS處于飽和區(qū)域時(shí)有如下：P管和N管中需從lib庫文件中讀取2.電流鏡負(fù)載差分放大電路分析
7、與設(shè)計(jì)傳統(tǒng)運(yùn)算放大器的輸入級一般都采用電流鏡負(fù)載的差分對。如上圖所示。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電流的大小就決定了M4電流的大小。這個(gè)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(shí)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
8、變的比GS2V大時(shí)，D2I應(yīng)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
