模电设计电流镜负载的差分放大器.docx
- 文档编号:16350
- 上传时间:2022-10-01
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:359.86KB
模电设计电流镜负载的差分放大器.docx
《模电设计电流镜负载的差分放大器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模电设计电流镜负载的差分放大器.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
模电设计电流镜负载的差分放大器
模拟集成电路课程设计报告
电流镜负载的差分放大器
摘要:
差分放大器是最重要的电路发明之一,它可以追溯到真空管时代。
有于差动放大具有很多有用的特性,像对差模输入信号的放大作用和对共模输入信号的抑制作用,所以它已经成为当代高性能模拟电路和混合信号电路的主要选择。
电流源在差分放大器中广泛应用,电流源起一个大电阻的作用,但不消耗过多的电压余度。
在模拟电路中,电流源的设计是基于对基准电流的“复制”,稳定的基准电流则由一个相对复杂的电路来产生。
在电流镜中,只需调整MOS管的W/L就能获得不同的、精确的复制电流。
在本课程设计中,将根据典型电流镜负载差动对中,增益、带宽与MOS管W/L之间的关系,获得满足要求的放大器。
一.设计目标-1-
二.单个MOS管的的特性-2-
2.1、NMOS特性仿真-2-
2.2、PMOS特性仿真-4-
三.电路设计与参数推导-6-
3.1电路设计:
-6-
3.2手工推导参数-7-
四.差分放大器仿真-9-
4.1、HSPICE仿真:
-9-
4.2、器件参数修改-10-
4.3仿真波形-11-
4.2、共模电平的范围:
-13-
4.3数据对比-16-
五.总结-17-
一.设计目标
设计一款差分放大器,要求满足性能指标:
●负载电容
●
●对管的m取4的倍数
●低频开环增益>100
●GBW(增益带宽积)>30MHz
●输入共模范围>3V
●功耗、面积尽量小
参考电路图:
二.单个MOS管的的特性
MOS管是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)你场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。
MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。
在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。
这样的器件被认为是对称的。
2.1、NMOS特性仿真
电路图如下:
HSPICE仿真:
*ProjectNMOS
*InnovedaWirelistCreatedwithVersion6.3.5
*Inifile:
*Options:
-h-d-n-m-z-x-c6
*Levels:
*
.prot
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'tt
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'res
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'cap
.unprot
M1I1VDVB00NVNL=1UW=10UM=1
VBSVB01
VDSVD05
*DICTIONARY1
*GND=0
.optionspostlist
.dcVDS050.1
.op
.printi1(M1I1)
.END
仿真波形:
仿真得出的数据:
subckt
element0:
m1i1
model0:
nvn
regionSaturati
id18.6184u
ibs-4.227e-22
ibd-23.6496a
vgs1.0000
vds5.0000
vbs0.
vth830.1150m
vdsat125.6460m
vod169.8850m
beta1.4749m
gameff894.5056m
gm192.1882u
gds1.2418u
gmb72.1958u
cdtot12.5800f
cgtot24.0149f
cstot31.6174f
cbtot34.8211f
cgs18.4311f
cgd2.8784f
参数计算:
由仿真结果可以算出:
=0.035
2.2、PMOS特性仿真
电路图如下:
HSPICE仿真:
*ProjectPMOS
*InnovedaWirelistCreatedwithVersion6.3.5
*Inifile:
*Options:
-h-d-n-m-z-x-c6
*Levels:
*
.prot
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'tt
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'res
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'cap
.unprot
M1I1VDSVGSVDDVDDNVPL=1UW=10UM=1
V1I2VGS04
V1I3VDS05
V1I4VDD05
*DICTIONARY1
*GND=0
.optionspostlist
.dcV1I3050.1*V1I23.550.1
.op
.printi1(M1I1)
.END
仿真得出的数据:
subckt
element0:
m1i1
model0:
nvp
regionLinear
id0.
ibs0.
ibd0.
vgs-1.0000
vds0.
vbs0.
vth-899.3391m
vdsat-136.0660m
vod-100.6609m
beta471.1383u
gameff384.0716m
gm0.
gds46.9930u
gmb0.
cdtot29.4825f
cgtot30.8144f
cstot30.3463f
cbtot40.6913f
cgs17.7584f
cgd12.8808f
参数计算:
由仿真结果可以得出
=0.0729
三.电路设计与参数推导
3.1电路设计:
3.2手工推导参数
由库文件可以得到上述除了λn、λp外的器件参数,λn、λp可以由mos管的仿真得到。
由性能指标低频开环增益>100,GBW(增益带宽积),CL=1pf可得
求得
我们设计中取
。
另一方面
求得
。
因此ID可取的范围为
。
所以我们取单边电流ID=25mA。
忽略沟长调制效应,
求得
。
这里我们取
下一步应该确定M3,M4,M5,M6的宽长比。
由
可得
取负载管M3,M4的过驱动电压Vod=300mV可得
。
这里我们取
同理取电流源管M5,M6的过驱动电压Vod=500mV可得
。
这里我们取
理论开环增益:
理论单位增益带宽:
理论共模输入电平最小值:
理论共模输入电平最大值:
理论共模输入电平范围最大值为V=4.5171-1.4231=3.0940V
四.差分放大器仿真
电流源负载的差分放大器整体电路图:
4.1、HSPICE仿真:
*ProjectDC_NMOS
*InnovedaWirelistCreatedwithVersion6.3.5
*Inifile:
*Options:
-h-d-n-m-z-x-c6
*Levels:
*
.prot
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'tt
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'res
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'cap
.unprot
coutvout01pf
M3M3dg-M4g-M1dM3dg-M4g-M1dvddvddNVPL=1UW=8UM=1
M4voutM3dg-M4g-M1dvddvddNVPL=1UW=8UM=1
M1M3dg-M4g-M1din1M1s-M2s-M6d0NVNL=1UW=16UM=1s
M2voutin2M1s-M2s-M6d0NVNL=1UW=16UM=1
M6M1s-M2s-M6dM6g-M5dg00NVNL=1UW=4UM=1
M5M6g-M5dgM6g-M5dg00NVNL=1UW=4UM=1
V1vdd05V
I10M6g-M5dgDC=50uA
Vin1in202.5Vac=0.5v
Vin2in102.5Vac=0.5v180
*DICTIONARY1
*GND=0
.OPTIONSPROBE
.OP
.dcV1050.1
.acdec101k100meg
.optionslistnodepost
.printacvdb(vout)
.end
4.2、器件参数修改
仿真后波形图如图所示:
发现波形锁呈现出来的增益带宽积为43.1M,已经达到题目的要求,但是低频开环增益为39.6db左右,即放大倍数小于100倍,达不到题目要求,所以尝试加大M1,M2的M值,因为题目要求对管的m为4的倍数,所以各自增大到4.
修改后的hspice仿真如下:
*ProjectDC_NMOS
*InnovedaWirelistCreatedwithVersion6.3.5
*Inifile:
*Options:
-h-d-n-m-z-x-c6
*Levels:
*
.prot
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'tt
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'res
.lib'D:
\ePD\05model\05model\h05hvcddtt09v01.lib'cap
.unprot
coutvout01pf
M3M3dg-M4g-M1dM3dg-M4g-M1dvddvddNVPL=1UW=8UM=1
M4voutM3dg-M4g-M1dvddvddNVPL=1UW=8UM=1
M1M3dg-M4g-M1din1M1s-M2s-M6d0NVNL=1UW=16UM=4
M2voutin2M1s-M2s-M6d0NVNL=1UW=16UM=4
M6M1s-M2s-M6dM6g-M5dg00NVNL=1UW=4UM=1
M5M6g-M5dgM6g-M5dg00NVNL=1UW=4UM=1
V1vdd05V
I10M6g-M5dgDC=50uA
Vin1in202.5Vac=0.5v
Vin2in102.5Vac=0.5v18
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 设计 电流 负载 差分放大器
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)