CMOS实验二.docx
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CMOS实验二.docx
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CMOS实验二
实验课2共源级放大器分析
无说明情况下,实验采用课本32页给出的MODEL。
NMOS
LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8
PMOS
LEVEL=1VT0=-0.8GAMMA=0.4PHI=0.8
NSUB=5e+14LD=0.09e-6U0=100LAMBDA=0.2
TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.94e-3CJSW=0.32e-11
MJ=0.5MJSW=0.3CGDO=0.3e-9JS=0.5e-8
1、实验内容和步骤
实验电路图1-1、1-2以及1-3中电路(W/L)1=50/0.5,(W/L)2=20/0.5,VDD=3V,Vb=2.1V。
1.执行DC分析获得输入偏置电平,要求此时输出偏置电平为1.5V。
在DC分析结果中,标出关键点(工作区的交界点)。
并指出增益最大时的输入偏置电平。
2.执行tran分析,输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,并通过tran分析的波形,计算增益。
(提示:
使用Hspice自带的函数测出输入输出信号的峰峰值,计算增益)逐步增大输入正弦信号的幅值到观察幅值达到多少时会有失真发生,失真的原因是什么?
3.执行AC分析,仿真得出-3db频率值,低频增益数值,并与手工计算结果比对。
从波形中给出该频率点的相移量。
4.对图1重新执行频率分析,观察在R=2K、20K、200K时的3db带宽和增益有何不同。
5.将MODEL中沟道调制系数改为0,再次对图1执行频率分析,观察在R=2K20K200K时的低频增益及3db带宽和
(2)又有何不同。
说明了什么问题?
电路图1-1电路图1-2电路图1-3
2、实验结果与分析
1.对于电路图1-1:
(1)执行DC分析后获得输入偏置电平,其输出波形图如图a-1所示:
图a-1电阻负载的共源级输出电压和跨导与输入电压的特性曲线
(2)当输出偏置电平为1.5V,输入电平值如图a-1.1所示,标出的关键点(工作区的交界点)如图a-1.2所示:
图a-1.1输入电平值x图a-1.2关键点(工作区的交界点)
(3)根据采用电阻负载的共源级的增益公式(1-1)
(1-1)
可知,增益
随着跨导
的增大而增大,故增益最大时的输入偏置电平即跨导最大时的输入电平。
(4)总结:
由图a-1.1,得输出偏置电平为1.5V,输入为0.957V,增益最大时的输入偏置电平为1.05V。
(5)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
RDDDDN2k
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************source*****************
VDDDD03
VGSNGNSN0
VSNSN00
VBNBN00
**************analysis******************
.DCVGSN030.05
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV(DN)LX7(M1)*LX7()求器件跨导
.end
对于电路图1-2:
(1)执行DC分析后获得输入偏置电平,其输出波形图如图b-1所示:
图b-1二极管连接的负载的共源级输出电压和跨导与输入电压的特性曲线
(2)当输出偏置电平为1.5V,输入电平值如图b-2.1所示,标出的关键点(工作区的交界点)如图b-2.2所示:
图b-2.1输入电平值x图b-2.2关键点(工作区的交界点)
3)根据采用二极管连接的负载的共源级的增益公式(1-1)可知,
增益
随着跨导
的增大而增大,故增益最大时的输入偏置电平即跨导最大时的输入电平。
(4)总结:
由图b-2.1,得输出偏置电平为1.5V,输入为1.03V,增益最大时的输入偏置电平为1.55V。
(5)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DN1GN1SN1BNNMOSW=50uL=0.5u
M2DN2GN2SN2BNNMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************source*****************
VDN2DN203
VGN2GN203
VDSN12DN1SN20
VGSN1GN1SN10
VSN1SN100
VBNBN00
**************analysis******************
.DCVGSN1030.05
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV(DN1)LX7(M1)*LX7()求器件跨导
.end
对于电路图1-3:
(1)执行DC分析后获得输入偏置电平,其输出波形图如图c-1所示:
图c-1电流源负载的共源级输出电压和跨导与输入电压的特性曲线
(2)当输出偏置电平为1.5V,输入电平值如图c-3.1所示,标出的关键点(工作区的交界点)如图c-3.2所示:
图c-3.1输入电平值x图c-3.2关键点(工作区的交界点)
(3)根据采用电流源负载的共源级的增益公式(1-1)可知,
增益
随着跨导
的增大而增大,故增益最大时的输入偏置电平即跨导最大时的输入电平。
(4)总结:
由图c-3.1,得输出偏置电平为1.5V,输入为0.725V,增益最大时的输入偏置电平为0.752V。
(5)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
M2DPGPSPBPPMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************modelPMOS************************
.MODELPMOSPMOS(
+LEVEL=1VT0=-0.8GAMMA=0.4PHI=0.8
+NSUB=5e+14LD=0.09e-6U0=100LAMBDA=0.2
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.94e-3CJSW=0.32e-11
+MJ=0.5MJSW=0.3CGDO=0.3e-9JS=0.5e-8)**************source*****************
VDNDPDNDP0
VGSNGNSN0
VSNSN00
VBNBN00
VSPSP03
VGPGP02.1
VBPBP03
**************analysis******************
.DCVGSN030.05
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV(DN)LX7(M1)*LX7()求器件跨导
.end
2.对于电路图1-1:
(1)执行tran分析,输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,通过tran分析的波形,输出波形如图a-2:
图a-2电阻负载的共源级执行tran分析后的波形
(2)分析图a-2,得出
输出峰峰值vmax=1.552vmin=1.448,根据增益公式(1-2)
(1-2)
得,增益为(1.552-1.448)/0.01=10.4。
当输入电压达到0.1v时开始失真,为饱和失真。
(3)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
RDDDDN2k
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************source*****************
VGNGN0AC1,-180sin(0.9570.0051K)
VDDDD03
VSNSN00
VBNBN00
**************analysis******************
.TRAN1us5ms
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV(DN)LX7(M1)*LX7()求器件跨导
.end
对于电路图1-2:
(1)执行tran分析,输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,通过tran分析的波形,输出波形如图b-2:
图b-2二极管连接的负载的共源级执行tran分析后的波形
(2)分析图b-2,得出
输出峰峰值vmax=1.5132vmin=1.5000,根据增益公式(1-2),得
增益为(1.5132-1.5000)/0.01=1.32
当输入为0.37V时输出开始失真,失真的原因是器件截止了。
(3)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DN1GN1SN1BNNMOSW=50uL=0.5u
M2DN2GN2SN2BNNMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************source*****************
VGN1GN10AC1,-180sin(1.030.0051K)
VDN2DN203
VGN2GN203
VDSN12DN1SN20
VSN1SN100
VBNBN00
**************analysis******************
.TRAN1us5ms
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV(DN1)LX7(M1)*LX7()求器件跨导
.end
对于电路图1-3:
(1)执行tran分析,输入要求为正弦信号幅值5mv,频率1K,通过tran分析的波形,输出波形如图c-2:
图c-2电流源负载的共源级执行tran分析后的波形
由图可知波形已经失真,计算得出偏置在0.737V时,波形不失真。
输出波形如图c-2.1如下:
图c-2.1电流源负载的共源级执行tran分析后的波形
(2)分析图c-2.1,得出
输出峰峰值vmax=2.66vmin=0.42,根据增益公式(1-2),得
增益为(2.66-0.42)/0.01=224
当输入电压为0.007V时就开始失真,失真原因是器件截止工作了。
(3)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
M2DPGPSPBPPMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************modelPMOS************************
.MODELPMOSPMOS(
+LEVEL=1VT0=-0.8GAMMA=0.4PHI=0.8
+NSUB=5e+14LD=0.09e-6U0=100LAMBDA=0.2
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.94e-3CJSW=0.32e-11
+MJ=0.5MJSW=0.3CGDO=0.3e-9JS=0.5e-8)**************source*****************
VGNGN0AC1,-180sin(0.7370.0051K)
VDNDPDNDP0
VSNSN00
VBNBN00
VSPSP03
VGPGP02.1
VBPBP03
**************analysis******************
.TRAN1us5ms
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeV(DN)LX7(M1)*LX7()求器件跨导
.end
3.对于电路图1-1:
(1)执行AC分析,仿真得出的幅频特性曲线和相频特性的波形图分别如图a-3.1和图a-3.2所示:
图a-3.1电阻负载的共源级的幅频特性曲线
图a-3.2电阻负载的共源级的相频特性曲线
(2)实验所得的-3db时的频率值以及该频率点的相移量分别如图a-3.3和图a-3.4:
图a-3.3-3db时的频率值图a-3.4频率点的相移量
(3)由图a-3.3得,低频增益为20.3db,则-3db即为17.3db,此时的频率为4.45GHZ。
(4)手工分析结果:
20lgAu=20*lg(10.4)=20.34db,与实验结果相似。
(5)由图a-3.4,得此时相移为-50.4。
(6)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
RDDDDN2k
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************source*****************
VGNGN0DC0.957AC1,-180
VDDDD03
VSNSN00
VBNBN00
**************analysis******************
.ACdec1000.015G
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeVdb(DN)Vp(DN)
.end
对于电路图1-2:
(1)执行AC分析,仿真得出的幅频特性曲线和相频特性的波形图分别如图b-3.1和图b-3.2所示:
图b-3.1二极管连接的负载的共源级的幅频特性曲线
图b-3.2二极管连接的负载的共源级的相频特性曲线
(2)实验所得的-3db时的频率值以及该频率点的相移量分别如图b-3.3和图b-3.4:
图b-3.3-3db时的频率值图b-3.4频率点的相移量
(3)由图b-3.3得,低频增益为2.47db,则-3db即为-0.530db,此时的频率为23.5GHZ。
(4)手工分析结果:
20lgAu=20*lg(1.33)=20.34db,与实验结果相似。
(5)由图b-3.4,得此时相移为-70.5。
(6)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DN1GN1SN1BNNMOSW=50uL=0.5u
M2DN2GN2SN2BNNMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************source*****************
VGN1GN10DC1.03AC1,-180
VDN2DN203
VGN2GN203
VDSN12DN1SN20
VSN1SN100
VBNBN00
**************analysis******************
.ACdec1000.0150G
**************output*******************
.optionspostacctprobe
.probeVdb(DN1)Vp(DN1)
.end
对于电路图1-3:
(1)执行AC分析,仿真得出的幅频特性曲线和相频特性的波形图分别如图c-3.1和图c-3.2所示:
图c-3.1电流源负载的共源级的幅频特性曲线
图c-3.2电流源负载的共源级的相频特性曲线
(2)实验所得的-3db时的频率值以及该频率点的相移量分别如图c-3.3和图c-3.4:
图c-3.3-3db时的频率值图c-3.4频率点的相移量
(3)由图c-3.3得,低频增益为47.0db,则-3db即为44.0db,此时的频率为22.7MHZ。
(4)手工分析结果:
20lgAu=20*lg(224)=47.00db,与实验结果相似。
(5)由图c-3.4,得此时相移为-45.1。
(6)源代码:
*2013.11.11
.titleMOSFET:
**************netlist*****************************
M1DNGNSNBNNMOSW=50uL=0.5u
M2DPGPSPBPPMOSW=20uL=0.5u
**************modelNMOS************************
.MODELNMOSNMOS(
+LEVEL=1VT0=0.7GAMMA=0.45PHI=0.9
+NSUB=9e+14LD=0.08e-6U0=350LAMBDA=0.1
+TOX=9e-9PB=0.9CJ=0.56e-3CJSW=0.35e-11
+MJ=0.45MJSW=0.2CGDO=0.4e-9JS=1.0e-8)
**************modelPMOS************************
.MODELPMOSPMOS(
+L
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- CMOS 实验