《cmos》project报告

《《cmos》project报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、《CMOS模拟集成电路设计》---项目设计CMOS模拟二级运算放大器设计一.项目需求分析与方案论证运算放大器，简称运放，是模拟电路中最为通用和基础的模块。运放一般由几部分构成，包括输入级、中间级、输出级和偏置电路。单级放大器中由输出管产生的小信号电流直接流过输出阻抗，因此单级放大电路增益被抑制在放大管的跨导与输出阻抗的乘积。在单级放大器中，增益是与输出摆幅是相矛盾的，为了缓解这种矛盾引进了两级运放，两级运放可以同时实现高增益和较大的输出摆幅。在两级运放中将这两点各在不同级实现。本项目运用的是二级运放来实现，其中大的增益靠第一级与第二级的级联

2、而组成，而大的输出电压范围靠第二级共源放大器来实现。表1设计目标和性能参数要求参数种类参数值管子长度≥0.35um管子宽度≥0.8um负载电容=3pF共模输入电压（VDD+VSS）/2开环直流增益≥60dB输出动态范围[0.1(VDD-VSS)，0.9(VDD-VSS)]共模抑制比≥45dB单位增益带宽≥60dB相位裕度≥45degree转换速率≥50V/vs静态功耗≤10mW面积≤10000um2本项目选用的是LEVEL1SPICE参数模型本项目所使用二级放大器电路图如下：图1二级放大器电路图其中输入级放大电路由M1～M5组成，M1和M2

3、组成PMOS差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3、M4电流镜为有源负载；M5为第一级提供恒定偏置电流。输出级放大电路由M6、M7组成，M6为共源放大器，M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载，相位补偿电路由Cc构成，电容Cc接在第二级输入输出之间，构成密勒补偿。一.项目详细设计1、静态分析分别分析M1-M8管：1）对M1、M2管有：时，M1管也必须工作在饱和区（对一个MOS管，它处于饱和工作区的电压条件是：从而可以推出以下不等式条件2）对M3、M4管，因为M3的G、D端互连，保证了M3管永远工作在饱和区中

4、。而M4管和M3管完全对称，而且电流相等，从而也就保证了M4管工作在饱和区中。3）对M5管：分析可知，若太大，则减小，则M5管将落入线性工作区。因此必须保证时，M5管仍工作在饱和区。分析得：其中不等式的右边必须大于等于零，即1）对于M6管：时，必须保证M6管工作在饱和区。从而得到以下不等式：2）对于M7管：时，M7管必须处于饱和区。则可得：6）对M8管，因为Vsg8=Vsd8，所以M8管将无条件满足饱和工作条件。1、输出摆幅[0.1(VDD-VSS)，0.9(VDD-VSS)]2、功耗整个二级运放的静态功耗可以表示为：一般情况下，可以利用P

5、S≤PS,max的要求对运放进行性能优化，从而获得最小的静态功耗。3、面积4、直流开环增益其小信号模型图如图2图2小信号模型图图中，，，，，1、共模抑制比共模抑制比KCMRR根据CMRR的定义可以得到：2、频率响应（单位增益带宽）及稳定性（相位裕度）二级运放交流等效电路如图5所示,根据节点电流得，其中：可以推出从而可以得到两个主要极点和一个零点：①低频极点，即主极点：②高频极点：③零点：由以上分析我们可以看到，CC为极点分割电容，要使放大器稳定工作，最好使加了补偿电容CC之后，使p1,p2拉开，但同时也产生了零点，而且零点再S平面的右半平面

6、上，因而此零点产生的相移是滞后的，它与极点p1,p2所产生的滞后相移叠加，产生了较大的附加相移。但是，若z>>GB，则z可以忽略，不影响电路的稳定性。若z

7、体效应）在放大器正常工作情况下，必须保证每个管子在工作时远离亚阈值区，同时也可以提高晶体管的匹配度，从而对每一个管子有如下条件限制：在进行电路设计的时候，通常可以假设Voverdrive,min为某个值。（典型值为200mV）2、整体参数求解与优化。1确定补偿电容值①为极点分割电容，要使放大器稳定工作，最好使,又由于极点限制：要求远远小于,则。从而,推出，可得。②要使得,则,取，由,可得,从而取。2确定直流基准电流由静态功耗：，，因为，所以。由转换速率：即，可得；由，得。综上：取,,，则,。31-8管分析：；，；；；对:，，，取。对:，，，

8、满足条件。对:同理由，，可得所以，而，满足条件。对:由，，。对、:由，，。对、:由，。以上结果满足。整理以上计算结果得下表管子尺寸范围使用尺寸M1M2M3M4M5M6M7M84开