《IC课程设计》报告__电流镜负载的差分放大器设计

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1、《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U200813586《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器设计华中科技大学控制科学与工程系自动化0807班张有超U200813586同组人：黄腾、黄开拓、胡婵17《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U200813586目录一、设计目标（题目）2二、系统功能定义3三、相关背景3四、设计过程61、NMOS的特性仿真及参数推导62、PMOS的特性仿真及参数推导83、电流镜负载的放大器特性仿真及参数推导10五、个人心得14六、参考文献16七、附录16分工1617《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器

2、张有超U200813586一、设计目标（题目）电流镜负载的差分放大器指导老师：陈晓飞（87611245转8509，xfchen@whicc.com）助教：李小晶Tel:15871462261，Email:lxjhustor@163.com设计一款差分放大器，要求满足性能指标：l负载电容ll对管的m取4的倍数l低频开环增益>100lGBW(增益带宽积)>25MHzl输入共模范围>3Vl功耗、面积尽量小参考电路图如下图所示设计步骤：1、仿真单个MOS的特性，得到某W/L下的MOS管的小信号输出电阻和跨导。2、根据上述仿真得到的器件特性，推导上述电路中的器件参数。

3、17《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U2008135861、手工推导上述尺寸下的差分级放大器的直流工作点、小信号增益、带宽、输入共模范围。2、如果增益和带宽不符合题目要求，则修改器件参数，并重复上述计算过程。3、一旦计算结果达到题目要求，用Hspice仿真验证上述指标。如果仿真得到的增益和带宽不符合要求，则返回步骤2，直至符合要求一、系统功能定义传统运算放大器的输入级一般都采用电流镜负载的差分对。如下图所示。NMOS器件M1和M2作为差分对管，P沟道器件M4，M5组成电流源负载。电流0I提供差分放大器的工作电流。如果M4和M5相匹配，那么M1

4、电流的大小就决定了M4电流的大小。这个电流将镜像到M5。如果GS1GS2V=V，则Ml和M2的电流相同。这样由M5通过M2的电流将等于是OUTI为零时M2所需要的电流。如果GS1GS2V>V，由于0D1D2I=I+I，D1I相对D2I要增加。D1I的增加意味着D4I和D5I也增大。但是，当GS1V变的比GS2V大时，D2I应减小。因此要使电路平衡，OUTI必须为正。输出电流OUTI等于差分对管的差值，其最大值为0I。这样就使差分放大器的差分输出信号转换成单端输出信号。反之如果GS1GS2V

5、的差分放大器张有超U200813586NMOS管剖面图NMOS管I-V特性曲线Mosfet作为信号放大时，其输入的信号一般为交流信号，即随时间而变化的电信号，这是器件的特性将因信号变化的大小及快慢而不同，有低频、高频之分。单个mosfet的主要参数包括：1.直流参数：开启电压Vt，即当Vds为某一固定值使Id等于一微小电流时，栅源间的电压。2.交流小信号参数：PMOS、NMOS的栅跨导：越大，说明器件的放大能力越强，可以通过设计宽长比大的图形结构来提高跨导。17《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U200813586小信号电阻：说明了Vds对Id

6、的影响，是输出特性在某一点上切线斜率的倒数。相关公式：电流公式：,MOS管等效电阻公式：=1/gds=1/（mos管要工作于饱和区）gds=直流工作点在计算增益要求的性能指标时要用到如下增益、带宽公式：小信号增益：单位增益带宽：17《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U200813586电流镜负载的差分放大器电路一、设计过程1、NMOS的特性仿真及参数推导单个Nmos管的仿真，NMOS以共源连接方式连接，如图。其中电流I=40uA，管子宽长比W=100u，L=1u，VDD=5v17《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U20081358

7、6仿真网表：nmos.optionslistnodepost.op.LIB'D:InstalledHspiceLibCMOS_035_Spice_Model.lib'TTMpdd00N_33L=1uW=100uIDVDDd40uVDDVDD05v.END得到静态仿真结果：****mosfetssubcktelement0:mpmodel0:n_33regionSaturatiid40.0000uibs-6.249e-21ibd-4.1440f17《IC课程设计》报告电流镜负载的差分放大器张有超U200813586vgs680.3816mvds680.

8、3816mvbs0.vth661.6627mvdsa