CMOS两级运算放大器设计报告doc.docx

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CMOS两级运算放大器设计报告doc

CMOS两级运算放大器-设计报告

CMOS两级运算放大器设计及仿真

实验报告

班级：

学号：

姓名：

日期：

（3）输入共模电压范围

Vcm,min=0.4V，Vcm,max=1.5V

（4）输出电压摆幅

0.2V

（5）相位裕度

PM=60

（6）负载电容

CL=1pF

（7）电源电压

VDD=1.8V

使用CMOS-90nm工艺库。

三、电路设计

1.电路结构

最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。

主要包括四大部分：

第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。

2.电路描述

输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。

如下图所示。

输出级放大电路由PM1和NM4组成，其中PM1为共源放大级电路，NM4为电流源偏置电路。

如下图所示。

电流源偏置电路由NM0、NM2与NM4组成，其中NM0接偏置电流源，电流源电流为30uA。

如下图所示。

选取电源电压为1.8V。

共模输入电压设为500mV，差模输入电压设IN1、IN2为5uV交流小信号，方向相反。

如下图所示。

3.参数估计

第一级放大电路的电压增益：

第二级放大电路的电压增益：

两级放大电路总增益：

增益带宽积：

设置直流工作点：

对单个nmos管进行gm/Id、Id/w与Vgs图形仿真，如下图所示。

取gm/Id为10，Vgs为0.3V，可得差动放大级单边电路偏置电流为15uA。

根据镜像电流源的特性可设置Iref为30uA。

设置第二级共源放大级直流偏置电流为34.3uA。

宽长比计算如下：

偏置电路：

NM04.5

NM24.5

NM45.15

差分放大电路：

PM01.875

PM21.875

NM115

NM315

共源放大级：

PM14.7

密勒补偿电路参数配置

Rc10K

Cc3pF

四、仿真调试

测试环境搭建。

tran为扫频时间，设置输入信号频率为1KHz，因此tran值设置为10ms。

扫频范围为1至100GHz。

并保存直流工作点信息。

如下图所示。

测试第一级差动放大级的放大倍数。

如下图所示。

放大倍数大约为250倍，红色线条为第一级输出。

相当于本征放大增益的平方。

测试两级放大电路的放大倍数。

如下图所示。

四条波形线分别为差动输出级、IN1、IN2、OUT。

便于观察放大倍数，将放大倍数及带宽截图如下。

放大倍数约为11000倍，带宽为1KHz。

因此增益带宽积大于10MHz。

相位与放大倍数的关系如下图所示。

在增益降为0dB的时候，相位降幅大约为110度，即相位裕度大约为70度。

五、实验结果

电路仿真参数：

（1）直流或低频时的小信号差模电压增益

Avd=11000V/V（80dB）

（2）增益带宽积

GBW=11MHz

（3）输入共模电压

Vcm=0.5V

（4）输出电压

1.3V

（5）相位裕度

PM=70度

（6）负载电容

CL=1pF

（7）电源电压

VDD=1.8V

（8）密勒补偿电容及电阻

Rc=10K

Cc=3pF

仿真参数满足设计要求。