華中科技大學(xué)-ic課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(比例放大器設(shè)計(jì))-wenkub
2023-06-07 18:12:03 本頁(yè)面
【正文】 里，我們選用以電流鏡為負(fù)載的差分放大器實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)算放大器。（3）電路性能指標(biāo)滿足如下要求：① ；()???:1:0inoutV?②相位裕度 [45 度~65 度]；③輸入信號(hào)頻率 ；1infMHz?④輸出電流 0outImA?22 設(shè)計(jì)過(guò)程 基本結(jié)構(gòu)及分析 指標(biāo)要求中隱含了增益要大于 10 倍，帶寬大于 100MHZ，暫時(shí)不考慮相位裕度。I華中科技大學(xué)題目：比例放大器設(shè)計(jì)院 系：專(zhuān) 業(yè) 班：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：20XX 年 XX 月I摘 要在模擬電路中對(duì)放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，差分放大器由于能夠?qū)崿F(xiàn)兩倍放大和能夠很好的抑制共模噪聲的優(yōu)良性能而被廣為應(yīng)用。 如圖結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，根據(jù)放大器的“虛短” 、 “虛斷”特性，可以列出如下等式： 12RVinouti??根據(jù)題目要求： Vin:Vout=1:10因此，有： R1=9R2又： Iout=Vin/R2=10mA,Vin=1+(wt)得： ??102R 9另外，信號(hào)中包含 1V 直流電壓，相當(dāng)于為放大器提供了直流偏置且Vo=10Vin=1v，取工作電壓為單電源 3v外圍電路設(shè)計(jì)至此結(jié)束，現(xiàn)在進(jìn)行放大器內(nèi)部設(shè)計(jì)。電路如圖所示：V D DM 3 M 4M 2M 1I b i a sV i 1 V i 2G N D323 NMOS 器件 M1 和 M2 作為差分對(duì)管，PMOS 器件 M4，M5 組成電流源負(fù)載。差分放大電路的輸入輸出有許多組合，本設(shè)計(jì)僅采用雙端輸入單端輸出，因而本文僅對(duì)這種情況簡(jiǎn)要介紹。 工藝參數(shù)提取 重要工藝參數(shù)并沒(méi)有在本設(shè)計(jì)使用的 工藝庫(kù)中直接提供，需要提取。由 LoPNCrf)|(21?? 又 DpoPDnoNIrIr????1, pnoI)(1|???則 f1 由 λ、負(fù)載電容 L、電流 D共同決定，其中 Cl 不變，λ 為工藝限制參數(shù)，則 f1 只能由 Id 決定。（注：本文未作特殊說(shuō)明處均取 L=1um）此電路中用作恒流源電流等于兩支路電流之和， ?.7 仿真網(wǎng)表見(jiàn)附錄。參考文獻(xiàn)【2】中對(duì)這種情況進(jìn)行了介紹。電容 C和電阻 Rz 構(gòu)成密勒補(bǔ)償。以上的要求，應(yīng)使零點(diǎn) z 位于 處，并且讓極點(diǎn) p2 位于 處。NK為 200， 13 uAIL)(4?為了實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償，讓零點(diǎn) z 位于 處。其實(shí)結(jié)果有可能更好，因?yàn)?GBW 和 Cc、gm1 的關(guān)系相對(duì)獨(dú)立，修改這兩個(gè)參數(shù)并不大規(guī)18模影響電路的特性，由它們變化而產(chǎn)生的相位裕度的降低可以由 Rz 進(jìn)行補(bǔ)償。相位裕度、幅頻特性等多方面進(jìn)行綜合考慮。則電壓增益約為 ，輸入頻率范圍為 1Mhz234 心得體會(huì)略24致 謝略25參 考 文 獻(xiàn)略附 錄仿真網(wǎng)表如下：*TwoStage Op Amp.option post=2 numdgt=7 tnom=27.LIB C:\synopsys\\BIN\ ttvdd VDD 0 3 電源電壓 3vvi1 Vi1 0 dc=1 ac= 共模電壓 1v 交流電壓 vi2 Vi2 0 dc=1 ac=0 r1 Vo R2 900 900 歐r2 R2 0 100 100 歐*cl Vo 0 3pf 負(fù)載開(kāi)路x1 VDD 0 Vi1 Vi2 Vo opamp 二級(jí)運(yùn)放子電路接口：VDD VSS 輸入 1 輸入 2 輸出.subckt opamp VDD 0 Vi1 Vi2 VoM1 1 Vi1 3 3 p_33 W=57U L=1U M2 2 Vi2 3 3 p_33 W=57U L=1U M3 1 1 0 0 n_33 W=13U L=1U M4 2 1 0 0 n_33 W=13U L=1U M6 Vo 2 0 0 n_33 W=38U L=1Urz 2 4 380 補(bǔ)償電阻 380 歐cc 4 Vo 1pf 補(bǔ)償電容 1pfIref1 VDD 3 dc 200U 靜態(tài)偏置 200UIref2 VDD Vo dc 600U M6 偏置 600 U （3gm1=gm6 ）.ends.op.ac dec 10 1 1G.print ac vdb(Vo) vp(Vo).end。與一級(jí)放大器相比較性能得到明顯提高。這時(shí)可以考慮采用二級(jí)放大器。取 61mg?，由前面的計(jì)算可知， mg= 計(jì)算得 0DIuA 6()? 仿真結(jié)果仿真網(wǎng)表見(jiàn)附錄14電路如圖：V D DM 4M 3M 2M 1M 6I r e f 2I r e f 1C LC cR zG N DG N DV i 1 V i 2第 一 級(jí)負(fù) 載第 二 級(jí)12304V o21對(duì)以上計(jì)算參數(shù)仿真后發(fā)現(xiàn) GBW 僅停留在 810^7 比單級(jí)沒(méi)有多少改善，但是根據(jù) GBW與 gm1 成正比的關(guān)系，以及 Cc 與帶寬成反比的關(guān)系，多次調(diào)整參數(shù)使得單位增益帶寬增大到了 10^8。1 ????將所有的驅(qū)動(dòng)電壓都固定在 ，補(bǔ)償電容已定則取
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