【導(dǎo)讀】模擬CMOS集成電路報(bào)告。北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院

　　

【正文】 1W L W L?? 為了得到 60176。的相位裕量， 6mg 的值近似起碼是輸入級(jí)跨導(dǎo) 1mg 的 10 倍（ allen書 例 ），我們?cè)O(shè) 6110 942mmg g s???，為了達(dá)到第一級(jí)電流鏡負(fù)載（ M3和 M4）的正確鏡像，要求 46SG SGVV? ，圖中 x， y 點(diǎn)電位相同 我們可以得到 664 4( / ) ( / ) 6 4 / 1mmgW L W L g?? 進(jìn)而由 6 6 62 ( / )m P dg K W L I?? 我們可以得到直流電流 22m 6 m 667 39。39。6 6 6 6gg 1 1 3 . 72 ( / ) 2ddI I AK W L K S ?? ? ? ? 同樣由電流鏡原理，我們可以得到 7755( / ) ( / ) 3 2 / 1ddIW L W LI?? 四 、 實(shí)驗(yàn)原理 電路結(jié)構(gòu) : 最基本的 COMS 二級(jí)密勒補(bǔ)償運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的結(jié)構(gòu)如圖所示。主要包括四部分：第一級(jí)輸入級(jí)放大電路、第二級(jí)放大電路、偏置電路和相位補(bǔ)償電路。 模擬 CMOS 集成電路報(bào)告 19 兩級(jí)運(yùn)放電路圖 相位補(bǔ)償 : 電路有至少四個(gè)極點(diǎn)和兩個(gè)零點(diǎn)，假定 z p p4 以及其它寄生極點(diǎn)都遠(yuǎn)大于 GBW，若不 考慮零點(diǎn) z1，僅考慮第二極點(diǎn) p2，那么這是一個(gè)典型的兩極點(diǎn)決定的系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，通常要求有 63176。左右的相位裕度，即保持頻率階躍響應(yīng)的最大平坦度以及較短的時(shí)間響應(yīng)。 但在考慮 z1之后， 這個(gè)右半平面 （ RHP） 的零點(diǎn)在相位域上相當(dāng)于左半平面 （ LHP）的極點(diǎn)，所以相位裕度會(huì)得到惡化。同時(shí)如果為了將兩個(gè)極點(diǎn)分離程度增大，則補(bǔ)償電容 Cc 就要增大，這也會(huì)使得零點(diǎn)減小，進(jìn)一步犧牲相位裕度，如圖所示。 極點(diǎn)分裂與 Cc 變化 五 、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 模擬 CMOS 集成電路報(bào)告 20 模擬 CMOS 集成電路報(bào)告 21 六、思考題 分析此類 電流鏡優(yōu)點(diǎn)，并說(shuō)明原因。 答： ：在本電路中，由于電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，下方兩 nmos管（圖中 1,2）的漏端注入電壓相等，由此， Iout是 Iin的精確復(fù)制，即使上方兩 mos管（圖中 0,3）的輸入電壓發(fā)生變化，對(duì)Ｍ 1,Ｍ 2而言，變化量近似相等，因此 Iout錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Iin。即通過(guò)共源共柵級(jí)屏蔽了輸出電壓變化的影響。 ，提高了輸出電阻：各管子均處于飽和或臨界飽和的狀態(tài)。 七 、 實(shí)驗(yàn)分析 在本次設(shè)計(jì)中采用了密勒補(bǔ)償，但在包含密勒補(bǔ)償?shù)碾娐分袝?huì)產(chǎn)生一個(gè)離原 點(diǎn)很近的 零點(diǎn)，位于 這是由于 Cc+CGD6形成從輸入到輸出的 回路。這個(gè)零點(diǎn)大大降低了電路的穩(wěn)定性。 本次設(shè)計(jì)中我們?cè)黾右粋€(gè)與補(bǔ)償電容串聯(lián)的電阻，從而改善零點(diǎn)的頻率， 引入的電阻為 RZ，零點(diǎn)的頻率可表示為 ，將此零點(diǎn) 移到左半平面來(lái)消除第一非主極點(diǎn)，滿足的條件為 選定合適的 CL 與 CC，在程序中讀出 gm6的值，就可以計(jì)算出 RZ 的值。但是電 阻過(guò)大會(huì)帶來(lái)更大的熱噪聲，還會(huì)使 時(shí)間常數(shù)更大，而電路的 GB 隨 CC的增大 而減 小，這里就涉及到電阻 RZ 電容 CC 和 gm6的折衷。經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試，我們找到 了一組比較合適的數(shù)據(jù)，其中 CC=3p ， RZ=60k， GB 和電路的穩(wěn)定性均比較好 的達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。 66GDCmZ CC g???CmCLCmCELZELmZmCCgCCCgCCCRCCgRgC6666 )/1(1?????????)/1(16 ZmCZ RgC ???模擬 CMOS 集成電路報(bào)告 22 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及問(wèn)題解決 實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題 感謝助教老師的幫助和耐心講解，讓我們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的同時(shí)學(xué)習(xí)到了更多的知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程我們遇到了一些問(wèn)題，總結(jié)如下： ： nmos4和 pmos4初始名字與仿真庫(kù)不同，導(dǎo)致仿真報(bào)錯(cuò)。后經(jīng)助教老師指點(diǎn)，改為 N\P后解決 ： 首先，返回快捷鍵為 u，一開始不知道 ，導(dǎo)致步驟需要重置時(shí)不太方便。此后學(xué)會(huì)了使用 crtl+B以及 Alt+A進(jìn)行快速仿真和采樣，大大加快了實(shí)驗(yàn)進(jìn)程 ： 起初我們的電阻值較大， W/L較小，首先不符合實(shí)際，另一方便電路難以工作。前邊的實(shí)驗(yàn)勉強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)，但到后來(lái)兩級(jí)以上的電電路時(shí)，由于輸入輸出電阻的關(guān)系耦合偏差很大，后經(jīng)過(guò)同學(xué)提示，采用了合適的元件參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 通過(guò)第一次實(shí)驗(yàn)，初步掌握了 Synopsys軟件的設(shè)計(jì) 和仿真 過(guò)程， 學(xué)會(huì)了基本操作解決了一些常見(jiàn)誤區(qū)和問(wèn)題 。 接下來(lái)的幾次試驗(yàn)都是有助教給好的原理圖，我們根據(jù)原理圖畫好 電路，自行仿真得出實(shí)驗(yàn)要求的參數(shù)，并給老師驗(yàn)收。整個(gè)過(guò)程中雖然一開始出現(xiàn)了錯(cuò)誤，后來(lái)慢慢學(xué)會(huì)了合理分配參數(shù)（基本上寬長(zhǎng)比在 100~1000、電阻在 1~100k）。 最后一次實(shí)驗(yàn)需要自行設(shè)計(jì)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)也十分有挑戰(zhàn)，自行查閱書本后不僅了解了電路的原理，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目也有了充分的認(rèn)識(shí)。另外在助教的幫助下完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)還是十分有成就感的！ 通過(guò)整個(gè)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，感到 Synopsys得功能很強(qiáng)大，但有一些操作比較復(fù)雜。 （ Linux系統(tǒng)也不是很熟悉，命令行操作感覺(jué)很新穎）。 通過(guò)這幾次 COMS設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓我們將課堂上學(xué)習(xí)的 理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，在實(shí)驗(yàn)調(diào)試的過(guò)程中更好地理解了理論知識(shí)，并加深了對(duì)模擬 COMS集成電路設(shè)計(jì)這門課程的理解。 在 COMS實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，增益、速度、功耗、電源電壓、線性度、噪聲和最大電壓擺幅這些參數(shù)都重要，但在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，這些參數(shù)中大多數(shù)都會(huì)互相牽制，這將導(dǎo)致設(shè)計(jì)變成了多維優(yōu)化問(wèn)題。很多時(shí)候要靠經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)來(lái)得到一個(gè)較佳的折衷方案。 總的來(lái)說(shuō)，這幾次實(shí)驗(yàn)通過(guò)接觸 COMS集成電路設(shè)計(jì)讓我獲益良多，為我今后打下了基礎(chǔ)。在這里感謝韓老師 和三位助教 的悉心教導(dǎo)，感謝助教老師耐心的為我解答疑難問(wèn)題。