【正文】 pm osv ddM 4 pp anm osM7nm osv refC11n 圖 Pspice模擬的 CMOS運(yùn)算放大器電路 Figure The CMOS operational amplifier circuit, Pspice simulation 1) 理論計(jì)算 根據(jù)近似公式手工計(jì)算：首先確定設(shè)計(jì)的最小溝道長度。 器件尺寸的選擇可以從多個(gè)地方入手，但由于指標(biāo)之間通常相互制約，需要反復(fù)設(shè)計(jì)過程才能折中選擇最后的尺寸。則 p2至少要大于 ） 最大共模電壓 V=VDD— 5I??— |VTO3|Vmax+VT|Vmin 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 最大共模電壓 V=VDD— 51I? +V T|max+ 52DSSI? 一般增大溝道長度可以進(jìn)一步提高增益。 電路結(jié)構(gòu)分析及參數(shù)調(diào)試 M1ppa、 M4ppa 構(gòu)成偏置電路，為 CMOS 放大器提供直流偏置，其管子尺寸大小將較大程度地影響該 CMOS 放大器的功耗； M M M M M5 構(gòu)成輸入放大級(jí)，其中 M M M M4 組成電流鏡，其管子尺寸大小將較大程度地影響該 CMOS 放大器的開環(huán)增益； M M M M9 構(gòu)成輸出級(jí)，其中 M M7 構(gòu)成 CMOS 放大器的后級(jí)放大，將中間級(jí)輸出進(jìn)一步放大； M M9 構(gòu)成 CMOS 傳輸門，影響 CMOS 的帶寬和相位裕度； C1為耦合電容，影響 CMOS 的帶寬和相位裕度； C2為負(fù)載電容，其大小影響 CMOS放大器驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力； Vdd 為直流偏置電源即高電平，為 11 個(gè) MOS 管提供直流工作點(diǎn)； Vref 和 Vin 為CMOS 放大器的兩輸入端； Out 為 CMOS 放大器的輸出端； O為地電平即低電平。 電路仿真 在手工近似計(jì)算后，利用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行驗(yàn)證、修改和優(yōu)化。在仿真中需要設(shè)置各 MOS 管的周長及面積的值。 V31Vac0M4 nm osW = 8uL = 5uv invbM9nm osW = 3uL = 5uC23pFVPOut0V D Bvb0v re fC11. 1p 0M7nm osW = 8uL = 3uM5pm osW = 9uL = 5u{v b}V2M1pm os W = 20 uL = 3uv ddM6pm osW = 44 uL = 18 uP A R A M E T E R S :v b = 4Vv dd5VV1v inM2pm osW = 20 uL = 3uM3nm osW = 8uL = 5uv ddv dd5VV4v re fM8pm osL = 40 uW = 3u 圖 電路調(diào)試圖 Figure Debugging the circuit diagram 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 對(duì) vb 進(jìn)行參數(shù)掃描，其開環(huán)幅頻特性如圖 所示： Frequency10Hz 100Hz 10KHz 100KHz 10MHzVDB(OUT)804004080 圖 參數(shù)掃描 Figure Parameter sweep 通過對(duì)外加直流偏置 vb 進(jìn)行參數(shù)掃描，觀察其幅頻特性曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng) vb＝ 時(shí)，電路性能最優(yōu)。的西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 要求，可以進(jìn)行后續(xù)參數(shù)模擬分析。 圖 MOS管參數(shù)設(shè)置 Figure MOS parameter setting 1) CMOS 放大器模擬結(jié)果顯示 1) CMOS 放大器共模輸入 （ 1）靜態(tài)工作點(diǎn)的顯示 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 C23pFM7nm osW = 8uL = 3u2. 620uA0A2. 620uA4. 379pA3. 605VC11. 1pv ref4. 369Vv inM4 nm osW = 8uL = 5u1. 049uA0A1. 049uA790. 4f Aout 12. 500V4. 037Vv inM9nm osW = 3uL = 5u4. 375pA0A4. 383pA8. 758pA780. 4m VM3nm osW = 8uL = 5u1. 049uA0A1. 049uA790. 4f AVP4. 037V0V780. 4m V780. 4m V0VV D Bv ddv ddOut05VV117. 00uA05. 000V0M6pm osW = 44uL = 18u0A2. 620uA2. 620uA640. 9f Av dd4. 369VM5pm osW = 9uL = 5u0A2. 097uA2. 097uA1. 405pA780. 4m V 780. 4m VM 1ppapm osL = 3uW = 30u0A12. 28uA12. 28uA973. 0f AV31Vac2. 5Vdc0AM8pm osL = 40uW = 3u0A3. 094pA4. 375pA1. 282pAM1pm os W = 20uL = 3u0A1. 049uA1. 049uA5. 634pAM 4ppanm osL = 65uW = 3u12. 28uA0A12. 28uA4. 047pAv ddv refM2pm osW = 20uL = 3u0A1. 049uA1. 049uA5. 634pA0V42. 5Vdc0A 圖 靜態(tài)工作點(diǎn)顯示 Figure The static working point display 由圖 ，該 CMOS 放大器的功耗＝ 5V A＝ 85μ W （ 2）開環(huán)幅頻、相頻特性曲線： Frequency10Hz 100Hz 10KHz 100KHz 10MHz1 VDB(OUT) 2 P(V(Out))500501001 200d150d100d50d0d2 P(V(OUT))VDB(OUT)(,)(,0)000,) 圖 開環(huán)幅頻、相頻特性曲線 Figure The open loop frequency and amplitude, phase frequency characteristic curve 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 由圖 ：當(dāng)該 CMOS 放大器共模輸入為 時(shí)，開環(huán)增益為 ，單位增益帶寬為 ，相位裕度為 55176。的要求 。 2) CMOS 放大器共模輸入 （ 1） 靜態(tài)工作點(diǎn)的顯示 v inv ref781. 8m Vv ddM6pm osW = 44uL = 18u0A2. 626uA2. 626uA884. 9f Av inout 1781. 8m VV31Vac0 0A00C23pF4. 125VC11. 1pM5pm osW = 9uL = 5u0A2. 131uA2. 131uA2. 161pA5VV117. 04uA0VV D BOutM 1ppapm osL = 3uW = 30u0A12. 28uA12. 28uA973. 0f AM3nm osW = 8uL = 5u1. 066uA0A1. 066uA791. 8f AM9nm osW = 3uL = 5u4. 113pA0A4. 158pA8. 270pA5. 000Vv ref781. 8m V4. 037V0v dd781. 8m V781. 8m VM2pm osW = 20uL = 3u0A1. 066uA1. 066uA6. 389pA{V2}V40AM1pm os W = 20uL = 3u0A1. 066uA1. 066uA6. 389pAM8pm osL = 40uW = 3u0A2. 343pA4. 113pA1. 770pA2. 849VVP4. 125V4. 037Vv ddP A R A M E T E R S :V2 = 1. 6Vv dd0M4 nm osW = 8uL = 5u1. 066uA0A1. 066uA791. 8f AM7nm osW = 8uL = 3u2. 626uA0A2. 626uA4. 135pAM 4ppanm osL = 65uW = 3u12. 28uA0A12. 28uA4. 047pA 圖 靜態(tài)工作點(diǎn)顯示 Figure The static working point display 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 由圖 知，該 CMOS 放大器的功耗＝ 5V A＝ W （ 2）開環(huán)幅頻、相頻特性 曲線： Frequency10Hz 100Hz 10KHz 100KHz 10MHz1 VDB(OUT) 2 P(V(Out))500501001 200d150d100d50d0d2 P(V(OUT))VDB(OUT)(,(,(,) 圖 開環(huán)幅頻、相頻特性曲線 Figure The open loop frequency and amplitude, phase frequency characteristic curve 由圖 可知：當(dāng)該 CMOS 放大器共模輸入為 時(shí)，開環(huán)增益為 ，單位增益帶寬為 ，相位裕度為 51176。的要求。 3) CMOS 放大器共模輸入 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 （ 1）靜態(tài)工作點(diǎn)的顯示 out 14. 336VM6pm osW = 44uL = 18u0A2. 609uA2. 609uA331. 9f A0V778. 5m Vv ddVP4. 037V{V2}V40AC11. 1p04. 037Vv ddM2pm osW = 20uL = 3u0A1. 027uA1. 027uA4. 905pAV D Bv inv refv ref4. 678V0v ddM 4ppanm osL = 65uW = 3u12. 28uA0A12. 28uA4. 047pAv dd4. 678Vv inV31Vac0 0AC23pF778. 5m V0M4 nm osW = 8uL = 5u1. 027uA0A1. 027uA788. 5f A5VV116. 94uA778. 5m V5. 000VOut778. 5m VM8pm osL = 40uW = 3u0A4. 024pA4. 688pA663. 8f AM3nm osW = 8uL = 5u1. 027uA0A1. 027uA788. 5f AM5pm osW = 9uL = 5u0A2. 053uA2. 053uA674. 0f AM 1ppapm osL = 3uW = 30u0A12. 28uA12. 28uA973. 0f AP A R A M E T E R S :V2 = 3. 4V778. 5m VM1pm os W = 20uL = 3u0A1. 027uA1. 027uA4. 905pAM9nm osW = 3uL = 5u4. 688pA0A4. 689pA9. 376pA0M7nm osW = 8uL = 3u2. 609uA0A2. 609uA4. 688pA 圖 靜態(tài)工作點(diǎn)顯