CMOS放大器频率特性仿真实验报告

CMOS放大器设计实验报告一、实验目的1.培养学生分析、解决问题的综合能力；2.熟悉计算机进行集成电路辅助设计的流程；3.学会适应cadence设计工具；4.掌握模拟电路仿真方法6.掌握电子电路、电子芯片底层版图设计原则和方法；7.掌握使用计算机对电路、电子器件进行参数提取及功能模拟的过程；8.熟悉设计验证流程和方法。

二、实验原理单级差分放大器结构如下图所示：在电路结构中，M2和M3组成了NMOS差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M0和M1电流镜为有源负载，可将差分输入转化为单端输出；M5管提供恒定的偏置电流。

三、实验要求设计电路使得其达到以下指标：1.供电电压：2.输入信号：正弦差分信号3.共模电压范围为4.差分模值范围5．输出信号：正弦信号6.摆率大于7.带宽大于8.幅值增益：9.相位裕度：10.功耗：11.工作温度：四、差分放大器分析1、直流分析为了使电路正常工作，电路中的MOS管都应处于饱和状态。

1.1 M2管的饱和条件:1.2 M4管的饱和条件:2.小信号分析小信号模型如下：由图可得：2．1 增益分析其中2.2 频率响应分析由小信号模型易知：其中3．电路参数计算3．1确定电流根据摆率指标：根据功耗指标易知：根据带宽指标：综上，取:3.2宽长比的确定M4与M5：电流源提供的电流为，参数设为，根据电流镜原理，可以算出M2与M3：带入数据可得取值为20，则取M0与M1：这两个PMOS管对交流性能影响不大，只要使其下方的管子正常开启即可，实验中取值：五、仿真结果1、幅频特性信号名称信号类型参数VDD 直流V=3.3VGND 直流V=0VVin+ 交流小信号幅值1mV,频率50KHz 直流电压1.65V,初相0Vin- 交流小信号幅值1mV,频率50KHz 电压1.65V,初相180增益，，相位裕度为，满足指标要求。

2、摆率仿真信号名称信号类型参数VDD 直流V=3.3VGND 直流V=0VV1=0V,V2=3.3V Vin+ 方波周期2,占空比50%V1=3.3V,V2=0V Vin- 方波周期2,占空比50%仿真结果如下：得到：满足指标要求。

电子科技大学实验报告学生姓名：鄢传宗，梁成豪学号：2011031030010，2011031030009 指导教师：王向展实验地点：211楼606 实验时间：2014.6.4一、实验室名称：微电子技术实验室二、实验项目名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真三、实验学时：4四、实验原理IC设计与制造的主要流程五、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。

其目的在于：∙根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。

∙学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。

六、实验内容1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。

2、设计一个运算放大器电路，要求其增益大于40dB, 相位裕度大于60º，功耗小于10mW。

3、根据设计指标要求，选取、确定适合的电路结构，并进行计算分析。

4、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC分析、瞬态Trans分析、建立时间小信号特性和压摆率大信号分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法。

5、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。

6、整理仿真数据与曲线图表，撰写并提交实验报告。

七、实验仪器设备（1）工作站或微机终端一台（2）局域网（3）EDA仿真软件 1套八、实验步骤1、根据实验指导书熟悉UNIX操作系统常用命令的使用，掌握Cadence EDA仿真环境的调用。

2、根据设计指标要求，设计出如下图所示的电路结构。

并进行计算分析，确定其中各器件的参数。

调用Symbol生成命令，生成符号如下图。

3、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC分析、瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法。

电源电压设置：输入信号设置：建立时间测试信号设置：4、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。

模拟CMOS集成电路设计研究生课程实验报告一、概述在现代集成电路设计领域，模拟CMOS集成电路设计一直是一个备受关注的课题。

本实验旨在通过对模拟CMOS集成电路设计相关内容的学习和实践，加深对该领域的理解，并提升设计实践能力。

本文将介绍实验内容、实验过程和实验结果，并结合个人观点对模拟CMOS集成电路设计进行探讨。

二、实验内容1. 实验名称：基于CMOS工艺的运算放大器设计与仿真2. 实验目的：通过对基本运算放大器的设计与仿真，理解模拟CMOS 集成电路设计的基本原理和方法。

3. 实验要求：设计一个基于CMOS工艺的运算放大器电路，并进行仿真验证。

4. 实验器材与软件：PSPICE仿真软件、计算机、基本电路元件。

三、实验过程1. 设计基本运算放大器电路a. 根据理论知识，选择合适的CMOS工艺器件，并进行电路拓扑设计。

b. 计算电路的主要参数，如增益、带宽、输入输出阻抗等。

c. 优化设计，满足实际应用需求。

2. 运算放大器电路仿真a. 在PSPICE软件中建立电路模型。

b. 分析仿真结果，验证设计参数是否符合预期。

c. 优化设计，使得电路性能达到最佳状态。

四、实验结果经过反复设计与仿真，最终得到了一个基于CMOS工艺的运算放大器电路。

在PSPICE软件中进行仿真测试，结果表明设计的运算放大器电路性能良好，能够满足设计要求。

在输入端加入正弦波信号，输出端得到经过放大和处理的信号，验证了电路的正常工作。

五、总结与回顾通过本次实验，我深刻理解了模拟CMOS集成电路设计的基本原理和方法。

从初步设计到最终仿真，我逐步掌握了电路设计与优化的过程，并将理论知识应用到实践中。

在今后的学习和工作中，我将继续深入研究模拟CMOS集成电路设计，不断提升自己的技能。

六、个人观点与理解模拟CMOS集成电路设计是一个复杂而又具有挑战性的领域。

在实验过程中，我深刻意识到了理论知识与实际应用的紧密通联，只有不断实践与探索，才能够更好地理解与掌握。

CMOS高性能运算放大器探究与设计引言：随着科技的不息进步和应用的广泛推广，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）作为一种重要的模拟电路器件，得到了广泛的关注和应用。

CMOS （Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术由于其功耗低、集成度高等优势，被广泛应用于运算放大器的探究和设计中。

本文将介绍CMOS高性能运算放大器的探究与设计，主要包括运算放大器的基本原理、运算放大器的基本电路结构、CMOS技术的特点和优势、CMOS高性能运算放大器的设计方法和优化技术等方面。

一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种特殊的差动放大器，它能够实现电压放大、电流放大、功率放大等功能。

运算放大器有两个输入端，一个非反相输入端和一个反相输入端；有一个输出端和一个电源端，电源端一般有正电源和负电源两个。

在抱负状况下，运算放大器具有无限的增益、无限的输入阻抗和零的输出阻抗。

但实际状况下，由于运算放大器的内部结构等因素的限制，无法完全满足抱负的条件。

因此，在运算放大器的设计中，需要思量如何提高增益、输入阻抗和输出阻抗等性能指标。

二、运算放大器的基本电路结构运算放大器的基本电路结构由差动放大器、电压放大器和输出级组成。

差动放大器用于实现输入信号的差分放大，电压放大器用于实现信号的放大，输出级用于驱动负载电阻。

差动放大器由两个晶体管组成，一个晶体管作为非反相输入端，另一个晶体管作为反相输入端。

通过调整两个晶体管的尺寸比例，可以实现不同的放大倍数。

电压放大器由级联的共源放大器组成，通过逐级放大，实现信号的放大。

输出级由差分放大器和输出级筛选电路组成，通过差分放大器将信号转化为可驱动负载电阻的电流信号，再经过输出级筛选电路，将电流信号转化为电压信号。

三、CMOS技术的特点和优势CMOS技术是一种基于金属-氧化物-半导体（MOS）结构的半导体制造技术。

与传统的bipolar技术相比，CMOS技术具有以下特点和优势：（1）功耗低：CMOS电路在静态状态下几乎不消耗电流，功耗分外低，适合于低功耗应用的场合。

模拟CMOS集成电路设计课程设计报告--------二级运算放大器的设计信息科学技术学院电子与科学技术系一、概述：运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。

运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。

它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。

它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。

二、设计任务：设计一个二级运算放大器，使其满足下列设计指标：工艺Smic40nm电源电压 1.1v负载100fF电容增益20dB 至少40dB3dB带宽20MHz输入小信号幅度5uV 共模电平自己选取输出共模电平自己选取电路结构两级放大器相位裕度60~70度功耗无要求三、电路分析：1.电路结构：最基本的二级运算放大器如下图所示，主要包括四部分：第一级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。

2.电路描述：输入级放大电路由PM2、PM0、PM1和NM0、NM1组成。

PM0和PM1构成差分输入对，使用差分对可以有效地抑制共模信号干扰；NM0和NM1构成电流镜作为有源负载；PM2作为恒流源为放大器第一级提供恒定的偏置电流。

第二级放大电路由NM2和PM3构成。

NM2为共源放大器；PM3为恒流源作负载。

相位补偿电路由电阻R0和电容C0构成，跨接在第二级输入输出之间，构成RC米勒补偿。

此外从电流电压转换角度来看，PM0和PM1为第一级差分跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。

NM0和NM1为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压。

NM2为第二级跨导级，将差分电压信号转换为电流，而PM3再次将电流信号转换成电压信号输出。

偏置电压由V0和V2给出。

3.静态特性对第一级放大电路：构成差分对的PM0和PM1完全对称，故有G m1=g mp0=g mp1 (1)第一级输出电阻R out1=r op1||r on1 (2)则第一级电压增益A1=G m1Rout1=g mp0,1(r op1||r on1) (3) 对第二级放大电路：电压增益A2=G m2R out2= -g mn2(r on2||r op3) (4) 故总的直流开环电压增益A0=A1A2= -g mp0,1g mn2(r op1||r on1)(r on2||r op3) (5)由于所有的管子都工作在饱和区，所以对于gm 我们可以用公式 g m =D I L W )/(Cox 2μ (6) 进行计算；而电阻r o 可由下式计算 r o =DI 1λ (7)其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L 。

南通大学电子信息学院模拟CMOS集成电路设计报告书班级学号姓名指导教师共源级放大器一．实验目的共源极放大器的特征为电压增益与电流增益大，其缺点为频宽过窄。

我们以实验探索共源级放大器的电压增益及电流增益及频宽，包括小信号电路分析。

二．实验内容如图，共源级放大器中若含有R S电阻，则此电路会形成串反馈形成，增益下降，但是频宽会增加。

V thn =0.55V，U n C ox =143ua/v2，R O=100kΩ，g m=1.136356（mA/V）,试求其电压增益与频宽。

计算过程：R G=R1||R2=12.453kΩR P=R D||R L=4.2kΩV o=-G m V G S×(R O||R P)Vo/V GS=-G m×(R O||R P)Vo/V in =-G m R S /(R S + R G) (R O||R P)三．实验过程程序：.OPTIONS POST=2 LIST.MODEL MN NMOS(LEVEL=1 KP=40u GAMMA=0.5+ PHI=0.6 VTO=1 LAMBDA=0.02)M1 3 1 vss vss MN W=20U L=2URD vdd 3 6kR1 vdd 1 33kR2 1 vss 20kRL gnd vo 14kRS vin 2 1kCS 2 1 100UCL 3 vo 100Uvdd vdd gnd dc 3.3vvss gnd vss dc 0vvin vin gnd ac 1 sin(1.2453 1M 1k).tran 10u 2m.ac dec 10 100 1g.Print tran I(RL) I(RD) I(R1).probe vdb(vo).end四．实验结果Hspice模拟结果：1、输入输出电压波形2、输入输出电流波形，此输出电流为短路电流3、频率特性利用上述的公式可得电压增益，电流增益。

将图形线性转换成LOG刻度的波形（鼠标右击Frequency，选择log）得波形如图：差动放大器一、实验目的有源负载差动放大器具有电压增益大，使用面积小的特性。

cmos实验报告CMOS 实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入了解互补金属氧化物半导体（CMOS）的工作原理和特性，通过实际操作和测量，掌握 CMOS 电路的基本性能参数和测试方法，为今后在电子电路设计和应用方面打下坚实的基础。

二、实验原理（一）CMOS 简介CMOS 是一种集成电路制造工艺，它由 P 型和 N 型 MOS 晶体管组成。

CMOS 电路具有低功耗、高集成度、抗干扰能力强等优点，广泛应用于数字电路、模拟电路和混合信号电路中。

（二）CMOS 反相器CMOS 反相器是 CMOS 电路中最基本的单元，它由一个 P 型 MOS 晶体管（PMOS）和一个 N 型 MOS 晶体管（NMOS）组成。

当输入为高电平时，NMOS 导通，PMOS 截止，输出为低电平；当输入为低电平时，PMOS 导通，NMOS 截止，输出为高电平。

（三）CMOS 传输门CMOS 传输门由一个PMOS 晶体管和一个NMOS 晶体管并联组成。

当控制信号为高电平时，传输门导通，信号可以通过；当控制信号为低电平时，传输门截止，信号无法通过。

三、实验设备与材料（一）实验设备1、数字示波器2、直流电源3、信号发生器4、逻辑分析仪5、面包板6、万用表（二）实验材料1、 CD4007 芯片（包含多个 CMOS 器件）2、电阻、电容等分立元件四、实验内容与步骤（一）CMOS 反相器的测试1、在面包板上搭建 CMOS 反相器电路，使用 CD4007 芯片中的PMOS 和 NMOS 晶体管。

2、将直流电源连接到电路，设置输入电压分别为 0V 和 5V，使用万用表测量输出电压。

3、使用信号发生器产生频率为 1kHz 的方波信号作为输入，用示波器观察输入和输出信号的波形，记录上升时间和下降时间。

（二）CMOS 传输门的测试1、按照电路原理图在面包板上搭建 CMOS 传输门电路。

2、用直流电源提供控制信号和输入信号，分别设置控制信号为 0V 和 5V，测量输出信号的电压。

南通大学CMOS模拟集成电路设计实验报告姓名：班级：学号：指导老师：实验一 HSPICE实践1、Vgs固定时，NMOS的I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=2u l=1u.lib 'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v2 0 5 0.1.probe i1(mn0).end2、改变W/L,W/L=4u/0.6u*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=4u l=0.6u.lib 'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v2 0 5 0.1.probe i1(mn0).end3.在不同Vgs下，Vgs从0到5v验证I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=4u l=0.6u.lib'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2 0v2 vout 0 1 5.dc v2 0 5 0.1 v1 0 5 0.5.plot dc v(vout) id(mn0).probe.end1.4 温度从0到80℃仿真I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=2u l=1u.Model NM NMOS vt0=0.7 kp=110u gamma=0.4 lambda=0.04 phi=0.7 v1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v2 0 5 0.1 temp 0 80 20.probe i1(mn0).end1.5、Vds固定时，仿真NMOS的I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=2u l=1u.lib'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v1 0 5 0.1.probe i1(mn0).end1.6 COMS反相器，Pmos的w/l为4u/0.6u,Nmos的w/l为2u/0.6u，Vdd为5v，输入pwl(0 0 5u 5)仿真得输出波形。