CMOS两级运算放大器_设计报告

模拟cmos集成电路设计实验实验要求：设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。

单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。

实验报告包括以下几部分内容：1、电路结构分析及公式推导（例如如何根据指标确定端口电压及宽长比）2、电路设计步骤3、仿真测试图（需包含瞬态、直流和交流仿真图）4、给出每个MOS管的宽长比（做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应）5、实验心得和小结单级放大器设计指标两级放大器设计指标实验操作步骤：a.安装Xmanagerb.打开Xmanager中的Xstartc.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码Host：202.38.81.119Protocol: SSHUsername/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2然后点击run运行。

会弹出xterm窗口。

修改密码输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。

注意密码不会显示出来。

d.设置服务器节点用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取）选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名)如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13e.文件夹管理通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。

本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。

在xterm中，输入mkdir SMIC40然后进入新建的SMIC40文件夹，在xterm中，输入cd SMIC40.f.关联SMIC40nm 工艺库在xterm窗口中，输入gedit&,(gedit为文档编辑命令)将以下内容拷贝到新文档中。

SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/dfII/cds.lib SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/hdl/cds.lib SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/pic/cds.lib SOFTINCLUDE /soft1/cadence/IC5141/share/cdssetup/sg/cds.libDEFINE smic40llrf /soft2/eda/tech/smic040/pdk/SPDK40LLRF_1125_2TM_CDS_V1.4/smic40llrf_1 125_2tm_cds_1P8M_2012_10_30_v1.4/smic40llrf保存为cds.lib 。

cmos运算放大器和比较器的设计及应用CMOS运算放大器和比较器是集成电路中常见的两种功能模块，它们在电子设备中的应用非常广泛。

本文将介绍CMOS运算放大器和比较器的设计原理和应用。

我们先来了解一下CMOS运算放大器。

CMOS运算放大器是一种基于互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的放大器，它采用了互补对称的MOS管结构，具有低功耗、高增益、高输入阻抗和良好的共模抑制能力等优点。

CMOS运算放大器通常由差分放大电路和输出级组成。

差分放大电路是CMOS运算放大器的核心部分，它由两个互补对称的差分对（Differential Pair）和负反馈电路组成。

差分放大电路的输入信号通过差分对进行放大，然后经过负反馈电路进行稳定和控制。

通过调整差分对的工作电流和电压偏置，可以实现不同的放大倍数和频率响应。

CMOS运算放大器的应用非常广泛，主要包括模拟信号放大、滤波器设计、电压比较器、ADC/DAC等。

在模拟信号放大方面，CMOS运算放大器可以用于音频放大器、视频放大器、传感器信号放大等。

在滤波器设计方面，CMOS运算放大器可以用于实现低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。

在电压比较器方面，CMOS 运算放大器可以用于比较两个电压大小并输出高低电平信号。

在ADC/DAC方面，CMOS运算放大器可以用于模拟信号的采样和转换。

接下来，我们来了解一下CMOS比较器。

CMOS比较器是一种用于比较两个电压大小的电路，它的输出是一个数字信号，表示两个输入信号的大小关系。

CMOS比较器通常由差分放大电路和输出级组成。

差分放大电路是CMOS比较器的核心部分，它由两个互补对和负反馈电路组成。

差分放大电路的输入信号通过差分对进行放大，然后经过负反馈电路进行稳定和控制。

通过调整差分对的工作电流和电压偏置，可以实现不同的比较阈值和响应时间。

CMOS比较器的应用非常广泛，主要包括电压比较、模拟信号判别、开关控制等。

在电压比较方面，CMOS比较器可以用于比较两个电压的大小并输出高低电平信号。

课程设计报告设计课题:CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计姓名：XXX专业:集成电路设计与集成系统学号:1115103004日期2015年1月17日指导教XXX师：国立华侨大学信息科学与工程学院一:CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计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，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路.2：电路描述：输入级放大电路由M1～M5组成。

M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载;M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流.输出级放大电路由M6和M7组成，M6为共源放大器,M7为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。

偏置电路由M8~M13和Rb组成,这是一个共源共栅电流源,M8和M9宽长比相同.M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。

对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。

在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。

相位补偿电路由M14和Cc组成，M14工作在线性区,可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。

3:两级运放主体电路设计由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有R1表示第一级输出电阻，其值为则第一级的电压增益对第二级，有第二级的电压增益故总的直流开环电压增益为所以4：偏置电路设计偏置电路由M8~M13 构成,其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13,电阻RB 串联在M12 的源极,它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。

为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。

最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13,同时也为M5 和M7提供偏置。

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。

《CMOS高性能运算放大器研究与设计》篇一一、引言随着微电子技术的快速发展，CMOS（互补金属氧化物半导体）技术已成为现代集成电路设计的主流技术。

运算放大器（Op-Amp）作为电子系统中的关键组件，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。

因此，对CMOS高性能运算放大器的研究与设计具有重要的实际应用价值。

本文将重点研究CMOS高性能运算放大器的设计原理、性能优化以及实际应用。

二、CMOS运算放大器的基本原理CMOS运算放大器是一种利用CMOS工艺制造的模拟电路器件，具有高精度、低噪声、低功耗等优点。

其基本原理是通过差分输入、差分输出以及电压增益等方式实现信号的放大和处理。

CMOS运算放大器的核心部分是差分对管和反馈网络，通过合理的电路设计和参数优化，可以实现高性能的运算放大器。

三、CMOS高性能运算放大器的设计1. 电路结构设计：CMOS高性能运算放大器的电路结构设计是关键。

在设计中，需要考虑差分对管的匹配性、反馈网络的稳定性以及噪声的抑制等因素。

常用的电路结构包括折叠式共源共栅结构、套筒式结构等。

这些结构在实现高电压增益的同时，还需要考虑功耗、噪声等性能指标的优化。

2. 参数优化：在CMOS高性能运算放大器的设计中，参数优化是必不可少的环节。

通过对差分对管的尺寸、偏置电流、反馈网络的电阻值等参数进行优化，可以提高运算放大器的性能。

此外，还需要考虑电路的匹配性、温度稳定性等因素，以确保运算放大器在不同条件下的性能稳定性。

3. 工艺选择：CMOS工艺的选择对运算放大器的性能有着重要影响。

在设计中，需要根据实际需求选择合适的工艺，如特征尺寸、阈值电压等。

同时，还需要考虑工艺的成熟度、生产成本等因素。

四、性能优化1. 增益与带宽：为了提高CMOS高性能运算放大器的性能，需要优化其增益和带宽。

通过合理的电路设计和参数优化，可以提高运算放大器的增益，同时保证足够的带宽以满足实际应用需求。

2. 噪声抑制：噪声是影响CMOS运算放大器性能的重要因素之一。

折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计该电路由两级放大器组成，第一级为共源放大器，第二级为共栅放大器。

下面将详细介绍各个部分的设计步骤和注意事项。

1.设计共源放大器：共源放大器的设计旨在实现高电压增益、宽带宽和稳定的工作点。

主要的设计步骤如下：-根据所需的增益和带宽确定工作点的直流电压和电流。

一般而言，直流电压应足够大，以提供足够的电压增益；而直流电流应适中，以保持功耗的合理范围。

-选择合适的晶体管尺寸和W/L比例，以满足所需的增益和带宽要求。

通常情况下，尺寸越大，增益越高，但同时也会增加功耗。

-设计偏置电路，用以稳定工作点，并提供所需的电流。

常见的偏置电路包括电流镜和电流源。

2.设计共栅放大器：共栅放大器的设计目标是进一步提高增益和带宽，并提供合适的输出电压。

以下是一些重要的设计考虑因素：-通过选择适当的晶体管尺寸和W/L比例，以满足所需的功率增益和输出电压范围。

与共源放大器类似，通常情况下尺寸越大，输出电压范围越大。

-需要设计合适的负载电路，以提供合适的输出电压和输出电流。

常见的负载电路包括电流镜和电流源。

3.总体电路优化：在设计过程中，需要进行一系列的优化步骤，以满足设计要求。

以下是一些常见的优化技术：-频率补偿：通过选择合适的补偿电容和电阻，提高电路的带宽和稳定性。

-去耦电容：通过添加适当的去耦电容，提高电路的低频响应和直流工作点稳定性。

-噪声优化：通过减小晶体管尺寸、优化偏置电路等措施，减小电路的噪声。

综上所述，折叠式共源共栅CMOS运算放大器的设计需要考虑多个方面，包括增益、带宽、工作点、输出电压范围等。

通过合理选择晶体管尺寸和W/L比例、设计合适的负载电路和偏置电路，以及进行适当的优化，可以实现高性能的运算放大器设计。

最后，需要进行电路的仿真和验证，以确保设计的性能符合预期要求。

两级CMOS运算放大器设计引言CMOS运算放大器是现代电路设计中的重要组成部分，它在模拟电路中扮演着关键的角色。

CMOS运算放大器由于其低功耗、高增益和较低的失调电压而备受青睐。

本文将介绍两级CMOS运算放大器的设计方法，包括电路结构、工作原理以及性能指标。

电路结构两级CMOS运算放大器由两个级联的CMOS差动放大器组成，它们的输出分别连接在第二级差动放大器的输入上。

这种结构能够提供更高的增益和更好的线性度。

差动放大器差动放大器是CMOS运算放大器的关键组成部分，它用于将输入信号转换为差模信号，并放大差模信号以提供一个具有高增益的输出。

CMOS差动放大器由一对输入端和一对输出端组成，每个输入端都连接了一个NMOS和一个PMOS管，这样可以实现单端输入和差分输入。

工作原理两级CMOS运算放大器的工作原理如下：1.输入信号被差动放大器的第一级转换为差模信号，并经过第一级放大。

第一级放大的输出信号被传递给第二级放大器。

2.第二级差动放大器放大差模信号，然后将其转换为单端输出信号。

3.输出信号经过一个输出级，通过一个负反馈回路被注入到第二级差动放大器的输入上。

设计步骤下面是设计两级CMOS运算放大器的一般步骤：1.确定电路的性能指标，例如增益、带宽以及失调电压等。

2.根据给定的性能指标选择差动放大器和输出级的电路结构。

3.根据选择的电路结构计算电路的参数，例如电阻、电容和晶体管的尺寸等。

4.使用电路模拟工具，例如SPICE，对电路进行仿真和优化。

5.布局电路，并进行布线。

6.进行电路的后仿真和测试。

性能指标两级CMOS运算放大器的性能指标通常包括以下几个方面：1.增益：运算放大器的增益是指输出信号相对于输入信号的放大程度。

在设计过程中，需要根据实际应用需求确定所需的增益。

2.带宽：带宽是指运算放大器能够输出一个相对稳定的放大信号的频率范围。

一般来说，带宽越大，运算放大器的性能越好。

3.失调电压：失调电压是指实际输入和理论输入之间的偏差。