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基本两级运放设计一、实验要求电源电压2.7V，CMR在0.2—1.5v之间，增益大于80db，转换速率大于10v/us，单位增益带宽大于10M，输出电压范围0.3v—2.4v之间。
二、实验目的1.掌握PSPICE的仿真2.熟悉两级放大器的原理三、实验原理下图是基本两级运放的结构图：图1 基本两级运放结构图两级运放将增益与摆幅分开考虑，第一级采用在基本差分放大器来提供高的增益，第二级采用简单的共源级结构以提供大的摆幅。
电路原理图如图2所示：图2 基本两级运放电路原理图● 输入共模电压范围：由M1管饱和条件SD on V V ≥，得到：2112(||)||CC incm TP on on incm CC TP on on V V V V V V V V V V -++⇒---≥≤由M2管饱和条件SD on V V ≥，得到：66||||GS incm TP incm GS TP V V V V V V +⇒-≤≥取150.2V on on V V =，，||0.67V TP V =,0.45V TN V =输入共模电压范围为：0V 1.63V incm V ≤≤● 输出摆幅：由M6管和M7管的饱和条件DS on V V ≥，得到76on out CC on V V V V -≤≤取670.2V on on V V ==，得到输出摆幅为：0.2V 2.5V out V ≤≤四、实验步骤1、 增益带宽仿真电路图如图3所示：图3 增益带宽仿真电路图通过给定的偏置电流值设置好各个MOS 管和晶体管的参数，然后对整个电路进行交流仿真（AC Sweep ），得到仿真曲线图如图4所示：图4 交流仿真波特图从上图中，可以看出，该电路的增益81.3d A dB =，带宽为1.04K ，单位增益带宽11.6GB MHz =，相位余度为62°。
2、 输出电压摆幅在运放同向输入端叠加一个交流信号源，然后对信号源进行直流扫描（DC Sweep ），得到如图5所示的仿真曲线图。
版图设计实验报告一、实验名称：两级运算放大器的版图设计二、实验目的：1、掌握模拟CMOS集成电路的设计方法2、掌握模拟CMOS集成电路的版图设计方法三、实验要求：1、设计对象为单端输出的两级运算放大器电路，其性能为：（1）、负载电容为CL=15pf，负载电阻为RL=100K欧；（2）、电源VDD=5V；（3）、增益带宽积CBW大于40MHZ；（4）、增益AVO大于80DB；（5）、相位裕都PM大于65；（6）、输入摆幅大于3V，输出摆幅尽量大；2、查阅相关资料，学习模拟CMOS集成电路版图的设计技巧3、完成两级运算放大器的版图设计，注意版图的对称性和隔离的设计，完成版图的DRC 验证；4、要求设计的版图满足电路的功耗，性能，功能，面积合理，美观。
四、设计对象仿真后MOS管的宽长比如下图：备注：电阻：R1为180欧电容：C1为2.62pf五、实验步骤1、观察模型文件（.SCS文件）或通过对CMOS管点单电路的DC分析并查看MOS管的直流工作点参数，得到PMOS，NMOS的基工艺参数（TOX，Cox，VthN，VthP等）2、确定具体的设计方案3、在schematic中画出电路图4、开始设计电路的版图5、修改版图，使之通过DRC验证6、优化版图使面积合理、美观六、实验结果面积：120*180=22680（um）七、实验心得第二次做版图设计，相较上次的实习难度提升了些许，最关键的是即将步入工作的我们重拾了那些被淡化和遗忘的知识，重新刷新脑子，和团队紧密合作，细致的分工，相互的监督和检验，我们一步步的完成脑中的想法，在有限的时间内完成老师的作业，这让我们感觉就是在工作间里。
然而每一步的前进总是让我们明白我们的不足和问题，知识的模糊，对版图设计的有限了解，粗糙的设计，迟钝的软件操作，这些都让我们反思了很久也想了很多，无论如何，经过了再一次的版图设计，我还是能够感到自己的进步，无论是对知识的理解还是对学习知识的渴求，而后者让我感到格外珍贵。
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模拟集成电路设计导论实验报告PB05203094 2系赵占祥一．实验题目请设计一个运放，参数要求为：增益：60-80dB0dB带宽：200Mhz相位裕度：60负载：1p功耗：15mw二．实验目的学习使用Cadence电路设计工具Virtuoso，从电路图的绘制及仿真，到版图绘制及仿真、验证。
三．实验步骤1.原理我先设计了一个标准两级运放，电路图为该运放包括三部分：a)差分输入增益级包括差分输入对管NM0，NM1和有源电流镜负载PM1，PM4。
差分结构对环境噪声有很强的抗干扰能力，另外增大了可得到的的最大输出电压摆幅。
还有其他一些优势。
使用电流镜做有缘负载有三个好处：1）在相对的、比较小的面积中，有缘负载可以得到比较大的输出阻抗。
2）电流镜将差分输入信号转换为单端输出信号。
3）有助于共模抑制比CMRR的提高。
b)源跟随器为PM3和NM4。
从NM0漏极输出的信号输入到这一级，并通过PM3放大，NM4是PM3的有源器件负载。
源跟随器有较大的输入阻抗，可以显著提高第一级放大的增益，减小信号电平损失，起到电压缓冲器的作用。
c)偏置电路包括PM2，PM0，NM2，NM3。
几个管子构成了几何比例电流源，通过其宽长比来得到合适的电流值。
NM3漏极电流为差分对提供电流源。
电容C0是为了保证电路有足够的相位裕度，保证闭环负反馈系统的稳定而采用的密勒补偿结构。
2.仿真过程1）设计并绘制电路图和测试电路图在Virtuoso Schematic Editing中绘制电路图如下（先未加电容）：测试电路如下，进行直流和交流仿真，交流仿真参数设置，从1Hz到500MHz：仿真结果，带宽为322MHz，增益60.92dB，但相位裕度是负的为提高相位裕度，需要使单位增益点向原点靠近，使用密勒电容达到此目的，如下图。
电容初值606fF仿真结果如下图，带宽只有45M，相位裕度0度再改变电容值，减小密勒电容，以增大带宽带宽变为159MHz，相位裕度33度，如下图。
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。
北京邮电大学电子工程学院模拟CMOS集成电路课程实验报告实验一共源级放大器性能分析 (3)一、实验目的 (3)二、实验要求 (3)三、实验结果 (3)四、实验结果分析 (4)实验二差分放大器设计 (4)一、实验目的 (4)二、实验要求 (4)三、实验原理 (5)四、实验结果 (5)五、思考题 (7)六、选做实验 (7)实验三电流源负载差分放大器设计 (8)一、实验目的 (8)二、实验要求 (8)三、实验原理 (8)四，实验结果 (9)五、实验分析 (11)实验四多级放大器 (11)一、实验目的 (11)二、实验要求 (11)三、实验内容 (11)四、实验结果 (12)五、思考题 (13)六、实验分析 (13)实验五两级运算放大器设计 (14)一、实验目的 (14)二、实验要求 (14)三、实验内容 (14)四、实验原理 (18)五、实验结果 (19)六、思考题 (21)七、实验分析 (21)实验总结及问题解决 (22)实验中的问题 (22)实验心得体会 (22)实验一:共源级放大器性能分析一、实验目的1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法；2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真；3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线；4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响二、实验要求1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。
2、输入共源级放大器电路图。
3、设置仿真环境。
4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。
三、实验结果1、电路图2、幅频特性曲线四、实验结果分析器件参数：NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，Rd=10K。
实验结果：输入交流电源电压为1V，所得增益为12dB。
由仿真结果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91 dB可见，实际增益大于理论增益。
CMOS两级运算放大器-设计报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：CMOS两级运算放大器设计及仿真实验报告班级：学号：姓名：日期：一、运算放大器设计简介运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。
各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。
运算放大器的设计可分为两个步骤。
第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。
确定好的电路结构不能轻易修改。
运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。
为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。
在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。
在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。
若不符合，再回到手工计算，调试电路。
二、设计目标电路参数要求：(1)直流或低频时的小信号差模电压增益Avd = 4000V/V(72dB)(2)增益带宽积GBW = 10MHz(3)输入共模电压范围Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V(4)输出电压摆幅0.2V < Vout < 1.5V(5)相位裕度PM = 60(6)负载电容CL = 1pF(7)电源电压VDD = 1.8V使用CMOS-90nm工艺库。
三、电路设计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所示。
主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。
2.电路描述输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。
如下图所示。
输出级放大电路由PM1和NM4组成，其中PM1为共源放大级电路，NM4为电流源偏置电路。
模拟cmos集成电路设计研究生课程实验报告模拟CMOS集成电路设计研究生课程实验报告1. 引言在现代电子工程领域中，模拟CMOS集成电路设计一直是一个备受关注的研究领域。
本文将对模拟CMOS集成电路设计研究生课程实验进行全面评估，并撰写一份有价值的实验报告。
通过这篇文章，我们将深入探讨模拟CMOS集成电路设计的原理、方法和实践，为读者带来深刻而全面的理解。
2. 实验内容本次课程实验旨在通过实际操作，让学生深入理解模拟CMOS集成电路设计的基本原理和流程。
实验包括了对CMOS集成电路的基本认识、基于SPICE仿真工具的电路模拟设计、以及实际电路的布局与布线等内容。
在实验中，学生需要掌握CMOS集成电路的工作原理、信号传输特性、电路设计的基本流程以及布局与布线的关键技术。
3. 深度评估通过对实验内容的深度评估，我们可以认识到模拟CMOS集成电路设计的复杂性和重要性。
学生需要理解CMOS技术在集成电路设计中的核心地位，以及其在实际电路中的应用。
SPICE仿真工具在电路设计中的作用和优势也是本次实验的重要内容。
电路的布局与布线对于电路性能的影响不可忽视，学生需要深入理解布局布线的原理和方法。
4. 文章撰写在文章的撰写过程中，我们将按照知识的文章格式进行，使用序号标注，并在内容中多次提及模拟CMOS集成电路设计这一主题。
在文章的开头，我们将对模拟CMOS集成电路设计的重要性和实验的背景进行介绍，为读者带来对主题的直观了解。
我们将从CMOS集成电路的基本原理和工作特性入手，逐步展开对实验内容的深入解析。
在文章的结尾，我们将总结实验的收获和体会，共享对模拟CMOS集成电路设计的个人观点和理解。
5. 总结与展望通过本文的撰写和深度评估，我们不仅对模拟CMOS集成电路设计研究生课程实验进行了全面解析，同时也为读者带来了对这一领域的深刻理解和启发。
未来，希望能进一步探讨模拟CMOS集成电路设计的前沿技术和发展趋势，为电子工程领域的学术研究和技术应用提供更多有价值的内容。
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：
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 =
D
I 1λ (7)
其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L 。
4.频率特性
第一级输出节点到地的总电容C out1
C out1=C GDP1+C DBP1+C GDN1+C DBN1+C GSN2 （8） 第二级输出节点到地的总电容C ou t 2
C out2=C DBN2+C DBP3+C GDP3+C L (9) 列出KCL 方程： 0)(C G 20211
2
1=-+++
o i i out out i id m V V s V sC R V V （10）
0)(G 202out 2
22=-+++
i o o out o
i m V V sC V sC R V V （11）
联立（10）、（11）消去中间变量V i2得电路的传递函数为
1
)(22
1021++-=bs as R R sC G G V V out out m m id o （12）
其中a=[C out1C out2+C 0(C out1+C out2)]R out1R out2
b=C out1R out1+C out2R out2+C 0(G m2R out1R out2+R out1+R out2)
(13)
由式（12）可得零点
2
0222C g
C G f mn m Z ππ==
（14）
再看式（12）分母部分，对于形如as 2+bs+1=0的方程，如果有两个实根并相距很远，有s 1= -c/b, s 2= -b/a 。
由此得两个实根分别为 )
R (1
s 21212022111out out out out mn out out out out R R R g C R C R C ++++-
= (15)
2
12102121212022112)]([)
R (out out out out out out out out out out mn out out out out R R C C C C C R R R g C R C R C s ++++++-
=
(16)
于是电路的主极点
)]
1([212220111out mn out out d R g C C R s f ++==
ππ (17)
而次级点
)
(22020121022
C C C C C C C g s f out out out out mn nd ++==
ππ (18)
由于C out2和C 0远大于C out1，而C out1中主要的部分为C GSN2，C out2中则以C L 为主，经过适当近似可得单位增益带宽为 0
1,002C g f A GBW mp d π=•= (19)
四、设计步骤： 1）原理图绘制
①根据设计好的电路图选择并添加需要的器件； ②将各个器件摆放好位置并连线；
③根据设计要求将V DD 设置成1.1V ，C L 设置成100fF ，输入交流
信号5uV，1MHz；
④初始设置所有管子的宽长比为50u/200n,输入直流偏置300mV；
2）参数调节
第一级：
①首先要保证PM2工作在饱和区，P管的阈值电压V THP在420mV 左右要保证V SGP>V THP，要求V DD-V b>V THP，于是需要V b<680mV，设置直流偏置V b=450mV；由于PM2是作为恒流源，所以其L 不能太小，设置L=600n,此时可通过仿真查看直流工作点，观察到PM2漏极电压超过1V，工作在线性区，增大PM2、PM0、PM1、NM0、NM1的宽长比，使得PM2工作在饱和区。
调节的过程中发现到一定程度后再调节宽长比影响不大但并未达到要求，调节输入直流偏置至200mV，PM2工作在饱和区且流经PM2的电流大于1mA；
②调节PM0、PM1、NM0、NM1使得第一级增益在20dB左右：第二级：
①调节电阻R0和电容C0，使第二级输出的3dB带宽大于20MHz；同时跟踪观察相位裕量，使其大于60度，增大电容C0可以增加相位裕量；
②将PM3管L设成600n并增大其宽长比，同时减小NM2的宽长比可提高增益，调节使增益带宽都满足条件；
250u/600n150u/600n150u/100n 150u/100n 75u/100n 75u/100n 75u/100n
R0=250Ω
C0=300fF;
V0=450mV;
V2=200mV;
对照原理图如下：
3）仿真
设置好仿真参数如下：
进行仿真
仿真结果：
1）增益和带宽：
从图上可以得出最大增益>40dB，3dB带宽>20MHz,符合要求；2）相位裕量：
计算结果为-117.5+180=62.5度，符合设计要求；3）瞬态响应：
4）直流和交流仿真图：
从以上三图也可以看出增益带宽和相位裕度是符合要求的。
5）第一级增益：
可以看出第一级增益在17dB左右。
6）直流工作点：
可见各个管子都正常工作。
综上：从仿真结果来看，二级运放设计成功。
五、实验心得和小结
本次实验最大的收获就是对cadence这个软件的操作有了更为熟悉的了解，学会了怎样利用这款软件去仿真并计算其带宽、增益、相位裕量等。
除此之外实验过程中与同学和师兄的交流让我对二级米勒运算放大器有了更加深刻的认识。
总的来说，这次课程设计很有意义。
六、思考题
1、两级放大器中电阻R的作用？取多大比较合适？
答：电阻R可以调节转移函数的零点位置，进行零极点补偿，调节R可以调节带宽和相位裕量；R不宜过大也不宜过小，取百欧量级比较合适。
2、两级放大器中米勒电容C的作用？取多大比较合适？
答：米勒电容C0用于相位补偿，调节C0可以显著影响相位裕量；实验中C0取不超过500fF，不低于100fF。
3、在增益和3dB带宽不变的前提下，要增加相位裕度，该如何调节电路？
答：增大电容C0并减小电阻R可以在保证带宽的情况下增大相位裕量，在对PM3和NM1的宽长比进行调节可以调节增益，保证增益达到要求（增大PM3宽长比，减小NM1宽长比可以调节NM1的分压，进而保证增益）。
