实验四集成电路模拟乘法器的应用
模拟乘法器是利用晶体管的非线性特性,经过电路上的巧妙设计,在输出中仅保留两路输入信号中由非线性部分产生的信号的乘积项,从而获得良好的乘积特性的集成器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多,而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。本实验仅介绍MC1496集成模拟乘法器。
一、实验目的
1．了解模拟乘法器（MC1496）的组成结构与工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。
2．掌握利用乘法器实现振幅调制(AM与DSB)、同步检波、混频、倍频等几种频率变换电路的原理及设计方法。
3．学会综合地、系统地应用已学到模电、数电与高频电子线路的知识，掌握对振幅调制、同步检波、鉴频、混频和倍频电路的设计与仿真技能，提高独立解决问题的能力。二、实验设备与仪器
高频实验箱 WHLG-2 一台
数字双踪示波器 TDS-1002 一台
高频信号发生器 WY-1052 一台
数字万用表一块
三、实验任务与要求
1、模拟乘法器1496的构成、基本原理说明
①集成模拟乘法器的内部结构
MC1496集成模拟乘法器的内部电路结构和引脚排列如图4-1所示。
图4-1 MC1496的内部电路及引脚图
MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压C u ，1与4接另一输入电压t u ，输出电压o u 从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻R E ，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压y u 的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I 5及镜像电流I 0的值。
② 集成模拟乘法器的1496偏置电压与电流的确定 ● 静态偏置电压的确定
静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集—基极间的电压应大于或等于2V ，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，对于图4-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即:
12641108,,u u u u u u ===
??
?
??
≥-≥≥-≥≥-≥V u u u V V u u u u V V u u u u V 7.2),(157.2),(),(152),(),(1554141108108126
● 静态偏置电流的确定
一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图4-1，三对差分放大器的基极电流I 8、I 10、I 1和I 4可以忽略不计，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R 5接正电源（+U CC 的典型值为+12V ），由于I 0是I 5的镜像电流，所以改变电阻R 5可以调节I 0的大小，即：
当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-U EE (一般接-8V)，5脚通过一电阻R 5接地，因此，改变R 5也可以调节I 0的大小，即：
则：
当V EE =-8V ，I 5=1mA 时，可算得：
R 5={（8-0.75）/（1X10-3
）}-500=6.75K Ω 取标称电阻，则R5=6.8K Ω
根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA ，一般取mA I I 150==左右。 此时,器件的总耗散功率可由下式估算:
)
()(214551465u u I u u I P D -+-=
PD 应小于器件的最大允许耗散功率（33mW ）。
● 负载电阻RC 的选择
Ω
+-=
≈5007.0550R V
u I I CC Ω
+--=
≈5007.0550R V u I I EE Ω--=
5007
.05
5I V R EE
由于共模静态输出电压为：C CC R I V V V 5126-==
式中6V 、12V 是6脚与12脚的静态电压。当选V V V 8126==，V V CC 12=，mA I 15=时，
Ω=-=-=K mA V V I V V R C CC C 41/)812(/)(5，取标称电阻C R =3.9K Ω ● 载波电平Ux 与信号电平UY 的选择
因为载波抑制比与载波输入电平密切相关，小的载波电平不能完全打开晶体管器件，结果信号增益低，载波抑制比亦较差。而高于最佳的载波电平将产生不必要的载波泄漏，同时也使载波抑制特性恶化。测试结果表明，当载频为500KHZ 时，用60mV(rms)的正弦载波，可获得最佳载波抑制比。载频为10MHZ 时，最佳载波电平约为160mV(rms)。
频率较高时，为了使载波泄漏最小，电路的设计要注意，为了防止载波输入和输出之间的电容耦合，必须采取屏蔽措施，实际应用时，还可在1、4脚之间接入载波调零电位器。
载波泄漏与信号电平无关，因此使用大信号电平工作时，载波抑制可达最大值。然而，还必须保持信号输入差分放大器工作在线性状态，否则，将产生调制信号的谐波，并作为被抑制载波的寄生边带出现在器件的输出端。这个条件就规定了输入信号的上限，即要求：
Uy ≤I 5Ry
式中 I 5为5脚的电流，当选I 5=1mA ，Uy=1V(峰值)时，由上式可确定：
Ry ≥Uy/I5=1/1X10-3
=1K Ω
③ 基本工作原理
设输入信号t U U x xm x ωcos =， t U U y ym y ωcos =，则MC1496乘法器的输出U 0与反馈电阻R E 及输入信号x U 、y U 的幅值有关。
● 不接负反馈电阻（脚2和3短接）
a 、x U 和y U 皆为小信号()26mV
<时，由于三对差分放大器（VT 1，VT 2，VT 3，VT 4及VT 5，VT 6）均工作在线性放大状态，则输出电压U 0可近似表示为
y x y x T
L U U K U U U R I U 02
002=≈
])cos()[cos(21
0t w w t w w U U K y x y x ym xm -++= 式中，0K ——乘法器的乘积系数，与器件外接元件参数有关，即：2
002T
L
U R I K =
式中， T U ——温度的电压当量，当T=300K 时，mV q
KT
U T 26== L R ——输出负载电阻。
可见，当输入均为小信号时，MC1496可近似为一理想乘法器。输出信号0U 中只包含两个输入信号的和频与差频分量。
当y U 为小信号，x U 为大信号（大于100mV ）时，由于双差分放大器（VT 1、VT 2和VT 3、
VT 4）处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波，乘法器的输出电压0U 可近似表示为
y x U U K U 00≈∑∞
=-++=1
0])cos()[cos(n y x y x n gm t w nw t w nw A U K （n 为奇数）
输出信号0U 中。包含y x w w ±,y x w w ±3,y x w w ±5,······,y x w w n ±-)12(等频率分量。
● 接入负反馈电阻
由于E R 的接入，扩展了y U 的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由x U 决定，分析表明：
ａ、当x U 为小信号()26mV <时，输出电压0U 可表示为
])cos()[cos(2
1
0t w w t w w U U K U U U R R U y x y x ym xm E y x T E L -++==
式中：Ur R R K E L E =
接入负反馈电阻E R 后，x U 为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号0U 中只包含两个输入信号的和频与差频。
当x U 为大信号()100mV
>时，输出电压0U 可近似表示为：y E
L
U R R U 20≈ 上式表明，x U 为大信号时，输出电压0U 与输入信号x U 无关。
2、集成模拟乘法器构成的频率变换电路应用及实验 ① 振幅调制原理与电路
振幅调制(AM V ),就是用调制信号ΩV 去控制高频载波信号C V 的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号ΩV 的规律变化。即已调制信号AM V 变化的周期与调制信号ΩV 的周期相同，且幅度的变化与调制信号的振幅成正比.调幅信号的表达式为：
()()()()t
mU t mU t U t
t m U t U c cm c cm c cm c cm Ω-+Ω++=Ω+=ωωωωcos 2
1
cos 21cos cos cos 10式中，m ——调幅系数，cm m U U m Ω=；
t U c cm ωcos ——载波信号；
()t mU c cm Ω+ωcos 2
1——上边带信号；
()t mU c cm Ω-ωcos 2
1——下边带信号； 图4-4-2 调幅波波形与频谱图 它们的波形及频谱如图4-4-2所示。
由图可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制，简记为AM 。
为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带（DSB ）或单边带（SSB ）振幅调制。双边带调幅波的表达式为：
()()()[]
t
t m U t t m U t U c cm c c cm Ω=Ω-+Ω+=
cos cos cos cos 2
1
0ωωω 单边带调幅波的表达式为：
()()t mU t U c cm Ω+=
ωcos 21
0 或 ()()t mU t U c cm Ω-=ωcos 2
1
双边带调幅波的波形及频谱如图4-3所示。
以上分析可见，三种振幅调制都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的
频谱线性搬移电路。 图4-3 DSB 调幅波波形与频谱图
由集成模拟乘法器MC1496构成的振幅调制器电路如图4-4所示：
图4-4 集成模拟乘法器1496构成的振幅调制电路电原理图
图中，载波信号U C 经高频耦合电容C 2从x U 端输入，C 3为高频旁路电容，使8脚接地。调制信号0U 经低频耦合电容C 1从y U 端输入，C 4为低频旁路电容，使4脚接地。调幅信号0U 从12脚单端输出。器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R 5接地。脚2与3间接入负反馈电阻E R ，以扩展调制信号的ΩU 的线性动态范围，E R 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。
电阻R6、R7、R8及RL 为器件提供静态偏置电压，
保证器件内部的各个晶体管工作在放
大状态，对于图4-4-4所示电路参数，测量器件的静态（0=c U ，0=ΩU ）偏置电压为：
表4-4-1
电阻R1、R2、RP 、R3和R4用于将直流负电源电压分压后供给MC1496的1、4脚内部的差分对三极管基极偏置电压。通过调节RP ，可使MC1496的1、4端的直流电位差为零，即U Ω输入端只有调制信号输入而没有直流分量，则调幅电路的输出为抑制载波的双边带（DSB ）调幅波；若调节RP ，使MC1496的1、4端的直流电位差不为零，则电路有载波分量输出，为普通（AM ）调幅波。
② 振幅调制实验
1）全载波振幅调制信号产生与测量 ◆ 模拟乘法器直流调制特性测量
测试条件：调制信号=0（K4-1开路）“TP1”端点无输入。
载波=6MHz/50mV ，加入“TP2”端点。
① 按表4-4-1所列数据, 即以0.1V 为步长，调整Rw1电位器，改变模拟乘法器1脚与4脚之间的直流电压（AB U ），用示波器观察调制器输出（AM/DSB/OUT ）端点的信号，并将测量数据记录于表4-4-1中。 表4-4-1 ② 根据测试结果，依公式：V o=KV AB V C (t) 计算出1496模拟乘法器的直流调制比例系数，并画出调制特性曲线。注意：观察并记录AB U 电压极性正、负变化时输出载波的相位。
◆ AM 调制信号的产生与测试：
测试电路原理框图如图4-5所示，基本条件：
载波信号()t U C ，MHZ f c 5.6=，mV U P CP 50=- 调制信号()t U ΩKMHZ f c 1= mV U P P 200=-Ω
图4-5振幅调制测试图
① 按图4-4-5连接试验测试电路，通电后，调整“振幅调制电路模块”中的Rw1电位器，使1496的1、4脚间电压AB U =200mV （三用表电压档测量），即使电路失去平衡。
② 以调制信号作双踪示波器的同步信号（CH1），用示波器（CH2）观察“AM-OUT ”点输出信号的波形，
记录测试结果，如图4-6所示。 图4-6 振幅调制信号波形记录图
③ 根据测试结果，计算出此条件时的已调信号的调幅度，如图4-7所示。 调幅系数m 为：
式中， A U ——调幅波幅度的最大值；
B U ——调幅波幅度的最小值
◆ 调幅度m 控制 图4-7 振幅调制信号m 计算图
① 保持载波信号不变。
② 适当增加或减小调制信号的幅度，用示波器观察调幅波的调制系数m 变化，说明m 与调制信号幅度的关系。
③ 将调制信号的幅度为定值（如200mV ）,适当调整平衡电位器RW1（增大或减小电阻），用示波器观察调幅波的调制系数m 变化，比较两种控制方式的灵敏度。
④ 自选调制系数m 的控制方式，使调幅波的调制系数m 分别为30%、80%、100%，实验证明，并记录满足以上要求时的调制信号ΩU 与直流电压AB U 伏值。
⑤ 使m ≥100% ，再适当调整示波器的“伏/格”与“秒/格”旋钮，观察并记录全载波振幅调制信号过调制时，过零点出的波形特点。
2）模拟乘法器抑制载波振幅调制信号测量 ◆ 抑制载波振幅调制信号产生与测量
测试电路参见图4-5所示，测试基本条件：
载波信号()t U C ，MHZ f c 5.6=，mV U P CP 50=- 调制信号()t U Ω K M H Z f c 1= mV U P P 200=-Ω
① 通电后，调整“振幅调制电路模块”中的Rw1电位器，使1496的1、4脚间电压AB U =0V （三用表电压档测量），即使电路平衡。
② 以调制信号作双踪示波器的同步信号（CH1），用示波器（CH2）观察“AM-OUT ”点输出信号的波形，记录测试结果，如图4-6所示。
由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。脚1和4分别接电阻R3和R4可以较好地抑制载波漏信号和改善温度性能。
③ 观察并记录抑制载波振幅调制信号过零点的波形特点。
③ 同步检波电路 1） 同步检波的基本原理
振幅调制信号的解调过程称为检波。常用方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波振幅调制信号的包络直接
反映了调制信号的变化规律，可以用二极 图4-8同步检波解调器电路原理框图
%100?+-=B A B
A u u u u
m
管包络检波的方法进行解调。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。
同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波为乘积型同步检波，其电路构成框图如图4-8所示：
其工作原理如下：
在乘法器的一个输入端输入抑制载波的双边带信号()t t U t U c sm S Ω=cos cos ω，另一输入端输入同步信号（恢复载波信号）()t U t U c cm c ωcos =，经乘法器相乘，可得输出信号U 0为:
()()()
()()t
U U K t U K t U U K t U t U K t U c cm sm E c sm E cm sm E c s E o Ω-+Ω++Ω==ωω24
1
2cos 41cos 21 （条件：mV U U C x 26<=，S y U U =为大信号）
上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可用低通滤波器滤
掉，从而实现双边带信号的解调。
如果输入信号()t U S 为全载波振幅调制信号，同步信号为载波信号()t U C ,利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。
2） 同步检波电路及说明
MC1496模拟乘法器构成的同步检波解调器电路与振幅调制电路相同，差别仅是乘法器的两输入端输入信号有变和输出端需增加一低通虑波器，实际电路如图4-9所示。
图4-9 MC1496构成的同步检波器
其中ux 端输入同步信号或载波信号UC, uy 端输入高频已调波信号FM V 。输出端接有由R11与C6、C7组成的低通滤波器及隔直电容C8，所以该电路对有载波调幅信号及抑制载
波的调幅信号均可实现解调。
3） 同步检波实验内容与步骤 ◆ 抑制载波振幅调制信号的解调
实验测试电路原理框图如图4-10所示。
图4-10同步检波器测试电路图
① 首先完成低通滤波器的设计
② 首先用振幅调制器产生抑制载波双边带调制信号FM V （p mVp KHz V -=Ω200/1，p mVp MHz V C -=50/5.6）
。 ③ 按图4-10连接试验测试电路，通电后，调整“同步解调电路模块”中的Rw1电位器，使1496的1、4脚间电压AB U =0V （三用表电压档测量），即使电路平衡。
④ 用双踪示波器分别测量输入调制信号与解调输出的还原信号，并记录实验结果。
◆ 全载波振幅调制信号的解调
实验测试电路参见图4-9所示。
①产生全载波振幅调制信号AM V （p mVp KHz V -=Ω200/1，p mVp MHz V C -=50/5.6）
，%30=m 。 ② 按图4-4-10连接试验测试电路，通电后，调整“同步解调电路模块”中的Rw1电位器，使1496的1、4脚间电压AB U =100mV （三用表电压档测量），即使电路不平衡。
③ 用双踪示波器分别测量输入调制信号与解调输出的还原信号，并记录实验结果。
④ 倍频器原理与电路组成 1）倍频器的基本原理
倍频电路输出信号的频率是输入信号
频率的整数倍, 即倍频电路可以成倍数地把信号频谱搬移到更高的频段。所以, 倍频
电路也是一种线性频率变换电路。 实现倍频的原理有以下几种： ① 利用晶体管等非线性器件产生输入信号频率的各次谐波分量, 然后用调谐于n 次谐波的带通滤波器取出n 倍频信号。
② 将输入信号同时输入模拟乘法器的 图4-11倍混频器电路原理框图
两个输入端进行自身线性相乘, 则乘法器输出交流分量就是输入的二倍频信号。由MC1496模拟乘法器构成的倍频器电路原理框图如图4-11所示。
2）倍频器电路及说明
MC1496模拟乘法器构成的同步检波解调器电路与振幅调制电路相同，差别仅是乘法器的两输入端输入信号有变，即两输入端输入相同频率的信号，并要求保证乘法器工作在平衡状态。实际电路参见4-4所示。
3）倍频器实验内容与要求
基本条件：U x =U y （载波信号U X ：f=200KHZ /50mV ，）
① 完成对设计电路的仿真，并记录各级信号波形。推证输入、输出信号的关系。
⑤ 混频原理与电路组成 1）混频器的工作原理
在通信接收机中, 混频（又称变频）电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。 例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz ～1605kHz 中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz 的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz ～100.8MHz 的各调频台信号变换为中频为10.7MHz 的调频信号等。
由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。
混频是频谱线性的搬移过程。完成频谱线性搬移的关键是要获得两个输入信号的乘积项。若输入到混频器的已调信号T V 和本振信号Z V 分别为：
t t V V T T ωcos cos Ω=
t V V Z Z ωcos =
则两个信号的乘积为：
])cos()[cos(cos 2
1
cos cos cos t Z T t Z T t u u t
t t u u V V Z T Z T Z T ωωωωωω-++Ω=Ω= 若中频Z T I f f f -=，上式经带通滤波器取出所需边带，可得中频电压为：
t t V u I I ωcos cos *Ω=
由此得完成混频功能的原理框图，如图4-12所示。 图4-12混频器电路原理框图
2）混频器电路及说明
MC1496模拟乘法器构成的混频器电路与振幅调制电路相同，差别仅是乘法器的两输入端输入信号有变，即两输入端分别输入高频已调波信号T V 与本振信号Z V ，相差一中频。并要求保证乘法器工作在平衡状态。且输出端必须连接带通滤波器，实际电路参见4-4-4所示。
3） 混频器实验内容与要求
（载波信号U X：f=6.5MHZ/50mV ，调制信号U y：f=2KHz/200mV，基本条件：U T信号条件：
m=30%）
V：465KHZ
输出中频信号
I
V：自定
本地载波信号
Z
①按以上给定条件，设计带通滤波器。
②完成对设计电路实验与仿真，并记录各级信号波形。
四思考题与实验报告
①思考题
1、说明当改变V AB时能得到几种调制信号,分析其原因。
2、分析为什么在平衡调幅实验中得不到载波绝对为零的波形？
②实验报告要求
1、整理各项实验所得的数据，绘制出有关曲线和波形。
2、对实验结果进行分析。
3、分析为什么在平衡调幅实验中得不到载波绝对为零的波形？
3.12模拟乘法器 一．实验目的 1． 了解模拟乘法器的构成和工作原理。 2． 掌握模拟乘法器在运算电路中的运用。 二．实验原理 集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。 1． 模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图3-12-1所示。 u x u y o 图3-12-1 模拟乘法器的电路符号 若输入信号为x u , y u ,则输出信号o u 为： o u =k y u x u 式中： k 为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V 1 . 根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用图3-12-2所示的工作象限来说明。 图 3-12-2 模拟乘法器的工作象限 若信号x u 、y u 均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号x u 、y u 中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。
2． 集成模拟乘法器 集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍BG314集成模拟乘法器。 （1） BG314内部结构如图3-12-3所示，外部电路如图3-12-4所示： 1 8 43 7 6 5142+ 9 121110 13 7 图3-12-3 BG314内部电路
模拟乘法器AD834的原理与应用 1.AD834的主要特性 AD834是美国ADI公司推出的宽频带、四象限、高性能乘法器，其主要特性如下： ●带符号差分输入方式，输出按四象限乘法结果表示；输出端为集电极开路差分电流结构，可以保证宽频率响应特性；当两输入X=Y=±1V时，输出电流为±4mA； ●频率响应范围为DC～500MHz； ●乘方计算误差小于0.5％; ●工作稳定，受温度、电源电压波动的影响小； ●低失真，在输入为0dB时，失真小于0.05％； ●低功耗，在±5V供电条件下，功耗为280mW； ●对直通信号的衰减大于65dB； ●采用8脚DIP和SOIC封装形式。 2.AD834的工作原理 AD834的引脚排列如图1所示。它有三个差分信号端口：电压输入端口X=X1－X2和Y=Y1－Y2，电流输出端口W=W1－W2；W1、W2的静态电流均为8.5mA。在芯片内部，输入电压先转换为差分电流(V－I转换电阻约为280Ω),目的是降低噪声和漂移；然而，输入电压较低时将导致V－I转换线性度变差，为此芯片内含失真校正电路，以改善小信号V－I转换时的线性特性。电流放大器用于对乘法运算电路输出的电流进行放大，然后以差分电流形式输出。 AD834的传递函数为： W=4XY (X、Y的单位为伏特，W的单位为mA) 3.应用考虑 3.1 输入端连接
尽管AD834的输入电阻较高(20kΩ)，但输入端仍有45μA的偏置电流。当输入采用单端方式时，假如信号源的内阻为50Ω，就会在输入端产生1.125mV的失调电压。为消除该失调电压，可在另一输入端到地之间接一个与信号源内阻等值的电阻，或加一个大小、极性可调的直流电压，以使差分输入端的静态电压相等；此外，在单端输入方式下，最好使用远离输出端的X2、Y1作为输入端，以减小输入直接耦合到输出的直通分量。 应当注意的是，当输入差分电压超过AD834的限幅电平(±1.3V)时，系统将会出现较大的失真。 3.2 输出端连接 采用差分输出，可有效地抑制输入直接耦合到输出的直通分量。差分输出端的耦合方式，可用RC耦合到下一级运算放大器，进而转换为单端输出，也可用初级带中心抽头的变压器将差分信号转换为单端输出。 3.3 电源的连接 AD834的电源电压允许范围为±4V～±9V，一般采用±5V。要求VW1和VW2的静态电压略高于引脚＋VS上的电压，也就是＋VS引脚上的电去耦电阻RS应大于W1和W2上的集电极负载电阻RW1、RW2。例如，RS为62Ω，RW1和RW2可选为49.9Ω，而＋V=4.4V,VW1=VW2=4.6V，乘法器的满量程输出为±400mV。 引脚－VS到负电源之间应串接一个小电阻，以消除引脚电感以及去耦电容可能产生的寄生振荡；较大的电阻对抑制寄生振荡有利，但也会使VW1和VW2的静态工作电压降低；该电阻也可用高频电感来代替。 4.应用实例 AD834主要用于高频信号的运算与处理，如宽带调制、功率测量、真有效值测量、倍频等。在某航空通信设备扩频终端机(如图2所示)的研制中，笔者应用AD834设计了扩频信号调制器和扩频信号接收AGC电路。
实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院
一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：
转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、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。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、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。
模拟乘法器及其应用
摘要 模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运算方面，而且广泛地应用于无线电广播、电视、通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统，进行模拟信号的变换及处理。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。 Analog multiplier is a kind of widely used nonlinear analog integrated multiplier can be achieved between two unrelated analog multiplication is not only applied in the simulation operation aspect, and widely used in radio, television, communications, measuring instruments, medical equipment and control system, the analog signal conversion and the high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, frequency doubling, frequency, modulation and demodulation process, the same as can be seen as two signal multiplication or contain multiplication function is realized by using integrated analog multiplier than using discrete components such as diodes and transistors are much more simple, and superior performance.
实验课程名称：_高频电子线路
五．实验原理与电路设计仿真 1、集成模拟乘法器1496的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍MC1496集成模拟乘法器。 （1）MC1496的内部结构 MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。MC1496 的和内部电路与外部引脚图如图1(a)(b)所示。 (a)1496内部电路 (b)1496引脚图 图1 MC1496的内部电路及引脚图 它内部电路含有 8 个有源晶体管，引脚 8 与 10 接输入电压 VX、1与 4接另一输入电压VY，6 与12 接输出电压 VO。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、VYOS与 VZOX三项失调电压。引脚 2 与 3 之间需外接电阻，对差分放大器 T5与 T6产生交流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。 各引脚功能如下： 1：SIG+ 信号输入正端 2: GADJ 增益调节端 3：GADJ 增益调节端 4: SIG- 信号输入负端 5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正电流输出端 7: NC 空脚 8: CAR+ 载波信号输入正端 9: NC 空脚 10: CAR- 载波信号输入负端11: NC 空脚 12: OUT- 负电流输出端 13: NC 空脚 14: V- 负电源 （2）Multisim建立MC1496电路模块 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，按照MC1496内部结构图，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键拖动，全部选中。被选择的电路部分由周围的方框标示，表示完成子电路的选择。为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号，
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Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart
c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host：202.38.81.119 Protocol: SSH Username/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 c01n13 e.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.
北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六
目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 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 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (14) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27)
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、实验内容 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、实验电路图
实验四集成电路模拟乘法器的应用 模拟乘法器是利用晶体管的非线性特性,经过电路上的巧妙设计,在输出中仅保留两路输入信号中由非线性部分产生的信号的乘积项,从而获得良好的乘积特性的集成器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多,而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。本实验仅介绍MC1496集成模拟乘法器。 一、实验目的 1．了解模拟乘法器（MC1496）的组成结构与工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。 2．掌握利用乘法器实现振幅调制(AM与DSB)、同步检波、混频、倍频等几种频率变换电路的原理及设计方法。 3．学会综合地、系统地应用已学到模电、数电与高频电子线路的知识，掌握对振幅调制、同步检波、鉴频、混频和倍频电路的设计与仿真技能，提高独立解决问题的能力。二、实验设备与仪器 高频实验箱 WHLG-2 一台 数字双踪示波器 TDS-1002 一台 高频信号发生器 WY-1052 一台 数字万用表一块 三、实验任务与要求 1、模拟乘法器1496的构成、基本原理说明 ①集成模拟乘法器的内部结构 MC1496集成模拟乘法器的内部电路结构和引脚排列如图4-1所示。 图4-1 MC1496的内部电路及引脚图
MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压C u ，1与4接另一输入电压t u ，输出电压o u 从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻R E ，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压y u 的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I 5及镜像电流I 0的值。 ② 集成模拟乘法器的1496偏置电压与电流的确定 ● 静态偏置电压的确定 静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集—基极间的电压应大于或等于2V ，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，对于图4-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即: 12641108,,u u u u u u === ?? ? ?? ≥-≥≥-≥≥-≥V u u u V V u u u u V V u u u u V 7.2),(157.2),(),(152),(),(1554141108108126 ● 静态偏置电流的确定 一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图4-1，三对差分放大器的基极电流I 8、I 10、I 1和I 4可以忽略不计，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R 5接正电源（+U CC 的典型值为+12V ），由于I 0是I 5的镜像电流，所以改变电阻R 5可以调节I 0的大小，即： 当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-U EE (一般接-8V)，5脚通过一电阻R 5接地，因此，改变R 5也可以调节I 0的大小，即： 则： 当V EE =-8V ，I 5=1mA 时，可算得： R 5={（8-0.75）/（1X10-3 ）}-500=6.75K Ω 取标称电阻，则R5=6.8K Ω 根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA ，一般取mA I I 150==左右。 此时,器件的总耗散功率可由下式估算: ) ()(214551465u u I u u I P D -+-= PD 应小于器件的最大允许耗散功率（33mW ）。 ● 负载电阻RC 的选择 Ω +-= ≈5007.0550R V u I I CC Ω +--= ≈5007.0550R V u I I EE Ω--= 5007 .05 5I V R EE
集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University
实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1
实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2
Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3
由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4
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
模拟乘法器的应用 ——低电平调幅 姓名： 学号： 实验台号： 一、 实验目的 1、掌握集成模拟乘法器的工作原理及其特点 2、进一步掌握集成模拟乘法器（MC1596/1496）实现振幅调制、同步检波、混频、倍频的电路调整与测试方法 二、实验仪器 低频信号发生器 高频信号发生器频率计 稳压电源 万用表 示波器 三、实验原理 1、MC1496/1596 集成模拟相乘器 集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途的线性集成电路。可用作宽带、抑制载波双边带平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可作为高性能的SSB 乘法检波器、AM 调制解调器、FM 解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多数学运算，如乘法、除法、乘方、开放等。 MC1496 的内部电路继引脚排列如图所示 MC1496型模拟乘法器只适用于频率较低的场合，一般工作在1MHz 以下的频率。双差分对模拟乘法器MC1496/1596的差值输出电流为 1 21 562()( )( ) 22T y T i i i th th V R V υυυ=-≈
MC1595是差值输出电流为 式中，错误！未找到引用源。为乘法器的乘法系数。MC1496/1596使用时，VT1至VT6的基极均需外加偏置电压。 2.乘法器振幅调制原理 X通道两输入端8和10脚直流电位均为6V，可作为载波输入通道；Y通道两输入端1和4脚之间有外接调零电路；输出端6和12脚外可接调谐于载频的带通滤波器；2和3脚 之间外接Y通道负反馈电阻R 8。若实现普通调幅，可通过调节10kΩ电位器RP 1 使1脚电位 比4脚高错误！未找到引用源。，调制信号错误！未找到引用源。与直流电压错误！未找到引用源。叠加后输入Y通道，调节电位器可改变错误！未找到引用源。的大小，即改变调 制指数M a ；若实现DSB调制，通过调节10kΩ电位器RP 1 使1、4脚之间直流等电位，即Y通 道输入信号仅为交流调制信号。为了减小流经电位器的电流，便于调零准确，可加大两个750Ω电阻的阻值，比如各增大10Ω。 MC1496线性区好饱和区的临界点在15-20mV左右，仅当输入信号电压均小于26mV时，器件才有良好的相乘作用，否则输出电压中会出现较大的非线性误差。显然，输入线性动态范围的上限值太小，不适应实际需要。为此，可在发射极引出端2脚和3脚之间根据需要接 入反馈电阻R 8 =1kΩ，从而扩大调制信号的输入线性动态范围，该反馈电阻同时也影响调制器增益。增大反馈电阻，会使器件增益下降，但能改善调制信号输入的动态范围。 MC1496可采用单电源，也可采用双电源供电，其直流偏置由外接元器件来实现。 1脚和4脚所接对地电阻R 5、R 6 决定于温度性能的设计要求。若要在较大的温度变化 范围内得到较好的载波抑制效果（如全温度范围-55至+125），R 5、R 6 一般不超过51Ω；当 工作环境温度变化范围较小时，可以使用稍大的电阻。 R 1-R 4 及RP 1 为调零电路。在实现双边带调制时，R 1 和R 2 接入，以使载漏减小；在实现 普通调幅时，将R 1及R 2 短路（关闭开关S 1 、S 2 ），以获得足够大的直流补偿电压调节范围， 由于直流补偿电压与调制信号相加后作用到乘法器上，故输出端产生的将是普通调幅波，并 且可以利用RP 1 来调节调制系数的大小。 5脚电阻R 7决定于偏置电流I 5 的设计。I 5 的最大额定值为10mA，通常取1mA。由图可 看出，当取I 5=1mA，双电源（+12V，-8V）供电时，R 7 可近似取6.8kΩ。 输出负载为R 15，亦可用L 2 与C 7 组成的并联谐振回路作负载，其谐振频率等于载频，
模拟集成电路课程设计 设计目的： 复习、巩固模拟集成电路课程所学知识，运用EDA 软件，在一定的工艺模型基础上，完成一个基本功能单元的电路结构设计、参数手工估算和电路仿真验证，并根据仿真结果与指标间的折衷关系，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，加深对运放、带隙基准、稳定性、功耗等相关知识点的理解，培养分析问题、解决问题的能力。 实验安排： 同学们自由组合，2 人一个设计小组选择五道题目中的一道完成，为了避免所选题目过度集中的现象，规定每个题目的最高限额为 4 组。小组成员协调好每个人的任务，分工合作，发挥团队精神，同时注意复习课堂所学内容，必要时查阅相关文献，完成设计后对 验收与考核： 该门设计实验课程的考核将采取现场验收和设计报告相结合的方式。当小组成员完成了所选题目的设计过程，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，可以申请现场验收，向老师演示设计步骤和仿真结果，通过验收后每小组提交一份设计报告（打印版和电子版）。其中，设计指标，电路设计要求和设计报告要求的具体内容在下面的各个题目中给出了参考。成绩的评定将根据各个小组成员在完成项目中的贡献度以及验收情况和设计报告的完成度来确定。 时间安排： 机房开放时间：2013 年10 月28 日～11 月8 日，8:30~12:00，14:00~18:00 课程设计报告提交截止日期：2012 年11 月15 日 该专题实验的总学时为48 学时（1.5 学分），请同学们安排好知识复习，理论计算与上机设计的时间，该实验以上机设计为主，在机房开放时间内保证5 天以上的上机时间，我们将实行每天上下午不定时签到制度。 工艺与模型： 采用某工艺厂提供的两层多晶、两层金属（2p2m）的0.5um CMOS 工艺，model 文件为/data/wanghy/anglog/model/s05mixdtssa01v11.scs 。绘制电路图时，器件从/data/wanghy/ anglog/st02 库中调用，采用以下器件完成设计： 1）PMOS 模型名mp，NMOS 模型名mn；2） BJT 三种模型可选：qvp5，qvp10，qvp20；3） 电阻模型rhr1k； 4）电容模型cpip。
模拟集成电路原理与应用试题库 一．填空题▲ 1、增强型MOSFET的工作特征中，当V GS＞V T和0＜V DS＜（V GS－V T）时，工作于区,i D受 和的控制。 2、常用ＭＯＳ单元电路有：电流源电路．基本放大电路和等。电流源电路是利用i D的微小变化 可引起的特点制成阻值很大的交流电阻,作为差动放大器的进而得到很 大的共模抑制比。 3、MOS模拟集成电路中的基本单元有、和MOS输出级电路。 4．MOS集成运算放大器的基本应用有反相放大电路、电路、电路、和电路等。理想运放工作于线性状态时，为分析方便，输入端近似看成和。 5、CMOS开关电路是由NMOS和组合而成，他克服了NMOS模拟开关电路R ON随vi的增大而的缺点，扩大了输入信号范围。 6、利用集成运放进行信号的放大、、减法、和积分运算的电路称为放大器的 应用，而能完成信号的比较、乘法、和产生各种波形的电路称为放大器的非线性应用。 7、利用MOSFET的开关特性，可有模拟开关的四种基本应用，即单刀单掷、、 和． 8、集成电压比较器用于比较相对大小的电路，是一种模拟输入、的 模拟电路采用高增益的集成运放可用来比较信号。 9、直接采用集成电压比较器，能获得更高的，而且使用更为方便，集成电压比较器 已成为模拟集成电路中的重要。 10、变换电路属于非线性变换电路，其传输函数随输入信号的、频率或改变而变，使输出信号波形不同于波形。 11、利用集成运算放大器或专用模拟集成电路，配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号 发生器和具有各种功能的变换电路，信号发生器分为正弦波和非正弦波两大类。 12．模拟集成电路构成的正弦波发生器，工作频率多是在1MH z以下，其电路的组成通常由工作 在线性放大状态的和及三部分构成，选用不同移相选频网 络便构成不同类型的正弦波发生器。 13、非正弦波发生器通常由运放构成的（又称斯密特触发器）和有源或无源积分器电 路构成，不同形式的便构成各种不同类型的非正弦波发生器。 14、三角波发生器通常由运放构成的和有源或无源积分电路等组成。改变 值，可以改变三角波和方波的幅值。 15、用集成运放构成的单稳或双稳触发器,温度稳定性好,脉宽调节范围大,调试简单方便,常用 于脉冲整形,定时及延时电路。 16、运放组成的双稳态触发器实际上是由具有二极管双向限幅的构成当无触发脉 冲时，电路处于某一状态。 17、VFC是变换电路，即它的输出信号频率与输入信号成正比，故又称 为。 18、VFC主要由积分器、自动复位开关电路组成，专用模拟集成VFC转换器，其 性能稳定、灵敏度高、小。各种类型的VFC主要区别在于复位方法和复位时间不同而已。 19、绝对值变换电路又称、其输出电压等于绝对值。采用绝对值电路能把双极 性输入信号变成信号。其组成是在线性检波器的基础上加一级电路。如要 改变输出电压的极性只需将电路中的对调即可。 20、定时电路又称为，它是一种将模拟电路和制作在同一硅片上的新 颖的模拟集成电路。以其独特的优点取代传统的机械式。 21、目前国内外生产的定时电路主要分为定时器和两大类。定时电路以单定
题目:模拟CMOS集成电路设计 姓名 学院 专业 班级 学号 班内序号
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、仿真图
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 实验二:差分放大器设计 一、实验目的 1.掌握差分放大器的设计方法； 2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。 二、实验要求 1.确定放大电路； 2.确定静态工作点Q； 3.确定电路其他参数。 4.电压放大倍数大于20dB，尽量增大GBW，设计差分放大器； 5.对所设计电路进行设计、调试； 6.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。
三、实验结果 (表中数据单位dB) ，R单位：kΩ 随着R的增加，增益也增加。但从仿真特性曲线我们可以知道，这会限制带宽的特性，W/L 增大时，带宽会下降。为保证带宽，选取W/L=30，R=30K的情况下的数值，保证了带宽，可以符合系统的功能特性，实验结果见下图。 1.电路图
第6章 集成模拟乘法器及其应用 6.1集成模拟乘法器 教学要求： 1.掌握集成模拟乘法器的基本工作原理； 2.理解变跨导模拟乘法器的基本原理； 3.了解单片集成模拟乘法器的外部管脚排列及外接电路特点。 一、集成模拟乘法器的工作原理 （一）模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。其符号如下图所示，K 为乘法器的增益系数。 1.模拟乘法器的类型 理想乘法器—对输入电压没有限制， u x = 0 或 u y = 0 时，u O = 0，输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的 。 实际乘法器—u x = 0 ， u y = 0 时，u O 1 0，此时的输出电压称为输出输出失调电压。u x = 0，u y 1 0 （或 u y = 0，u x 1 0）时，u O 1 0，这是由于u y （u x ）信号直接流通到输出端而形成的，此时 的输出电压为u y （u x ）的输出馈通电压。 （二）变跨导模拟乘法器的基本工作原理 变跨导模拟乘法器是在带电流源差分放大电路的基础上发展起来的，其基本原理电路如下图所示。
在室温下，K为常数，可见输出电压u 与输入电压u y、u x的乘积成正比，所以差分放大电路具有乘法功 O 能。但u y必须为正才能正常工作，故为二象限乘法器。当u Y较小时，相乘结果误差较大，因I C3随u Y而变，其比值为电导量，称变跨导乘法器 . 二、单片集成模拟乘法器 实用变跨导模拟乘法器由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平 衡模拟乘法器。属于这一类的单片集成模拟乘法器有MC1496、MC1595等。MC1496内部电路如下图所示。
1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 学生学号实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称高频电子线路实验 开课学院信息工程学院 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级 20014-- 20015学年第一学期 实验课程名称：_高频电子线路 实验项目名称模拟乘法器的综合应用设计实验实验成绩 实验者专业班级组别25 同组者无实验日期2014年12月 13日一、实验目的、意义 1．了解模拟乘法器（MC1496）的电路组成结构与工作原理。 2．掌握利用乘法器实现振幅调制、同步检波、倍频与混频等几种频率变换电路的原理及设计方法。 3．学会综合地、系统地应用已学到模、数字电与高频电子线路技术的知识，掌握对振幅调制、同步检波、混频和倍频电路的制作与仿真技术，提高独立设计高频单元电路和解决问题的能力。 二．设计任务与要求 (1)设计任务: 用模拟乘法器实现振幅调制(含AM与DSB)、同步检波、混频、倍频等频率变换电路的设计，已知：模拟乘法器为1496，采用双电源供电，Vcc=12V Vee=-8V. （2）设计要求： ①全载波振幅调制与抑制载波振幅调制电路的设计与仿真： 基本条件：1MHz/100mV，调制信号：1-3KHz/200mV，模拟乘法器采用LM1496。 并按信号流程记录各级信号波形。计算此条件时的AM调制信号的调制度m= ? , 分析AM 与DSB信号m＞100%时，过零点的特性。 ②同步检波器电路设计与仿真 实现对DSB信号的解调。 基本条件；载波信号UX：f=1MHZ /50-100mV,调制信号Uy：f=2KHz/200mV，并按信号流程记录各级信号波形。 ③混频器电路设计与仿真 实现对信号的混频。 基本条件：AM信号条件：（载波信号UX：f=1MHZ /50mV ，调制信号Uy：f=2KHz/200mV，M=30%）中频信号：465KHZ，本地载波：按接收机制式自定。记录各级信号波形。 哈尔滨理工大学数字集成电路设计实验报告 学院：应用科学学院 专业班级：电科12 - 1班 学号：1207010132 姓名：周龙 指导教师：刘倩 2015年5月20日 实验一、反相器版图设计 1.实验目的 1）、熟悉mos晶体管版图结构及绘制步骤； 2）、熟悉反相器版图结构及版图仿真； 2. 实验内容 1）绘制PMOS布局图； 2）绘制NMOS布局图； 3）绘制反相器布局图并仿真； 3. 实验步骤 1、绘制PMOS布局图： (1) 绘制N Well图层；(2) 绘制Active图层；(3) 绘制P Select图层；(4) 绘制Poly图层；(5) 绘制Active Contact图层；(6) 绘制Metal1图层；(7) 设计规则检查；(8) 检查错误；(9) 修改错误；(10)截面观察； 2、绘制NMOS布局图： (1) 新增NMOS组件；(2) 编辑NMOS组件；(3) 设计导览； 3、绘制反相器布局图： (1) 取代设定；(2) 编辑组件；(3) 坐标设定；(4) 复制组件；(5) 引用nmos 组件；(6) 引用pmos组件；(7) 设计规则检查；(8) 新增PMOS基板节点组件； (9) 编辑PMOS基板节点组件；(10) 新增NMOS基板接触点；(11) 编辑NMOS基板节点组件；(12) 引用Basecontactp组件；(13) 引用Basecontactn 组件；(14) 连接闸极Poly；(15) 连接汲极；(16) 绘制电源线；(17) 标出Vdd 与GND节点；(18) 连接电源与接触点；(19) 加入输入端口；(20) 加入输出端口；(21) 更改组件名称；(22) 将布局图转化成T-Spice文件；(23) T-Spice模拟； 4. 实验结果 4.1 nmos版图 4.2 pmos版图 4.3反相器的版图高频模拟乘法器的综合应用设计实验
数字集成电路设计实验报告综述
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