模拟CMOS集成电路课程
实验报告
姓名：杨珊
指导老师：韩可
学院：电子工程班级：2013211204 学号：2013210926
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、幅频特性曲线当R=1K,
当R=10K,
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。
实验结果：
当Rd=1K时，gm=2735.7u,Av=2.73.
当Rd=10k时，gm=173.50u,Av=1.73.
由此可知，当R增大时，放大器的性能下降。
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、实验原理
平衡态下的小信号差动电压增益A V 为：
β1= β2= β=μn C OX (W/L) 四、实验结果
W/L R 5 10 15 20
100K 27dB 28dB 28dB 28dB 120K 27dB 27dB 28dB 29dB
300K
18dB
19dB
20dB
20dB
通过表格可知，改变W/L 和栅极电阻，当R 一定时，随着W/L 增加，增益增加，W/L 一定时，随着R 的增加，增益也减少。但是由于带宽的限制，我们不能无限地增大W/L.为保证带宽,选取W/L=30，R=30K 的情况下的数值，保证了带宽约为300MHZ ，可以符合系统的功能特性,实验结果见下图。
SS
V SS D D I A =βI R =2β()R 2
1.电路图
2.幅频特性曲线
五、思考题
根据计算公式，为什么不能直接增大R实现放大倍数的增大？
答：若直接增加Rd，则Vd会增加，增加过程中会限制最大电压摆幅；
如果VDD—Vd=Vin—VTH，那MOS管处于线性区的边缘，此时仅允许非常小的输出电压摆幅。即电路不工作。此外，RD增大还会导致输出结点的时间常数更大。
实验三：电流源负载差分放大器设计
一、实验目的
1.掌握电流源负载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.设计差分放大器，电压放大倍数大于30dB；
2.对所涉及的电路进行设计、调试；
3.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、实验原理
电流镜负载的差分对
传统运算放大器的输入级一般都采用电流镜负载的差分对。如上图所示。NMOS器件M1和M2作为差分对管，P沟道器件M4，M5组成电流源负载。电流0I 提供差分放大器的工作电流。如果M4和M5相匹配，那么M1电流的大小就决定了M4电流的大小。这个电流将镜像到M5。
如果V GS1=V GS2，则Ml和M2的电流相同。这样由M5通过M2的电流将等于是I OUT为零时M2所需要的电流。如果V GS1>V GS2，由于I0=I D1+I D2，I D1相对I D2要增加。I D1的增加意味着I D4和I D5也增大。但是，当V GS1变的比V GS2大时，I D2应小。因此要使电路平衡，I OUT必须为正。输出电流I OUT等于差分对管的差值，其最大值为I0。这样就使差分放大器的差分输出信号转换成单端输出信号。反之如果V GS1假设M1和M2差分对总工作在饱和状态，则可推导出其大信号特性。描述大信号性能的相应关系如下：
式(7-1)中，V ID表示差分输入电压。
上面假设了M1 和M2 相匹配。将式(7-1)代入(7-2)中得到一个二次方程，可得出解。
上图是归一化的M1 的漏电流与归一化差分输入电压的关系曲线，也即是CMOS差分放大器的大信号转移特性曲线。
该放大器的小信号特性参数等效跨导
从图2可以看出，在平衡条件下，M2和M5的输出电阻分别为：
于是该放大器的电压增益为：
四，实验结果
（表中数据单位：dB）
W/L（N）
40506070 W/L（P）
529dB30dB30dB31dB
1035dB36dB37dB37dB 1536dB37dB37dB38dB
选择nmos(w/L)=50,pmos(w/L)=10数据作为结果：
由结果曲线可知，此放大器的使用频率范围需要严格控制，当f增大到一定值时，增益下降速率很快。
1.电路图
