西工大cmos实验报告六

实验课6运放设计（二）运放原理图如下所示：改变运放参数，采用所给工艺仿真，观察指标变化，分析原因（列公式）。直流点取3V。（典型情况仿真，每次仿真只改变一组参数以便对比，仿真完成改回初始参数再进行下一组。）不改变运放参数时，可仿真得到相关指标如下所示：由仿真图可得出：直流增益dBAv7.69，增益带宽z27.7MHGB，相位裕度PM=67°由仿真图可得：正摆率61010SR，负摆率6105.7SR分析：对于两级运放电路有：1.直流增益)()(276642562IIggAmmv，且有21mmgg2.增益带宽cmCgGB13.摆率cCISR54.输出极点LmCgp625..RHP零点cmCgz616.相位裕度PM=)(tan)||(tan)||(tan180112111zwpwpwM因为单位增益频率为GB，用GB代替w可得到：)1.0tan()||(tan)]0([tan180)(tan)||(tan)||(tan180211112111pGBAzGBpGBpGBvM（1）偏置电流I5，W5/L5:4u/1u-16u/1u，仿真直流增益、GB、SR；仿真结果如下：由仿真图可得到：直流增益dBAv66，增益带宽z1.13MHGB，正摆率61030SR，负摆率61030SR分析：①由公式2555)()('21DSSVLWKI，可知当W5/L5:4u/1u-16u/1u时，5)(LW增大，所以I5增大，从而由增益公式可知Av减小；②又有5111512111)('')(ILWKgIKgLWSmm,可知gm1随I5增大而增大，从而可得cmCgGB1增大；③且cCISR5也随着I5的增大而增大。（2）偏置电流I7，W7/L7:50u/1u-12.5u/1u，仿真直流增益、PM；仿真结果如下：由仿真图可得到：直流增益dBAv9.70，相位裕度PM=55°分析：①由公式2777)()('21DSSVLWKI可知当W7/L7:50u/1u-12.5u/1u时，7)(LW减小，所以I7减小→I6减小，从而由增益公式)()(276642562IIggAmmv可知Av增大；②又I6减小→gm6减小→LmCgp62||减小，Av增大，带入公式)1.0tan()||(tan)]0([tan180211pGBAvM，可得相位裕度PM的值减小。（3）W1/L1,W2/L2:10u/1u-40u/1u，仿真直流增益、GB；仿真结果如下：由仿真图可得到：直流增益dBAv7.71，增益带宽z9.10MHGB分析：①由公式5111)('ILWKgm可知：当W1/L1,W2/L2:10u/1u-40u/1u时，因为1)(LW增大，所以gm1增大，则由增益公式)()(276642562IIggAmmv，可知Av增大；②且由cmCgGB1可知GB也增大。（4）W1/L1,W2/L2:10u/1u-40u/4u，仿真直流增益：仿真结果如下：由仿真图可得：直流增益dBAv1.72分析：由沟道长度调制效应可知：λ随着沟道长度L的增大而减小，所以当W1/L1,W2/L2:10u/1u-40u/4u时，虽然两个管子的宽长比没有变化，但是两个管子的沟道长度增大，22L，从而由增益公式)()(276642562IIggAmmv可知Av增大。（5）W3/L3,W4/L4:5u/1u-50u/10u，仿真直流增益仿真结果如下：由仿真结果可得：直流增益dBAv8.73分析：与（4）分析同理，当W3/L3,W4/L4:5u/1u-50u/10u时，有44L，从而由增益公式)()(276642562IIggAmmv可知Av增大。（6）W6/L6:100u/1u-25u/1u，仿真直流增益、PM仿真结果如下：由仿真结果可得：直流增益dBAv6.62，相位裕度PM=47°分析：①将公式66266)('2)(LWKgIm带入增益公式可得)()()('4766425662mmvgILWKgA，所以当W6/L6:100u/1u-25u/1u时，有6)(LW减小，则增益Av减小；②Av减小，且W6/L6:100u/1u-25u/1u，(W/L)6减小→gm6减小→LmCgp62||减小，由公式)1.0tan()||(tan)]0([tan180211pGBAvM，可得PM应增大！（注：老师，该处分析结果与仿真结果相反，但是研究了好久，没有弄明白原因？仿真结果检查已无误，不知道是不是分析错了！）（7）W7/L7:50u/1u-100u/2u，仿真直流增益仿真结果如下：由仿真结果可得：直流增益dBAv2.70分析：同上，由沟道长度调制效应可知：λ随着沟道长度L的增大而减小，所以当W7/L7:50u/1u-100u/2u时，管子M7的沟道长度增大，77L，从而由增益公式)()(276642562IIggAmmv可知Av增大。（8）CC:3p-1p，仿真GB、PM、SR仿真结果如下：由仿真结果可得：增益带宽z1.17MHGB，相位裕度PM=45°正摆率61030SR，负摆率61015SR分析：①由公式cmCgGB1可知：当Cc:3p-1p时，Cc减小，所以GB增大；②又有公式cCISR5，可知SR也增大；③由于增益Av不变，而Cc:3p-1p，Cc减小→零点cmCgz61↑，则导致相位裕度PM减小。（9）CL：10p-20p，仿真PM、SR仿真结果如下：由仿真结果可得：相位裕度PM=55°正摆率61010SR，负摆率6105.7SR分析：①由仿真结果可知，当CL：10p-20p时，SR并没有变化；②增益Av不变，而当CL：10p-20p时，CL增大→LmCgp62||↓，带入相位裕度公式)1.0tan()||(tan)]0([tan180211pGBAvM，可得PM减小。附录：sp源文件（1）①W5/L5:4u/1u-16u/1u，仿真直流增益和GB的仿真---------------------------------------------------------------------.2012303527************************************************.lib'.\HSPICE.LIB'TT.lib'.\HSPICE.LIB'TT_MIP*************************************************.SUBCKTOPAvddvssvinpvinnvoutM3pgpgvddvddPENHW=5uL=1uM4vout1pgvddvddPENHW=5uL=1uM1pgvinnnsdvssNENHW=10uL=1uM2vout1vinpnsdvssNENHW=10uL=1uM5nsdngvssvssNENHW=16uL=1uM8ngngvssvssNENHW=4uL=1uIrefvddng30uM6voutvout1vddvddPENHW=100uL=1uM7voutngvssvssNENHW=50uL=1uXCCvoutvout1CAPMIP1C_LENGTH=3e-5C_WIDTH=1e-4.ENDS**************netlist***************************X2vddvssvinv1voutOPAR1voutv11gC1v101CLvout010pRLvout0100K**************source****************************vddvdd05vssvss00vinvin0DC=3AC1,0**************analysis**************************.OP.ACdec100.011g.optionspostacctprobe.probeVdb(vout)Vp(vout).end---------------------------------------------------------------------（1）②W5/L5:4u/1u-16u/1u，仿真摆率---------------------------------------------------------------------.2012303527************************************************.lib'.\HSPICE.LIB'TT.lib'.\HSPICE.LIB'TT_MIP*************************************************.SUBCKTOPAvddvssvinpvinnvoutM3pgpgvddvddPENHW=5uL=1uM4vout1pgvddvddPENHW=5uL=1uM1pgvinnnsdvssNENHW=10uL=1uM2vout1vinpnsdvssNENHW=10uL=1uM5nsdngvssvssNENHW=16uL=1uM8ngngvssvssNENHW=4uL=1uIrefvddng30uM6voutvout1vddvddPENHW=100uL=1uM7voutngvssvssNENHW=50uL=1uXCCvoutvout1CAPMIP1C_LENGTH=3e-5C_WIDTH=1e-4.ENDS**************netlist***************************X6vddvssvinvoutvoutOPACLvout010pRLvout0100K**************source****************************vddvdd05vssvss00vinvin0PULSE(0.84.50n1n1n5u10u)**************analysis**************************.OP.TRAN0.1n30u.optionspostacctprobe.probeV(vout).end---------------------------------------------------------------------（2）W7/L7:50u/1u-12.5u/1u仿真直流增益、PM---------------------------------------------------------------------.2012303527************************************************.lib'.\HSPICE.LIB'TT.lib'.\HSPICE.LIB'TT_MIP*************************************************.SUBCKTOPAvddvssvinpvinnvoutM3pgpgvddvddPENHW=5uL=1uM4vout1pgvddvddPENHW=5uL=1uM1pgvinnnsdvssNENHW=10uL=1uM2vout1vinpnsdvssNENHW=10uL=1uM5nsdngvssvssNENHW=4uL=1uM8ngngvssvssNENHW=4uL=1uIrefvddng30uM6voutvout1vddvddPENHW=100uL=1uM7voutngvssvssNENHW=12.5uL=1uXCCvoutvout1CAPMIP1C_LENGTH=3e-5C_WIDTH=1e-4.ENDS*************