cmos电流镜设计

一、实验目的1、学习电路中管子尺寸的设计和偏置电压的选择2、熟悉电流镜精度，共源共栅结构输出阻抗等共源共栅电流源的特性3、管子随外加电压饱和线性变化等理解。二、实验器材实验软件：Hspice实验工艺：2.5V0.25umMOS工艺模型三、实验内容1.按上图连好电路，其中VDD=2.5V，IREF=10uA，M1~M4的尺寸自定，Vb根据所选管子尺寸和IREF的值自己选定（注VbVDD），其中(W/L)1=(W/L)2=(w/L)4。把所选的尺寸和电路图画在实验报告上，并标出当Vtest=2.5V时，Iout1和Iout2的值。2.Vtest从0V变到2.5V，观察两个输出支路的输出阻抗的变化，仿真出结果曲线，画出曲线图。3.Vtest从0V变到2.5V，观察两个输出支路的输出电流的变化，仿真出结果曲线，画出曲线图。4.画出Vtest从2.5V变到0V，VY的变化曲线，观察M3、M2进入线性区的先后。四、实验仿真波形及原理分析设计思路：由电路图可以看出，M1,M2,M4构成电流镜结构。M1的电流镜像到M2、M4。将M1,M2,M4宽长比设置为相等的值时，由于公式：《模拟集成电路设计》课内实验报告2)1(212111XTHGSoxnrefVVVLWCuI以及)1(2122221YTHGSoxnoutVVVLWCuI)1(2122222PTHGSoxnoutVVVLWCuI可得：XYrefoutVVLWLWII11121。XPrefoutVVLWLWII11122实验中设：5)(4~1LW,m3.04~1L，mW5.14~1当refI，1)(LW确定时，XV也就确定了，观察.lis文件，得mv600XV估算bV时，先忽略沟道调制作用,AIout102222221THYboxnoutVVVLWCuIVVVXY6.0代入数据，求得VVVLWCuIVTHoxnoutb11.12X222实验发现当VVb11.1时，AIout7.91,bV过小，经过多次调节Vb的值，最终Vb=1.35V使电路满足课题要求，AIout101本实验中运用的模型参数如下：Toxn=5.8e-9，dxl=0，dvthn=0,dvthp=0，LMIN=2.4E-07,LMAX=5.0E-07-dxlVTN=0.4312336+dvthn,U0n=0.06005258,TOX=toxn，VTP=dvthp-0.6236538U0p=0.0136443《模拟集成电路设计》课内实验报告3设计完成满足要求的Hspice实验网表如下：仿真后lis文件：由此可看出所有管子都工作在饱和区。1.当Vtest=2.5V时，Iout1和Iout2的值。《模拟集成电路设计》课内实验报告4从波形图像可以看出，VVtest5.2时，AIout1.101,AIout6.1422.Vtest从0V变到2.5V，观察两个输出支路的输出阻抗的变化，仿真出结果曲线，画出曲线图。当M2,M4刚进入饱和区时，DooutoutIrRR121。M3在线性区时，gm3《模拟集成电路设计》课内实验报告5不断增大，而M4进入饱和区后由于沟道长度调制效应，电流会缓慢增大，而阻抗Rout4会不断减小。当THbvestVVV时，M3进入饱和区，Rout4不再发生变化。3.Vtest从0V变到2.5V，观察两个输出支路的输出电流的变化，仿真出结果曲线，画出曲线图。当M2，M4工作在饱和区时DSTHGSoxnoutVVVLWCuI12122221DSTHGSoxnoutVVVLWCuI12124442由于M2，M3构成共源共栅结构，当M2，M3工作在饱和区时，存在屏蔽效应。则Iout1不受到沟道长度调制效应的影响，而Iout2受到沟道长度调制效应的影响。于是，Iout1保持不变，Iout2不断增大。4.画出Vtest从2.5V变到0V，VY的变化曲线，观察M3、M2进入线性区的先后。《模拟集成电路设计》课内实验报告6由3,4题图可看出，Vtest从2.5v变到0v过程中，M3先进入线性区，M2后进入线性区。当Vtest从2.5v下降至Vb-Vth3，M3进入线性区，Vy开始迅速下降，当Vtest下降至Vx-Vth2,M2进入线性区.五、实验总结刚接触本实验时，我们思考了好久，讨论寻找合适的入手点。然后我们决定先假设1,2,3，4管子的宽长比，以及Iref的值，通过计算与假定，得出Vb。将得到的值带入Hspice中仿真后，发现得出的结论与计算有些小差别。经过我们的讨论，决定以课题要求为目标，不断调试Vb，最终获得了满意的实验结果。此次实验进一步验证了共源共栅电流镜的优点，它可以减少由沟道长度调制效应引起的不匹配，使电流基本能够等值镜像过来。在本次实验过程中，我们也学会了如何通过仿真图形得到我们所需要的实验数据。在导师的严谨地提问和悉心地指导下，我们学习到了不少有用，也认识到了自己的不足。在实验后通过翻阅相关书籍，我们对电流镜的相关知识有了进一步深入的了解。很庆幸自己能参与这次电流镜设计实验，也感谢老师对我们的帮助。