CMOS两级运算放大器_设计报告

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 CandenceVirtu oso 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。如下图所示。 电流源偏置电路由NM0、NM2 与 NM4 组成，其中NM0 接偏置电流源，电流源电流为30uA。如下图所示。 选取电源电压为1.8V。 共模输入电压设为500mV，差模输入电压设 IN1、IN2 为5uV 交流小信号，方向相反。如下图所示。 3 .参数估计 第一级放大电路的电压增益： 第二级放大电路的电压增益： 两级放大电路总增益： 增益带宽积： 设置直流工作点： 对单个nmos 管进行gm/Id、Id/w 与 Vgs 图形仿真，如下图所示。 取gm/Id 为10，Vgs 为0.3V，可得差动放大级单边电路偏置电流为15uA。根据镜像电流源的特性可设置Iref 为30uA。设置第二级共源放大级直流偏置...