CMOS运放设计报告VIP专享

CMOS运算放大器设计报告 班级：微电四班 学号：51070840 姓名：蔡旭浦 设计要求： 电源电压：3.3V，单电源供电 以PMOS 为输入管 负载电容Cout=1pF 双端输入，单端输出 低频增益：>=70dB 增益带宽积：>=10MHz 相位裕度：>=60° 输出斜率：>=10V/us 建立时间：<1us 一、总体设计思路： mm0355v.l 库中提供的晶体管本征增益约为50，为了满足增益要求采用两级放大结构。为兼顾增益和输入电压范围，第一级使用差分输入、两层折叠式共源共栅结构，第二级使用差分放大电路，以电流镜做有源负载，将第一级双端输出转换为单端输出。这样总增益约为本征增益的三次方即 100dB，为频率补偿留下了余量。第一级两层共源共栅结构有很高的输出阻抗，可预见该输出节点对应的极点离原点最近，频率补偿在该节点进行。整个放大电路使用一个电流源提供偏置。 二、电流源设计： 电流源为放大电路提供偏置，要能够同时提供对PMOS 和NMOS的偏置电压，晶体管在漏极电流为10uA 左右增益达到最大，为了方便产生10uA~100uA 的电流而不使用面积过大的晶体管，初步设计电流源电流为50uA，电流源电路如图一。 M3 和M4 构成电流镜，使得左右支路电流Io 相等，当M1 和M2都处于饱和区时可得 V(d4)-V(d1)=Io*Rs （1） 根据晶体管电流公式可得 （2） 假设M1 和M2 的阈值电压相等，令M2 的宽长比为M1 的K 倍，由（1）（2）式可得电流源电流表达式为 图一、电流源电路及节点命名 令K=16，（W/L）1=1，求得Rs=15K，为了使PMOS 和NMOS 单位宽度电流驱动力相同，将M4 和M5 的宽长比设为16，对Rs 进行扫描，电源电压由1V 增至5V，仿真结果如图二所示，电路网表见附录一，仿真命令： .OP .DC VDD 1 5 0.1 SWEEP {Rvalue} 12K 18K 1K 由图中曲线可得Rs 值为14K 时最理想，同时该电流源有很好的稳定性，当电源电压由2V 变化到5V 时电流变化在5uA 以内。电流图二、电流源仿真结果 源中各节点电压如下： V(d1)=0.784V V(d2)=2.13V V(d4)=1.83V 其中V(d1)用来驱动NMOS，过驱动电压为0.784-0.55=0.234V。V(d2)用来驱动PMOS，过驱动电压为3.3-2.13-0.73=0.44V。 三、输入级设计： 为了提供高的增益和大的输入电压范围，输入级采用折叠式共源共栅结构，因为共源共栅结构具有极高的输出阻抗，输出节点上下电流源存在微小的适配也会导致静态工作点严重偏离，所以还需要采用共模反馈单元来稳定静态工作点。输入级电路如图三所示，...