五管放大器设计报告材料.docx

实用标准简单差分放大器设计报告 实用标准 简单差分放大器设计报告 文案大全 文案大全 摘要 2 一、设计要求 2 二、设计原理 3 MOS 管工艺参数 3 相关计算公式 4 电流 I D 4 跨导g 5 m 电阻r 0 ................................................. 5 电导与增益 5 确定 MOS 管尺寸 6 三、电路仿真 7 差分放大器仿真电路图 7 差分放大电路静态仿真 8 差分放大电路动态仿真 10 MOS 管不同宽度对比 12 四、版图设计 13 版图设计优化 13 版图绘制 16 版图 DRC 检测 17 版图 LVS 检测 18 版图 PEX 仿真 20 五、总结 20 简单差分放大器设计报告 摘要 作为普通单端输入放大器推广的差分放大器用于处理两个输入信号的差值， 而与输入信号的绝对值无关，其把两个输入信号的差值以一个固定的增益进行放大，通常作为功率放大器和发射极耦合逻辑电路的输入级使用。两个参数完全相同的晶体管以直接耦合的方式构成放大器，若两个输入端输入大小相位完全相同的信号电压，则放大器的输出为零，可以通过这一特点来抑制零点漂移，使放大器用作于直流放大器。在集成电路中，差分放大器可用于去除两个信号源中不需要的共模信号，仅放大差分信号，可有效抑制随时间变化的电源电压波动、衬底电压波动、温度变化产生的共模噪声。在差分放大电路中，电流镜可以精确的复制电流而不被工艺和温度影响，因而差分对的尾电流源用 NMOS 来镜像，负载电流源用 PMOS 来镜像，且电流镜中采用相同参数的 MOS 管来减小边缘扩散。MOS 管的沟道长度对阈值电压影响较大，因此，电流的比值可通过宽度来调整，从而使整个放大电路达到最佳性能。 一、设计要求 设计一个简单差分放大器（五管放大器），需知五管放大器结构简单，但增益小，通常增益在 50dB 以下，其基本电路图如下： 图 1-1 差分放大器电路图 其仿真系统中电路图可设计如下： 电路性能参数要求如下： 性能工艺 电源电压 增益G V 单位增益带宽输出摆率 SR 负载电容C L 图 1-2 电路原理图 功耗、面积尽量小  参数 0.35umMOS 工艺 3.3V 45dB 100MHz 200V/us 5pF 二、设计原理 MOS 管工艺参数 基于 0.35umMOS 工艺，查看 model 文件可知设计差分放大器电路所需 MOS 管主要参数： NMOS 管参数 NMOS NMOS 管 参数 迁移率u 0 463.674 cm / Vs 2 栅氧厚度 栅氧厚度t ox 7.46?10-9 m 阈值电压v 0.6027V th PMOS 管参数 PMOS PMOS 管 迁移率u 参数 0 170.9075 cm 2 / Vs 栅氧厚度t ox 7.46?10-9 m 阈值电压v -0.8427V th 相关计算公式 电流 I D 已知电流公式：  W1 W I ? ? C V 2 D 2 ox L dsat 其中C ox 为单位面积栅氧化层电容，V dsat 为过驱动电压。且已知： ? C ? sio2 ox t ox 3.453?10-11 ? ? 4.629?10-3 F 7.46?10-9 V dsat ? V ? V GS th 其中? 二氧化硅介电系数约为 3.453?10-13 F / cm 。 sio2 以输出摆率求总电流 因输出摆率 SR ? 5pF 则： ID ，且设计要求输出摆率 SR 为 200V/us，负载电容C 为 C L L I ? SR ? C D L ? 200V / us ? 5 pF ? 200 ?106 ? 1mA ? 5?10?12 由此计算得出总电流 I 为1mA 。 D 跨导g m 跨导g m 公式如下： 2 W u C 2 W u C L I n ox D m 以带宽求跨导 因带宽? u ? m ，且设计要求单位增益带宽为 100MHz 则： gC g L L g ? ? ? C m u L ? 2?fC L ? 2 ? 3.14 ?100 ?106 ? 3.14ms 由此计算得出输入管跨导 3.14 ms 。 电阻r 0 ? 5?10?12 电阻r 0 可通过如下公式计算：  r ? 1 0 ? I 电导与增益因放大倍数 A V  满足 A ? g ?r D // r ?? gm V m ds1 ds 2 g ? g ds1 ds3 其中电压放大倍数 A V ? o 与增益 VV V i ?dB ?之间换算公式为： ? V ? ? ? ??G ? 20lg? o ? ? 20 lg A ? ? V 由前面设计要求可知G V V V