全差分运放实验.docVIP

两级CMOS全差分运算放大器的设计和仿真 2 1、软件的安装 2 1.1 Cadence orcad的安装 2 1.2 Hspice的安装 2 1.3Cosmos Scope的安装 2 2、实验要求 2 3、电路图手工计算 3 3.1 运放主结构计算 3 3.2 偏置电路 5 3.3 共模反馈电路 7 4、使用Orcad绘制电路图 7 5、电路仿真 11 6、仿真结果查看 13 7、其他性能参数的仿真 15 两级CMOS全差分运算放大器的设计和仿真 1、软件的安装 在该试验中要用到三个软件，分别为Cadence orcad（绘制电路图与网表提取工具），Hspice （电路仿真工具）和Cosmos Scope（仿真结果查看工具）。所有用到的软件安装程序均放在D盘EDA文件夹中。 1.1 Cadence orcad的安装 打开D盘中的\eda\OrCad9.23，点击Setup.exe，点击下一步，到输入Install Code步骤，打开Crack文件夹中的Install.tex文件，将Orcad Capture后面的码复制到Install Code里，然后点击下一步。直至安装完毕。 1.2 Hspice的安装 打开D盘eda\hspice_vA-2008.03，点击Hspice的安装程序进行安装，均点击下一步，直至安装结束。然后将该文件夹中的hspice2008.lic文件拷贝到C:\synopsys\Hspice_A-2008.03下。 右键点击电脑桌面我的电脑/属性/高级/环境变量/系统变量（如果只想让管理员用，则是administrator的用户变量）/新建/变量名lm_license_file 变量值就是license文件的路径，/hspice2008.lic，也就是变量值为C:\synopsys\Hspice_A-2008.03\hspice2008.lic 然后确定。 1.3Cosmos Scope的安装 打开D盘eda\cosmos2007\HSpice_CosmosScope_Z-2007.03-SP1_win，点击安装程序进行安装。 然后将eda\cosmos2007\hspice-license文件夹中的cosmos2007.dat文件拷贝到C:\synopsys\Z-2007.03-SP1文件加下。 右键点击电脑桌面我的电脑/属性/高级/环境变量/系统变量，点击刚才新建的变量，也就是lm_license_file，在先前输入的变量值后面，输入分号，然后输入C:\synopsys\Z-2007.03-SP1\cosmos2007.dat，也就是Hspice和Cosmos两者的变量值用分号隔开。 2、实验要求 在本实验中，要求所设计的运算放大器采用5V电源电压，负载电容为5pF，满足直流增益80dB，单位增益带宽20MHz，相位欲度大于60度，差分压摆率（slew rate）100V/us。 3、电路图手工计算 该运放电路由运放主结构，偏置电路和共模反馈电路三部分组成。 3.1 运放主结构计算 图 运放的主电路结构 首先，我们从CSMC 0.5um 工艺库文件中得到工艺参数： ，， ，1、确定Miller补偿电容为了保证相位裕量有,我们要求第二极点和零点满足以下两个条件: ，，。 则，，这里，我们取。 2、确定两级放大器中的工作电流 共模负反溃的输入端电流与差模输入端相同，因此输入级的工作电流 由于有一些寄生电容，并尽可能提高设计性能，预留一些余量取，则。输出级工作电流为，。 同样，由于有一些寄生电容，预留一些余量取。 3、计算放大管的跨导 根据全差分Slew Rate 要求，。 M1 管的有效电压，。 M1管的跨导。 。 根据第二极点是单位增益带宽的两倍，。 M9 管的跨导 ，M9 管的有效电压。 4、电流源偏置管和Cascode 管的尺寸 假定电流源偏置管M13、M11、M12、M7 和M8，和Cascode 管M3-M6 的有效电压， 这样可以计算出所有管子的尺寸参数。 假定，则， ， M11-M12 管子的有效电压，。 假定，则，取。 假定，则，。 假定，则，。 Cascode 管M3 的跨导为，。 5、Miller 补偿电阻RC 的确定 我们将零点从右半平面移动左半平面，并且使其为单位增益带宽频率的1.2 倍，则 Ohom。 =2.131 （该电压并不由偏置电路产生，而是由共模反馈电路提供） 图2 偏置电路 2、偏置电路管子尺寸的计算 在共源共栅输入级中需要三个电压偏置，为了使得输入级的动态范围大一些，根据宽摆幅电流源的设计要求，必须满足 (3-9) (3-10)