跨导放大器学院：电信学院班级：微电子92组长：曾云霖（09053057）组员：黄雄（09053042）蒋仪（09053043）跨导放大器设计设计题目：基于所给的CMOS工艺设计一款跨导放大器。跨导放大器的特点是具有非常大的输出阻抗，将输入电压转换成电流输出，相当于压控电流源。该电路的设计同样需要包括偏置电压电流产生电路。设计指标：设计指标：（供参考）性能参数测试条件参数指标负载电容30pF电源电压范围2.5~5.5V静态电流，Temp=27℃<250μA输出摆幅输入共模电压，Temp=27℃，Temp=27℃0.6~1.2V0.1~1V开环增益（低频），Temp=27℃1800~2200单位增益带宽，Temp=27℃>3MHz相位裕度，Temp=27℃>60°PSRR（低频），Temp=27℃>65dB跨导（低频），Temp=27℃(900~1100)μA/V转换速率，Temp=27℃>3V/μs设计要求：1．确定设计指标（以上指标供参考，可以进行适当修改，但需说明原因）；2．根据设计指标，可以在参考电路结构基础上确定参数和改进设计，也可以查找文献采用其它结构的电路或创造新的电路结构进行设计；3．阅读模型文件，了解可以选用的器件类型与尺寸范围；4．手工设计：根据拟定的设计指标，初步确定满足指标的各元件的模型与参数：MOS：沟道长度与宽度，并联个数；电阻：宽度、长度、串并联个数；电容：宽度、长度、并联个数；三极管：并联个数。5．采用全典型模型,27℃，验证电路是否满足设计指标；6．设计偏置电路：a)选定电路结构；b)手工设计：确定各元件的模型与尺寸；c)采用全典型模型，仿真验证偏置电流源的性能；7．将偏置电路和主体电路合在一起仿真，采用全典型模型，27℃，，要求电路达到“设计指标”要求，否则应对电路结构和参数进行修改与优化，直至满足要求（可能需要多次调整），并应包括以下内容：a)一输入端固定为参考电压，另一输入端从0V上升到（电源电压）时的输出电压曲线与静态电流曲线，确定低频增益；以输出为输出参考电压，确定输入失调电压（直流扫描）；b)一输入端固定为参考电压，另一输入端为信号输入，输出工作点为时的放大特性：增益、相位、带宽、相位裕量等（交流扫描，）；c)输出工作点为时，PSRR对于频率（1Hz～100KHz）的特性曲线（交流扫描）电路参考图：设计过程：原理图分析说明：根据题目说明和参考电路可知，跨导放大器（OTA）是一种电压输入、电流输出的放大器、放大倍数为跨导Gm。我们小组经过讨论分析，最后决定采用如题目所示的参考电路。在设计电路前，我们首先分析了OTA电路的组成和作用。如参考电路所示：OTA电路主要包括3个部分，第一部分是带隙基准电流源，主要是给整个电路产生一个稳定的电流源；第二部分是由电流镜组成的偏置电路，主要是给跨导放大器提供偏置电压；第三部分是运算放大器，它是这个电路实现功能的核心部分，也是电路设计的主要部分。分析完电路的各个组成部分和功能后，我们小组要做的便是设计各个MOS管的尺寸，使之达到设计指标要求。运算放大器的设计设计思路：运算放大器是这次设计的电路的核心部分，参考电路如下所示：图一.运算放大器由图一可知，运算放大器分为两级放大，第一级是M1-M5构成的共源级放大电路，第二级是M6-M13构成的共源共栅放大电路。单端输入，单端输出。偏置电路（电流镜部分）与M1相连，相当于给第一级放大电路提供了电流，所以M1即为一个电流源。M4、M6与M5、M7又是两组电流镜，所以，第一级电路又可以给第二级的放大电路提供一个电流，这样运算放大器就能正常工作。有了这样的分析，运算放大器的设计过程也就可以确定了。设计步骤：第一步：分配电流按照设计指标要求，整个电路的电流不能超过250uA，因为运方是主要的电流消耗部分，我们设计的是给3条支路各80uA的电流。第二部：分配过驱动电压：分配电流以后，为了满足输出摆幅在之间，就必须合理的分配各个管子的过驱动电压，使之既能保证MOS管正常工作，又能满足输出摆幅和增益的要求。我们小组的Vod分配如下：M1：0.8V;M2、M3：V；M4、M5：；M6、M8：；M7、M9：；M10、M11、M12、M13：。第四步：计算宽长比（）饱和电流公式：、均在前面两步已经分配，也是与工艺MODEL相关的常数，所以可以求出各个MOS管的宽长比。这里注意一下，讲义上给出的和与仿真是有差距的，要实现仿真与理论的相切合，这里必须采用仿真的参数，利用DCpoint查看NMOS和PMOS的。在工艺下，这些参数的值如下：根据上述公式和参数，我们可以求得各MOS管得尺寸：第