五管放大器设计报告.docx

五管放大器设计报告简单差分放大器设计报告摘要 2一、设计要求 2二、设计原理 6三、电路仿真 12四、版图设计 19五、总结 21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:图1-2电路原理图电路性能参数要求如下:、面积尽量小二、,查看model文件可知设计差分放大器电路所需MOS管主要参数:-(1)已知电流公式:其中为单位面积栅氧化层电容,为过驱动电压。且已知:。(2)以输出摆率求总电流因输出摆率,且设计要求输出摆率为200V/us,负载电容为5pF则:由此计算得出总电流为。(1)跨导公式如下:(2)以带宽求跨导因带宽,且设计要求单位增益带宽为100MHz则:。::由前面设计要求可知为45,。,。考虑到短沟效应和器件匹配性等实际情况,模拟电路一般不使用最小尺寸,这里综合衡量各方面因素,本设计中的差分放大器MOS管沟道长度设为2um较为理想。为了使差分放大器的输入电压具有的较大范围,需要限制其尾管M3(NMOS管)的过驱动电压,可设其不超过350mV。已知总电流则推导得即其中,由于电路中尾管为NMOS管,,则最终计算结果如上,电路中NMOS管的沟道宽度大于152um。不得不顾虑输出电压的范围,负载管M4、M5(PMOS管)的过驱动电压同样不应该太大,可设其不超过600mV,且单个负载管电流为尾管电流即总电流的一半,,则:其中,由于电路中负载管为PMOS管,,则最终计算结果如上,电路中NMOS管的沟道宽度大于70um。输入管M1、M2(NMOS管)沟道宽度主要考虑跨导,则由以下公式推导计算可得:其中,由于电路中输入管为NMOS管,,则最终计算结果如上,电路中NMOS管的沟道宽度大于91um。综合各个方面考虑,本设计中以NMOS管M1、M2、M3三管宽W取160um,长L取2um,PMOS管M4、M5两管宽W取100um,长L取2um为设定的MOS管宽长比,进行后续工作。三、,设计中所用的MOS管可以设置以下参数:M1、M2输入管NMOSW:160umL:2umM3尾管NMOSW:160umL:2umM4、M5负载管PMOSW:100umL:2um实验过程用以下电路图对所设计的差分放