电流镜负载的差分放大器设计

《IC课程设计》报告 ——模拟部分

电流镜负载的差分放大器设计

摘 要

在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在包河区的MOS器件可以当作一个电流源。

在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不收工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。

目 录

1设计目标........................................................................................................................................ 1 2相关背景知识 ................................................................................................................................ 2 3设计过程........................................................................................................................................ 6

3.1 电路结构设计 .................................................................................................................... 6 3.2 主要电路参数的手工推导 ................................................................................................ 6 3.3 参数验证（手工推导） .................................................................................................... 7 4 电路仿真....................................................................................................................................... 9

4.1 用于仿真的电路图 ............................................................................................................ 9 NMOS： ................................................................................................................................... 9 PMOS ........................................................................................................................................ 9 整体电路图 ............................................................................................................................. 10 4.2 仿真网表（注意加上注释） .......................................................................................... 10 4.3 仿真波形 .......................................................................................................................... 13 5 讨论 ............................................................................................................................................ 17 6 收获和建议 ................................................................................................................................. 17 参考文献......................................................................................................................................... 19

1设计目标

设计一个电流镜负载的差分放大器，参考电路图如下：

2相关背景知识

据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS工艺，要求在5v的电源电压下，负载电容为2pF时，增益带宽积大于25MHz，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。

我们首先根据0.35um CMOS工艺大致确定单个CMOS的性能，即在一定值的W/L下确定MOS管在小信号模型中的等效输出电阻和栅跨导，然后记下得到的参数并将其带入到整体电路中计算，推导电流镜负载的差分放大器电路中的器件参数，例如，小信号模型的增益、带宽、功耗等，再分析是否满足题目中的各项指标的要求。若不满足，则依据摘要理所说的，调节晶体管的宽度，然后用调整后的参数进行仿真、验证，直到符合要求为止。

相关背景知识：

1. 差分式放大器

差分式放大器是由两个各项参数都相同的三端器件（包括BJT、FET）所组成的差分式放大电路，并在两器件下端公共接点处连接一电流源。差分式又分为差模和共模信号：输入电压Vid为Vi1和Vi2的差成为共模电压；另外，若输入电压Vic为VI1和Vi2的算术平方根，则称为共模电压。当输入电压是共模形式时，，即在两个输入端各加入相同的信号电压，在差分放大电路中，无论是温度变化，还是电源波动引起的变化，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号，两输出端输出的共模电压相同，故双端输出时输出电压为零；当输入电压是差模形式时，即在电路的两个输入端各加一个大小相等、极性相反的信号电压，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以在两输出端间有信号电压输出。而差分放大器正是利用共模输入的特点来克服噪声信号和零点漂移的。此题要求用双端差模信号输入，单端输出，相应的计算公式如下：

1. 差模输入电压：id 2. 共模输入电压：vic 3. 差模输出电压：

vvi1 vi2

vi1 vi2

vod vo1 vo2

vo1 vo2

voc 4. 共模输出电压： 5. 双端输入——单端输出的差模电压增益：

Av

2d …… 此处隐藏：6669字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……