两级全差动运算放大器的设计
两级全差动运算放大器的设计
班级:自动化0905 姓名:余陆洋
学号:U200914361
同组人姓名:刘洁、戴伟、王睿祺
题目要求
根据性能指标的要求，选择合适的放大器类型，采用0.18um CMOS 工艺，设计一个两级运算放大器性能指标如下：
电源电压： 1.8V 第一级增益： ≥20dB 第一级GBW: ≥500MHz 两级增益： ≥80dB 相位裕度： ≥60º
差分压摆率： ≥200V/us
等效输入参考噪声：200nV/Hz @1MHz 负载电容： ≤1pF
静态功耗： 尽可能小，不做具体要求
人员分工
余路洋：运放整体仿真 刘洁：网表的编写
戴伟：第一级运放与第二级运放的仿真 王睿祺：电路参数的设计
整体设计
1） 基本参数设定
V G S -V TH =200mV V TN =0. 5V
V TP =-0. 4V u n C ox =4. 6⨯10-4
u p C ox =2. 3⨯10-4
2） 基本公式
GBW =
g mip 2πc L
3） 第一级运放设计：
2I D
v ds -v tn 1W
I D =uC ox (V GS -V TH ) 2
2L g m =
inn
由题目可知，要满足设计要求最主要的是确定MOS 管的宽长比以及偏置电流。 我们取负载电容为c L =0.4Pf，由此可确定I
D 的大小，又由于
V G S -V TH =200mV
所以
由图可知, 增益：30db,GBW>500W.
4） 第二级运放设计
增益>50db
5） 整体设计
a) 增益>80db
b) 由下图可以看出相位裕度>60o , 满足要求
差分压摆率>0.4v/2ns=200V/us,所以满足要求
c) 等效输入参考噪声在1MHz 时
Hz
.
d) 静态功耗:
网表程序
*two_stage_amp
.option post=2 numdgt=7 tnom=27 .lib 'C:\rf018.l' tt .global VDD! GND! .PARAM
************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down * Cell Name: amp_stage_two * View Name: schematic
************************************************************************
.SUBCKT amp_stage_two Iref2 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn Voutp
*.PININFO Iref2:I Vb2:I Vb3:I Vb4:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:O
MM7 net087 Vb2 vdd! vdd! pch l=300n w=805n m=1 MM6 Voutp Vb3 net087 vdd! pch l=300n w=5.39u m=1 MM5 net33 Vb2 vdd! vdd! pch l=300n w=805n m=1 MM4 Voutn Vb3 net33 vdd! pch l=300n w=5.39u m=1 MM12 net33 Vip net30 gnd! nch l=300n w=2u m=1 MM13 net087 Vin net30 gnd! nch l=300n w=2u m=1 MM11 Iref2 Iref2 gnd! gnd! nch l=280.0n w=2u m=1 MM10 net30 Iref2 gnd! gnd! nch l=280.0n w=3u m=1 MM3 Voutp Vb4 net42 gnd! nch l=400n w=805n m=1 MM2 net42 Vcm gnd! gnd! nch l=1u w=405n m=1 MM1 Voutn Vb4 net46 gnd! nch l=400n w=805n m=1 MM0 net46 Vcm gnd! gnd! nch l=1u w=405n m=1 .ENDS
************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down * Cell Name: amp_stage_one * View Name: schematic
************************************************************************
.SUBCKT amp_stage_one Iref1 Vcm Vin Vip Voutn Voutp *.PININFO Iref1:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:O MM5 Iref1 Iref1 vdd! vdd! pch l=1u w=105.0000u m=1 MM4 net23 Iref1 vdd! vdd! pch l=1u w=900.0000u m=1 MM3 Voutp Vin net23 vdd! pch l=180.0n w=705.0000u m=1 MM2 Voutn Vip net23 vdd! pch l=180.0n w=705.0000u m=1 MM1 Voutn Vcm gnd! gnd! nch l=180.0n w=5.645u m=1 MM0 Voutp Vcm gnd! gnd! nch l=180.0n w=5.645u m=1 .ENDS
************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down * Cell Name: two_stage_amp * View Name: schematic
************************************************************************
*.PININFO Vb2:I Vb3:I Vb4:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:O
CC2 Voutp gnd! 1.0000p $[CP] CC5 net048 Voutp 20f $[CP] CC3 Voutn gnd! 1.0000p $[CP] CC4 net049 Voutn 20f $[CP]
XI22 net044 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip net049 net048 / amp_stage_two *.SUBCKT amp_stage_two Iref2 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn Voutp
XI21 net076 Vcm net049 net048 Voutn Voutp / amp_stage_one *.SUBCKT amp_stage_one Iref1 Vcm Vin Vip Voutn Voutp
*.SUBCKT two_stage_amp Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn Voutp
VVin Vin 0 DC 0.9 AC 1.0 VVip Vip 0 DC 0.9 AC 1.0 180
VVb2 Vb2 0 0.8 VVb3 Vb3 0 0.5 VVb4 Vb4 0 1.3 VVcm Vcm 0 0.9
VVdd vdd! gnd! 1.8
Iref1 net076 0 180u Iref2 vdd! net044 10u
*VVin Vin 0 0 PULSE 0 1.0 0.1N .1N .1N 100N 100N *RVip Vip 0 1k *.TRAN 0.1N 100N
*.PRINT TRAN V(Vin) V(Voutn) .AC DEC 10 1 3G
.PRINT AC VDB(Voutp) VP(Voutp) .noise V(Voutp) VVip 10 .END