《模拟 COMS 集成电路设计_作业 2》
课程名称
模拟 COMS 集成电路设计
姓 名
学 号
学 院
电子与通信工程学院
专 业
21 级电子信息
任课教师
教师评阅意见：
作业成绩
评阅日期
作业提交时间：2022 年 6 月 6 日
目录
1 预期目标：................................................................................................................................. 3
2 设计原理及流程：..................................................................................................................... 3
3 ADS 设计仿真步骤： ................................................................................................................ 4
3.1 晶体管的 DC 仿真以及参数设计 .................................................................................. 4
3.1.1 N 型晶体管的参数测量设计 ............................................................................... 4
3.1.2 设计 N 型晶体管宽长以及 m .............................................................................. 5
3.1.3 P 型晶体管的参数测量设计 ............................................................................... 6
3.1.4 设计 P 型晶体管宽长以及 m .............................................................................. 7
3.2 放大器半边电路仿真设计.............................................................................................. 8
3.3 放大器整个电路仿真设计............................................................................................ 10
3.4 考虑衬底偏置效应以及 AC 仿真 ................................................................................ 14
3.4.1 考虑衬底偏置效应的放大器电路优化设计..................................................... 14
3.4.2 考虑衬底偏置效应的放大器 AC 仿真 ............................................................. 17
4 总结........................................................................................................................................... 18
运算放大器的设计及 ADS 仿真设计—作业 2
1 预期目标：
1) 差动输出摆幅=1.6V
2) 功耗=3.6mW
3) 电压增益=500
4) 电源电压=1.8V
2 设计原理及流程：
设计原理图如下图所示：
图 2-1 设计原理图
参数计算
1) 偏置电流：最大功耗为最大功耗=3.6mW，电源电压=1.8V，由 I=P/U，可得偏置电流
=2mA；
2) 电源分配：每个 cascode 支路分配 0.95mA(差动放大器的两个支路电流之和为 1.9 mA)，
剩下的 0.1mA 分配给偏置电路；
3) 过驱动电压分配：5 个晶体管的过驱动电压的和=1V(VDD-1/2 最大电压摆幅)；理论
上流过 M9 电流大，因此分配的 VOD9 应该大一点，但是为了简单起见，初步设计将 5 个晶
体管的过驱动电压都设成一样，即分配的方式为：
VOD9=0.2V；
VOD1=0.2V；VOD3=0.2V；VOD5=0.2V；VOD7=0.2V。
4) 理论上是依据I
D
=
1
2
μCox
W
L
(V
GS
−V
TH
)
2
，计算各管的尺寸。但是由于工艺不一样，
需要预先给定 VTH 、Cox、μ才能进行计算，如果给定一个不知道任何参数的晶体管，一般
来说通过仿真来确定其参数。下面通过仿真计算 VTH 以及各管的尺寸。
3 ADS 设计仿真步骤：
3.1 晶体管的 DC 仿真以及参数设计
3.1.1 N 型晶体管的参数测量设计
插入 FET_curve_tracer DC 测试模型，放置 nmos2v 晶体管以及模型到电路图中，按如图
所示连接原理图，并修改管子参数和 DC 动态范围。
图 3-1 N 型晶体管 DC 仿真原理图 1
仿真结果如下图所示：
图 3-2 NMOS 晶体管的 DC 仿真参数设计结果 1
从图中可以看到 V
th,n
=0.25V，此时晶体管开始导通，开始有电流通过。
将 IDS.i*1000，放置一个点在 VGS=0.5V，VDS=0.2V 的位置，选择 VGS 为 0.5V，所以
Vth=0.25V，VGS=0.5V。添加方程式，观测 Wr 的比值如图所示，可以看到 Wr 为 391.93。
图 3-3 NMOS 晶体管的 DC 仿真参数设计结果 2
3.1.2 设计 N 型晶体管宽长以及 m
设计宽长以及 m（表示并联相同晶体管的个数），使得电流为 0.95mA。
由于电流 I 与 W ， m 成正比，与 L 成 反 比 。 现 在 使 得 L 不变，m=195 ，则
W=391.93/195=2.01，修改参数如下图所示。
图 3-4 N 型晶体管 DC 仿真原理图 2
进行仿真后，得到以下结果，放置 m1 点在 VDS=0.2，VGS=0.5 的位置，发现电流为
1.115mA 比预期的 0.95mA 要大，这是由于晶体管的内部结构以及其他因素的影响，继续修
改 W 与 m 使得 I=0.95。
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