图13.1 一个非线性系统的输入输出特性
特性曲线偏离了直线。对于大的输入摆幅，输出呈现出“饱和”电平
图13.2
(b) 差动对中的
对于大的输入摆幅，输出呈现出
图13.3 非线性放大器中小信号增益的变化
输出特性的斜率或者小信号增益随输入电平的变化。
Nonlinearity and Mismatch
Nonlinearity and Mismatch
V ，且△V/V out,max =0.01，则非线性为23
23()() (13.1)
x t x t αα+++
例如果输入范围为
x (3
1131y y x x αααα=?=+?+令△y 对x 的导数等于0，得到x x =3
3max
3
max 1max 3max 233()2x y y x x αααΔ=×+
相同电压增益的单端放大器与差分放大器：理想的差动电路不会产生偶次谐波，能降低非线性。
+++)()(5533t x t x αα()n ox GS TH D
W
C V V R L
μ?01: (fo 2
r left D n ox GS TH W I C V L
V μ=?41cos )(t V V V L W C I m TH GS ox n ωμ+?+=)
(42
m HD V V V A A ?=
()()()cos S m y x t y t V a t ββω=?=?112()[()cos cos 2] [()()]cos m m m y t V a t b t V a V a b αβωβωαβαββω=??++=???
图13.8 反馈系统中的增益误差与非线性
12. 41 (a)开个电容的同相放大器图12.5(a)采样阶段;(b)放大阶段; (c)工作波形
图12.6 电荷从C
1转移到C
2
特点：首先，电路要花费一些时间来对输入信号采样，在这段时间内电路不提供放大功能，而且输出为零。第二，在采样结束后，即
时，电路不管输入信号，仅仅对采样电压放大。
反馈电容不会降低放大器的开环增益。开关电容放大器在CMOS工艺中更
12.41(a)开个电容的同相放大器图13.9 电容非线性的影响
线性电容器,Q ＝CV ;对于电容值随电压变化的电容器，必须写成dQ ＝CdV 。1
10()()V Q V C V dV
=∫2
(()
)1V C C V V αα=+++ 假设C 1≈MC 0(1＋α1V )，其中M 是标称闭环增益（电荷为
011000
2
in V in Q C dV MC V MC α==+∫
负反馈可以获得高的线性度，但电路的稳定性及其稳定时间等问题限制了高速应用。各种线性化技术，以较小的速度损失换取放大器线性化。线性化的基本原理：减小电路的增益对
这通常转换为使增益相对独立于晶体管的偏置电流。
例13.2中，g
m R
S
＝2时负反馈使得小信号增益大约减小了16％
两个电路均可提高线性。
R S/2的电压余度；
中，消耗了I
SS
具有较高的噪声（以及失调电压），因为两个尾电流源引入了一些差分误差。
Nonlinearity and Mismatch
模拟集成电路课程设 计
模拟集成电路课程设计 CMOS两级运放设计 一、摘要 本课程设计要求完成一个两级运放的设计，采用设计工艺为CMOS的 0.35um工艺技术，该工艺下器件可以等效为长沟道器件，在分析计算时可采用一级模型进行计算。本次设计主要了对于共模输入电压等指标提出了要求，详见下表。在正文中将就如何满足这些指标进行分析与讨论，并将计算结果利用cadence进行仿真，得出在0.35um工艺电路的工作情况。 二、电路分析 课程设计的电路图如下：
输入级（第一级）放大电路由M1-M5组成，其中M1与M2为NMOS 差分 输入对管，M3与M4为PMOS 有源负载，M5为第一级提供恒定的偏置电流。 输出级（第二级）放大电路由M6、M7以及跨接在M6栅漏两端（即第二级电路输入与输出两端）的电容Cc 组成，其中PMOS 管M6为共源极接法，用于实现信号的放大，而M7与M5功能相同，为第二级提供恒定的偏置电流，同时M7还作为第二级的输出负载。Cc 将用于实现第二级电路的密勒补偿，改变Cc 的值可以用于实现电路中主极点与非主极点分离等功能。 偏置电路由恒流源IB 和以二极管形式连接的M8组成，其中M8与M5，M7形成电流镜，M5和M7为相应电路提供电流的大小由其与M8的宽长比的比值来决定。 三、 设计指标 本模块将根据设计要求的指标逐一进行分析： 开环直流增益：考虑直流增益时忽略所有电容的影响，画小信号图如下： 由小信号图可以得到电路中的直流增益为： 式中， ，考虑到差分输入对管的一致性，故，从而 ，故上述表达式中用代为表示。 同时，考虑到下式： 以及表达式： Gm1*Vin ro2,4 Gm6*Vds1 Vout Vds1 ro6,7
《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 集成电路设计基础 2010-11年第一学期试题 一、填空题（20分） 1、目前，国内已引进了12英寸0.09um 芯片生产线，由此工艺线生产出来的集成 电路特征尺寸是0.009um （大 小），指的是右图中的W （字 母）。 2、CMOS工艺可分为p阱、n阱、双阱 三种。 在CMOS工艺中，N阱里形成的晶体管是p （PMOS，NMOS）。 3、通常情况下，在IC中各晶体管之间是由场氧来隔离的；该区域的形成用到的制造工艺是氧化工艺。 4.集成电路制造过程中，把掩膜上的图形转换成晶圆上器件结构一道工序是指光 刻，包括晶圆涂光刻胶、曝光、显影、烘干四个步骤； 其中曝光方式包括①接触式、②非接触式两种。 5、阈值电压V T是指将栅极下面的si表面从P型Si变成N型Si所必要的电压，根据阈值电压的不同，常把MOS区间分成耗尽型、增强型两种。降低V T 的措施包括：降低杂质浓度、增大Cox 两种。 二、名词解释（每词4分，共20分） ①多项目晶圆（MPW） ②摩尔定律 ③掩膜 ④光刻 ⑤外延 三、说明（每题5分共10分） ①说明版图与电路图的关系。 ②说明设计规则与工艺制造的关系。 四、简答与分析题（10分） 1、数字集成电路设计划分为三个综合阶段，高级综合,逻辑综合,物理综合；解释这 三个综合阶段的任务是什么？ 2、分析MOSFET尺寸能够缩小的原因。 五、综合题（共4小题，40分） 1、在版图的几何设计规则中，主要包括各层的最小宽度、层与层之间的最小间距、各 层之间的最小交叠。把下图中描述的与多晶硅层描述的有关规则进行分类： （2）属于层与层之间的最小间距的是: （3）属于各层之间的最小交叠是： 2．请提取出下图所代表的电路原理图。画出用MOSFET构成的电路。 专升本CMOS模拟集成电路分析与设计试卷答案 专升本《CMOS模拟集成电路分析与设计》 一、（共75题,共150分） 1. Gordon Moore在1965年预言:每个芯片上晶体管的数目将每（）个月翻一番（2分） A.12 B.18 C.20 D.24 .标准答案：B 2. MOS 管的小信号输出电阻是由MOS管的（）效应产生的。（2分） A.体 B.衬偏 C.沟长调制 D.亚阈值导通 .标准答案：C 3. 在CMOS模拟集成电路设计中，我们一般让MOS管工作在（）区。（2分） A.亚阈值区 B.深三极管区 C.三极管区 D.饱和区 .标准答案：D 4. MOS管一旦出现（）现象，此时的MOS管将进入饱和区。（2分） A.夹断 B.反型 C.导电 D.耗尽 .标准答案：A 5. （）表征了MOS器件的灵敏度。（2分） A. B. C. D. .标准答案：C 6. Cascode放大器中两个相同的NMOS管具有不相同的（）。（2分） A. B. C. D. .标准答案：B 7. 基本差分对电路中对共模增益影响最显著的因素是（）。（2分） A.尾电流源的小信号输出阻抗为有限值 B.负载不匹配 C.输入MOS不匹配 D.电路制造中的误差 .标准答案：C 8. 下列电路不能能使用半边电路法计算差模增益（）。（2分） A.二极管负载差分放大器 B.电流源负载差分放大器 C.有源电流镜差分放大器 D.Cascode负载Casocde差分放大器 .标准答案：C 9. 镜像电流源一般要求相同的（）。（2分） A.制造工艺 B.器件宽长比 C.器件宽度W D.器件长度L .标准答案：D 10. 某一恒流源电流镜如图所示。忽略M3的体效应。要使和严格相等，应 取为（）。（2分） A. B. C. D. .标准答案：A 11. 选择题:下列结构中密勒效应最大的是（）。（2分） A.共源级放大器 B.源级跟随器 C.共栅级放大器 D.共源共栅级放大器 .标准答案：A 集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University 实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1 实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2 Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3 由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4 实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院 一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系： 转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于： 根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。 学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。 2017年数字IC类笔试面试试题 威盛logic design engineer考题 1。一个二路选 择器，构成一个4路选择器，满足真值表要求、 2。已知A,B,C三个信号的波形，构造一个逻辑结构，使得从AB可以得到C，并且说明如何避免毛刺 3。一段英文对信号波形的描述，理解后画出波形，并采用verilog 实现。 4。169.6875转化成2进制和16进制 5。阐述中断的概念，有多少种中断，为什么要有中断，举例 6。这道比较搞，iq题，5名车手开5种颜色的车跑出了5个耗油量（milespergallon)，然后就说什么颜色的车比什么车手的耗油量多什么的，判断人，车，好油量的排序ft致死，看了一堆FSM和数字电路没啥用，结果基本的冬冬把自己搞死了。 不过mixedsignal里的数字部分到是很全的考察了数字的冬冬（转）几道威盛电子的FPGA工程师试题 7、解释setup和hold time violation,画图说明,并说明解决办法. 17、给出某个一般时序电路的图,有Tsetup,Tdelay,Tck->q,还有clock 的delay,写出决定最大时钟的因素,同时给出表达式. 18、说说静态、动态时序模拟的优缺点. 19、一个四级的Mux,其中第二级信号为关键信号如何改善timing 22、卡诺图写出逻辑表达使. 23、化简F(A,B,C,D)=m(1,3,4,5,10,11,12,13,14,15)的和 28Please draw the transistor level schematic of a cmos2input AND gate andexplain which input has faster response for output rising edge.(less del aytime). 30、画出CMOS的图,画出tow-to-one mux gate. 45、用逻辑们画出D触发器46、画出DFF的结构图,用verilog实现之. 68、一个状态机的题目用verilog实现73、画出可以检测10010串的状态图,并verilog实现之. 80、 Please draw schematic of a common SRAM cell with6transistors,point o utwhich nodes can store data and which node is word line control?(威盛笔试circuit design)（转） VIA数字IC笔试试题 1。解释setup和hold time violation，画图说明，并说明解决办法。 模拟集成电路设计精粹 模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。有许多的模拟集成电路，如运算放大器、模拟乘法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计师进行手动的电路调试，模拟而得到，与此相对应的数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言在EDA软件的控制下自动的综合产生。 模拟集成电路被广泛地应用在各种视听设备中。收录机、电视机、音响设备等，即使冠上了”数码设备”的好名声，却也离不开模拟集成电路。 实际上，模拟集成电路在应用上比数字集成电路复杂些。每个数字集成电路只要元器件良好，一般都能按预定的功能工作，即使电路工作不正常，检修起来也比较方便，1是1, 0是0,不含糊。模拟集成电路就不一样了，一般需要一定数量的外围元件配合它工作。那么，既然是”集成电路”，为什么不把外围元件都做进去呢这是因为集成电路制作工艺上的限制，也是为了让集成电路更多地适应于不同的应用电路。 对于模拟集成电路的参数、在线各管脚电压，家电维修人员是 很关注的，它们就是凭借这些判断故障的。对业余电子爱好者来说，只要 掌握常用的集成电路是做什么用的就行了，要用时去查找相关的资料。我从研究生开始接触模拟集成电路到现在有四年了，有读过“模拟芯片设计的四重境界”这篇文章，我现在应该处于菜鸟的境界。模拟电路设计和数字电路设计是有很大区别的，最基本的是模拟电路处理的是模拟信号，数字电路处理的数字信号。模拟信号在时间和值上是连续的，数字信号在时间和值上是离散的，基于这个特点，模拟电路设计在某些程度上比数字电路设计困难。模拟电路设计困难的具体原因如下： 1.模拟设计需要在速度、功耗、增益、精度、电源电压、噪声、面积等多种因素间进行折中，而数字设计只需在功耗、速度和面积三个因素间进行平衡。 2.模拟电路对噪声、串扰和其他干扰比数字电路敏感得多。 3.随着工艺尺寸的不断减小，电源电压的降低和器件的二级效应对模拟电路比数字电路的影响严重得多，给模拟设计带来了新的挑战。 4.版图对于模拟电路的影响远大于数字电路，同样的线路差的版图会导致芯片无法工作。 我的模拟集成电路设计学习之路是从拉扎维的模拟CMO集成电 路设计这本书开始，这本书在现在工作中还是会去查看，是模拟集 成电路设计的经典教材之一。我首先想谈的就是关于模拟电路设计的相关课程和教材建议。模拟电路设计跟做其他事情一样，首先要学会一些基本的准则、方法和知识点，而经典的模拟电路设计教材就是这些东西的融合体，razavi 的design of analog CMOS integrated circuits ，sansen 的analog design essentials ， 模拟电子技术基础试题汇总 1.选择题 1．当温度升高时，二极管反向饱和电流将 ( A )。 A 增大 B 减小 C 不变 D 等于零 2. 某三极管各电极对地电位如图所示，由此可判断该三极管( D ) A. 处于放大区域 B. 处于饱和区域 C. 处于截止区域 D. 已损坏 3. 某放大电路图所示.设V CC>>V BE, L CEO≈0，则在静态时该三极管 处于( B ) A.放大区 B.饱和区 C.截止区 D.区域不定 4. 半导体二极管的重要特性之一是( B )。 ( A)温度稳定性 ( B)单向导电性 ( C)放大作用 ( D)滤波特性 5. 在由NPN型BJT组成的单管共发射极放大电路中，如静态工 作点过高，容易产生 ( B )失真。 ( A)截止失真( B)饱和v失真( C)双向失真( D)线性失真 6.电路如图所示，二极管导通电压U D＝0.7V，关于输出电压的说法正确的是( B )。 A：u I1=3V，u I2=0.3V时输出电压为3.7V。 B：u I1=3V，u I2=0.3V时输出电压为1V。 C：u I1=3V，u I2=3V时输出电压为5V。 D：只有当u I1=0.3V，u I2=0.3V时输出电压为才为1V。 7.图中所示为某基本共射放大电路的输出特性曲线，静态工作点由Q2点移动到Q3点可 能的原因是 。 A：集电极电源+V CC电压变高B：集电极负载电阻R C变高 C：基极电源+V BB电压变高D：基极回路电阻 R b变高。 8. 直流负反馈是指( C ) A. 存在于RC耦合电路中的负反馈 B. 放大直流信号时才有的负反馈 C. 直流通路中的负反馈 D. 只存在于直接耦合电路中的负反馈 9. 负反馈所能抑制的干扰和噪声是( B ) A 输入信号所包含的干扰和噪声 B. 反馈环内的干扰和噪声 C. 反馈环外的干扰和噪声 D. 输出信号中的干扰和噪声 10. 在图所示电路中，A为理想运放，则电路的输出电压约为( A ) A. －2.5V B. －5V C. －6.5V D. －7.5V 11. 在图所示的单端输出差放电路中，若输入电压△υS1=80mV, △υS2=60mV,则差模输 入电压△υid为( B ) A. 10mV B. 20mV C. 70mV D. 140mV 12. 为了使高内阻信号源与低阻负载能很好地配合，可以在信 号源与低阻负载间接入 ( C )。 A. 共射电路 B. 共基电路 《模拟集成电路设计》复习 答疑安排： 第13周星期二（5月29日），上午9:00-11:30，下午14:30-17:00，工三310 考试题型： 七道大题：第2章一题，第3、4章各两题，第5章一题，第6、7章共一题 考试注意事项： 所有题目采用课本P32表2.1的数据，V DD=3V，C OX=3.84 10-7F/cm2，忽略漏/源横向扩散长度L D。试题会给出所需参数值。 时刻区分大信号、小信号。 时刻注意是否考虑二级效应。 题目有“推导”两字时，需给出求解过程。 必考：画小信号等效电路 复习题 例2.2补充问题：（1）分析MOS工作区间变化情况；（2）画出I D-V DS 曲线；（3）推导线性区跨导表达式。 习题2.2注意：跨导的单位。 习题2.3补充问题：给定参数值，计算本征增益的数值。注意：画曲线时需考虑λ与L的关系。 例3.5 补充问题：画出图3.21(b)电路的小信号等效电路，推导增益表达式。 习题3.2问题（b）删去。补充问题：求R out。 习题3.12解题思路：I1→V out→V GS2→(W/L)2→A v 习题3.14 输出摆幅=V DD-V OD1-|V OD2|。 解题思路：A v，R out→g m1→(W/L)1→V OD1→|V OD2|→(W/L)2 第4章课件第49页的题目差模增益-g m1(r o1||r o3)，共模增益0，共模抑制比+∞ 例4.6 习题4.18 只要求图4.38(a)-(d)。补充问题：画出半边电路。注意：画半边电路时去掉电流源M5。 习题4.25 计算过驱动电压V OD时忽略沟道长度调制效应。注意双端输出摆幅为单端时的2倍。 习题5.1问题（e）删去。问题（c）和（d）有简单的计算方法。 习题5.5问题（b）（c）删去。λ=0。 例6.4补充问题：画出低频小信号等效电路，推导低频小信号增益；写出C D、C S分别包含哪些MOS电容。 习题6.9 只要求图6.39(a)(b)(c)。 例7.11只计算热输入参考噪声电压。 习题7.11补充问题：推导小信号增益。 模拟cmos集成电路设计实验 实验要求： 设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。实验报告包括以下几部分内容： 1、电路结构分析及公式推导 （例如如何根据指标确定端口电压及宽长比） 2、电路设计步骤 3、仿真测试图 （需包含瞬态、直流和交流仿真图） 4、给出每个MOS管的宽长比 （做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应） 5、实验心得和小结 单级放大器设计指标 两级放大器设计指标 实验操作步骤： a.安装Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host：202.38.81.119 Protocol: SSH Username/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2 然后点击run运行。会弹出xterm窗口。 修改密码 输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。 注意密码不会显示出来。 d.设置服务器节点 用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取） 选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名) 如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13 e.文件夹管理 通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。 在xterm中，输入mkdir SMIC40 然后进入新建的SMIC40文件夹， 在xterm中，输入cd SMIC40. 1． MOSFET 跨导g m 是如何定义的。在不考虑沟道长度调制时，写出MOSFET 在饱和区的g m 与 V GS ?V TH 、√D 和1V GS ?V TH 的关系表示式。画出它们各自的变化曲线。 2． MOSFET 的跨导g m 是如何定义的。在考虑沟道长度调制时，写出MOSFET 在饱和区的g m 与 V GS ?V TH 、√D 和1 V GS ?V TH 的关系表示式。画出它们各自的变化曲线。 3． 画出考虑体效应和沟道长度调制效应后的MOSFET 小信号等效电路。写出r o 和g mb 的定 义，并由此定义推出r o 和g mb 表示式。 4． 画出由NMOS 和PMOS 二极管作负载的MOSFET 共源级电路图。对其中NMOS 二极管负载共 源级电路，推出忽略沟道长度调制效应后的增益表示式，分析说明器件尺寸和偏置电流对增益的影响。对PMOS 二极管负载的共源级电路，对其增益表示式作出与上同样的分析。 5． 画出MOS 共源共栅级电路的电路图和其对应的小信号等效电路图。并推出此共源共栅 级电路的电压增益和输出电阻表示式。 6． 画出带源极负反馈电阻的以电阻作负载的MOS 共源级电路的电路图和其对应的小信号 等效电路图。写出此电路的等效跨导定义式，并由此推出在不考虑沟道长度调制和体效应情况下的小信号电压增益表示式。画出其漏电流和跨导随V in 的变化曲线图。 7． 画出带源极负反馈电阻的以电阻作负载的MOS 共源级电路的电路图和其对应的小信号 等效电路图。写出此电路的等效跨导定义式，并由此推出考虑沟道长度调制和体效应情 况下的小信号电压增益表示式。画出其漏电流和跨导随V in 的变化曲线图。 8． 画出以二极管连接的MOS 为负载的差动对和以电流源为负载的差动对的电路图。并求 出这两种电路的小信号增益。 9．下图给出一个电阻负载共源级放大器的高频模型。画出其小信号等效电路。并由此等效 电路推出其传输函数。就此传输函数，简要说明电路的零极点分布情况。 10．对如下图所示的共源级电路，画出其含有噪声的电路模型。并根据此模型图写出其输出 噪声电压V n ，out 2?????????和输入噪声电压V n ，in 2????????。 11．下图是一个电路系统的环路增益波特图，由图分析此系统的极点和零点情况。指出系统的稳定性，写出系统的开环和闭环传输函数，并由此求出闭环系统的极点公式来。 北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六 目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (14) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27) 实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图 1、 研究模拟集成电路的重要性：（1）首先，MOSFET 的特征尺寸越来越小，本征速度越来 越快；（2）SOC 芯片发展的需求。 2、 模拟设计困难的原因：（1）模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多 种因素间进行折衷，而数字电路只需在速度和功耗之间折衷；（2）模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要敏感得多；（3）器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要严重得多；（4）高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都是自动综合和布局的。 3、 鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。所谓“鲁棒性”， 是指控制系统在一定的参数摄动下，维持某些性能的特性。 4、 版图设计过程：设计规则检查（DRC ）、电气规则检查（ERC ）、一致性校验（LVS ）、RC 分布参数提取 5、 MOS 管正常工作的基本条件是:所有衬源（B 、S ）、衬漏（B 、D ）pn 结必须反偏 6、 沟道为夹断条件： ?GD GS DS T DS GS TH H V =V -≤V V V -V ≥V 7、 （1）截止区：Id=0；Vgs 模拟集成电路课程设计 CMOS两级运放设计 摘要 本课程设计要求完成一个两级运放的设计，采用设计工艺为CMOS的0.35um工艺技术，该工艺下器件可以等效为长沟道器件，在分析计算时可采用一级模型进行计算。本次设计主要了对于共模输入电压等指标提出了要求，详见下表。在正文中将就如何满足这些指标进行分析与讨论，并将计算结果利用cadence进行仿真，得出在0.35um工艺电路的工作情况。 电路分析 课程设计的电路图如下： 输入级（第一级）放大电路由M1-M5组成，其中M1与M2为NMOS差分输入对管，M3与M4为PMOS有源负载，M5为第一级提供恒定的偏置电流。 输出级（第二级）放大电路由M6、M7以及跨接在M6栅漏两端（即第二级电路输入与输出两端）的电容Cc组成，其中PMOS管M6为共源极接法，用于实现信号的放大，而M7与M5功能相同，为第二级提供恒定的偏置电流，同时M7还作为第二级的输出负载。Cc将用于实现第二级电路的密勒补偿，改变Cc的值可以用于实现电路中主极点与非主极点分离等功能。 偏置电路由恒流源IB和以二极管形式连接的M8组成，其中M8与M5，M7形成电流镜，M5和M7为相应电路提供电流的大小由其与M8的宽长比的比值来决定。 设计指标 本模块将根据设计要求的指标逐一进行分析： 开环直流增益：考虑直流增益时忽略所有电容的影响，画小信号图如下： 由小信号图可以得到电路中的直流增益为： A_v=-g_m1 r_02,4 g_m6 r_o6,7 式中r_02,4=r_o2 ||r_o4，r_o6,7=r_o6 ||r_o7，考虑到差分输入对管的一致性，故〖(W/L)〗_1=〖(W/L)〗_2，从而g_m1=g_m2，故上述表达式中用g_m1代为表示。 同时，考虑到下式： g_m=2I/((V_gs-V_th)) 以及表达式： r_o=1/"λI" =(V_E L)/I 从而可以将直流增益表达式表述为： A_v=-(4λ_n λ_n λ_p λ_p)/((V_gs-V_th )_1 (V_gs-V_th )_6 (λ_n+λ_p )^2 ) 同时可以将λ用V_E L替换，可以得出增益的大小在设计时只与MOS管的过驱动电压和沟道长度有关，当过驱动电压确定时（一般选取0.2V），则需要通过增加沟道长度L来提高增益。 由于对于0.35um的工艺库并不熟悉，可以通过对单管进行dc仿真，得到所需的厄利电压等参数，但在实际应用中并不需要，主要做法是根据计算得到的电路偏置电流，通过确定的过驱动电压进行单管仿真得到合适宽长比的工作在饱和区的MOS管。 单位增益带宽（GBW）：分析GBW时需要考虑电路在高频条件下的工作情况，小信号 1、 CMOS analog circuit design by P.E.ALLEN 评定：理论性90 实用性70 编写 100 精彩内容：运放的设计流程、比较器、 开关电容 这本书在国内非常流行，中文版也 翻译的很好，是很多人的入门教材。 建议大家读影印版，因为ic 领域 的绝大部分文献是以英文写成的。 如果你只能读中文版，你的学习资料 将非常有限。笔者对这本书的评价 并不高，认为该书理论有余，实用性 不足，在内容的安排上也有不妥的地 方，比如没有安排专门的章节讲述反 馈，在小信号的计算方面也没有巧方法。本书最精彩的部分应该就是运放的设计流程了。这是领域里非常重要的问题，像Allen 教授这样将设计流程一步一步表述出来在其他书里是没有的。这正体现了Allen 教授的治学风格：苛求理论的完整性系统性。但是，作为一项工程技术，最关键的是要解决问题，是能够拿出一套实用的经济的保险的方案。所以，读者会发现，看完最后一章关于ADC/DAC 的内容，似乎是面面俱到，几种结构的ADC 都提到了，但是当读者想要根据需求选择并设计一种ADC/DAC 时，却无从下手。书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen 教授求全的风格。不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。Allen 教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。书中的相关章节很适合作为开关电容电路的入门教材。该书的排版、图表等书籍编写方面的工作也做的很好。像Allen 这样的理论派教授不管在那所大学里，大概都会很快的获得晋升吧。另外，Allen 教授的学生Rincon Moca 教授写的关于LDO 的书非常详尽，值得一读。 2、 CMOS Circuit Design Layout and Simulation CMOS Mixed-Signal Circuit Design by R.J.Baker 评定：理论性80 实用性100 编写80 精彩内容：数据转换器的建模和测量、hspice 网表这本书的风格和Allen 的书刚好相反： 理论的系统性不强，但是极为实用，甚至给出 大量的电路仿真网表和hspice 仿真图线。 这本书的中文版翻译的也很好。最近出了第二 版，翻译人员换了，不知道翻译的水平如何。 不过，第二版好贵啊~~ Baker 教授在工业界 的实战经验丰富，曾经参加过多年的军方项目 的研发，接收器，锁相环，数据转换器，DRAM 等曾设计过。所以，书中的内容几乎了包含 了数字、模拟的所有重要电路，Baker 教授 CMOS放大器设计实验报告 一、实验目的 1.培养学生分析、解决问题的综合能力； 2.熟悉计算机进行集成电路辅助设计的流程； 3.学会适应cadence设计工具； 4.掌握模拟电路仿真方法 6.掌握电子电路、电子芯片底层版图设计原则和方法； 7.掌握使用计算机对电路、电子器件进行参数提取及功能模拟的过程； 8.熟悉设计验证流程和方法。 二、实验原理 单级差分放大器结构如下图所示： 在电路结构中，M2和M3组成了NMOS差分输入对，差分输入与 单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M0和M1电流镜为有源负载，可将差分输入转化为单端输出；M5管提供恒定的偏置电流。三、实验要求 设计电路使得其达到以下指标： 1.供电电压： 2.输入信号：正弦差分信号 3.共模电压范围为 4.差分模值范围 5．输出信号：正弦信号 6.摆率大于 7.带宽大于 8.幅值增益： 9.相位裕度： 10.功耗： 11.工作温度： 四、差分放大器分析 1、直流分析 为了使电路正常工作，电路中的MOS管都应处于饱和状态。 1.1 M2管的饱和条件: 1.2 M4管的饱和条件: 2.小信号分析 小信号模型如下： 由图可得： 2．1 增益分析 其中 2.2 频率响应分析由小信号模型易知： 其中 3．电路参数计算3．1确定电流 根据摆率指标： 根据功耗指标易知： 根据带宽指标： 综上，取: 3.2宽长比的确定 M4与M5：电流源提供的电流为，参数设为，根据电流镜原理，可以算出 M2与M3： 带入数据可得 取值为20，则取 M0与M1：这两个PMOS管对交流性能影响不大，只要使其下方的 1 《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容Cin为__ CF（1－A） __。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 11、1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，VGS=VTH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当VGS [转贴] 模拟集成电路设计的九个层次来源： 一篇好文章, 摘录于此,以示激励. 一段 你刚开始进入这行，对PMOS/NMOS/BJT什么的只不过有个大概的了解，各种器件的特性你也不太清楚，具体设计成什么样的电路你也没什么主意，你的电路图主要看国内杂志上的文章，或者按照教科书上现成的电路，你总觉得他们说得都有道理。你做的电路主要是小规模的模块，做点差分运放，或者带隙基准的仿真什么的你就计算着发文章，生怕到时候论文凑不够。总的来说，基本上看见运放还是发怵。你觉得spice 是一个非常难以使用而且古怪的东西。 二段 你开始知道什么叫电路设计，天天捧着本教科书在草稿纸上狂算一气。你也经常开始提起一些技术参数，Vdsat、lamda、early voltage、GWB、ft之类的。总觉得有时候电路和手算得差不多，有时候又觉得差别挺大。你也开始关心电压，温度和工艺的变化。例如低电压、低功耗系统什么的。或者是超高速高精度的什么东东，时不时也来上两句。你设计电路时开始计划着要去tape out，虽然tape out看起来还是挺遥远的。这个阶段中，你觉得spice很强大，但经常会因为AC仿真结果不对而大伤脑筋。 三段 你已经和PVT斗争了一段时间了，但总的来说基本上还是没有几次成功的设计经验。你觉得要设计出真正能用的电路真的很难，你急着想建立自己的信心，可你不知道该怎么办。你开始阅读一些JSSC或者博士论文什么的，可你觉得他们说的是一回事，真正的芯片或者又不是那么回事。你觉得Vdsat什么的指标实在不够精确，仿真器的缺省设置也不够满足你的要求，于是你试着仿真器调整参数，或者试着换一换仿真器，但是可它们给出的结果仍然是有时准有时不准。你上论坛，希望得到高手的指导。可他们也是语焉不详，说得东西有时对有时不对。这个阶段中，你觉得spice虽然很好，但是帮助手册写的太不清楚了。 四段 你有过比较重大的流片失败经历了。你知道要做好一个电路，需要精益求精，需要战战兢兢的仔细检查每一个细节。你发现在设计过程中有很多不曾设想过的问题，想要做好电路需要完整的把握每一个方面。于是你开始系统地重新学习在大学毕业时已经卖掉的课本。你把能能找到的相关资料都仔细的看了一边，希望能从中找到一些更有启发性的想法。你已经清楚地知道了你需要达到的电路指标和性能，你也知道了电路设计本质上是需要做很多合理的折中。可你搞不清这个“合理”是怎么确定的，不同指标之间的折中如何选择才好。你觉得要设计出一个适当的能够正常工作的电路真的太难了，你不相信在这个世界上有人可以做到他们宣称的那么好，因为聪明如你都觉得面对如此纷杂的选择束手无策，他们怎么可能做得到？这个阶段中，你觉得spice功能还是太有限了，而且经常对着"time step too small"的出错信息发呆，偶尔情况下你还会创造出巨大的仿真文件让所有人和电脑崩溃。 五段 你觉得很多竞争对手的东西不过如此而已。你开始有一套比较熟悉的设计方法。但是你不知道如何更加优化你手头的工具。你已经使用过一些别人编好的脚本语言，但经常碰到很多问题的时候不能想起来用awk 或者perl搞定。你开始大量的占用服务器的仿真时间，你相信经过大量的仿真，你可以清楚地把你设计的模块调整到合适的样子。有时候你觉得做电路设计简直是太无聊了，实在不行的话，你在考虑是不是该放弃了。这个阶段中，你觉得spice好是好，但是比起fast spice系列的仿真器来，还是差远了；你开始不相信AC仿真，取而代之的是大量的transient仿真。 六段 你开始明白在这个世界中只有最合适的设计，没有最好的设计。你开始有一套真正属于自己的设计方法，你会倾向于某一种或两种仿真工具，并能够熟练的使用他们评价你的设计。你开始在设计中考虑PVT的变化，你知道一个电路从开始到现在的演化过程，并能够针对不同的应用对他们进行裁减。你开始关注功耗集成电路设计基础_期末考试题
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