集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)---單級cmos放大電路的設(shè)計(jì)與仿真

1、<p><b>　　目錄：</b></p><p>　　摘要 ……………………………………………………………………1</p><p>　　Key words ………………………………………………………………1</p><p>　　1、綜述：…………………………………………………………………2</p><p>

2、　　2、單級CMOS放大電路的設(shè)計(jì) ……………………………………4</p><p>　　2.1 MOS管介紹：…………………………………………………………………4</p><p>　　2.2 MOS特性分析……………………………………………………………………5</p><p>　　2.3單級CMOS放大電路的設(shè)計(jì)原理………………………………………………6<

3、/p><p>　　3、原理圖的繪制以及電路的仿真………………………………………7</p><p>　　3.1 軟件概述……………………………………………………………………7</p><p>　　3.2 原理圖的繪制 ……………………………………………………7</p><p>　　3.3 直流工作點(diǎn)的分析……………………………………………………

4、………8</p><p>　　3.4 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測試………………………………………………………9</p><p>　　1.瞬態(tài)分析 ……………………………………………………………………9</p><p>　　2. 傅里葉分析 ………………………………………………………………11</p><p>　　3.5 仿真結(jié)果 ……………………

5、………………………………………………12</p><p>　　3.6 測量結(jié)果以及誤差分析： …………………………………………………12</p><p>　　4. 總結(jié)： …………………………………………………………………………13</p><p>　　5. 心得體會 ……………………………………………………………………13</p><p

6、>　　6. 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………14</p><p>　　單級CMOS放大電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本文對單擊CMOS放大器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。首先將對CMOS管進(jìn)行簡單介紹和進(jìn)行特性分析，并對單級CMOS放大電路的設(shè)計(jì)原理做了簡單介紹。然

7、后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過Hspice軟件仿真系統(tǒng)對單級CMOS放大電路進(jìn)行仿真，包括直流工作點(diǎn)的分析，瞬態(tài)分析，傅里葉分析。并對其靜態(tài)工作點(diǎn)和交流小信號分析做出闡述。從而使我們了解到模擬CMOS集成電路的一般設(shè)計(jì)方法和思路，以及Hspice軟件的一些基本操作和防真功能。通過實(shí)際操作進(jìn)一步了解CMOS的特性以及在我們的實(shí)際生活中具有什么樣的地位。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b><

8、;/p><p>　　直流工作點(diǎn)分析、單級CMOS放大電路、仿真操作、CMOS晶體管、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、Hspice</p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　The click CMOS amplifier circuit design and simulation. The first of CMOS tub

9、e was introduced and the characteristics are analyzed, and on the single stage CMOS amplifying circuit design principle was briefly introduced. Then according to design requirements, through the Hspice software simulatio

10、n system on single CMOS amplification circuit simulation, including DC operating point analysis, transient analysis, Fourier analysis. And the static working point and make the small signal analysis. In </p><p

11、><b>　　Key word.</b></p><p>　　Analysis of DC, single stage CMOS amplification circuit, simulation operation, CMOS transistor, transient analysis, Fourier analysis, Hspice</p><p>&l

12、t;b>　　綜述：</b></p><p>　　金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱金氧半場效應(yīng)晶體管。是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效應(yīng)晶體管。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管依照其“溝道”的極性不同，可分為電子占多數(shù)的N溝道型與空穴占多數(shù)的P溝道型，通常又稱為N型金氧半場效應(yīng)晶體管（NMOSFET）與P型金氧半場效應(yīng)晶體管（PMOSFET）。0世紀(jì)最初的10年，通信系統(tǒng)已開始應(yīng)用半導(dǎo)體

13、材料。20世紀(jì)上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音機(jī)，就采用礦石這種半導(dǎo)體材料進(jìn)行檢波。半導(dǎo)體的電學(xué)特性也在電話系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。 　　晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當(dāng)時(shí)工程師利蓮費(fèi)爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專利。但是，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，制造這種器件的材料達(dá)不到足夠的純度，而使這種晶體管無法制造出來。 　　由于電子管處理高頻信號的效果不理想，人們就設(shè)法改進(jìn)礦石收音機(jī)中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石

14、（半導(dǎo)體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細(xì)且能形成檢波接點(diǎn)），它既能讓信號電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，又能阻止信號電流朝相反方向流動(dòng)。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實(shí)驗(yàn)室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時(shí)</p><p>　　放大現(xiàn)象存在于各種場合，例如，利用放大鏡放大微小物體，這是光學(xué)中的放大；利用杠桿原理用小力移動(dòng)物體，這是力學(xué)中的放大；利用變壓器降低電壓變換成高電壓，這是電學(xué)中的放大。研究他們的共同特

15、點(diǎn)，一是都將物體形狀或大小的差異按一定比例放大了，而是放大前后能量守恒，例如，杠桿原理中前后端做功相同，理想變壓器的原、副邊功率相等。</p><p>　　放大器有一些比較重要的參數(shù)：增益、速度、功耗、電源電壓、線性度、噪聲、最大電壓擺幅。而這些參數(shù)中，增益和速度是這其中最重要的參數(shù)，他們對于放大器的性能有著很大的影響。更進(jìn)一步，輸入輸出阻抗決定電路該如何與前級和后級相互配合。在實(shí)際中，這些參數(shù)中的大多數(shù)都會相互

16、牽制，這將導(dǎo)致設(shè)計(jì)變成一個(gè)對為優(yōu)化的問題。</p><p>　　放大的前提是不失真，機(jī)只有在不失真的情況下放大才有意義。晶體管和場效應(yīng)管是放大電路的核心元件，只有他們工作再合適的區(qū)域（晶體管工作再放大區(qū)、場效應(yīng)管工作在橫流區(qū)），才能使輸出量和輸入量始終保持線性關(guān)系，即電路才不會產(chǎn)生失真。</p><p>　　由于任何穩(wěn)態(tài)信號都可分解為若干頻率正弦信號的疊加，所以，放大電路常以正弦波形式作為

17、測試信號。</p><p>　　在大多數(shù)模擬電路和許多數(shù)字電路中，放大是一種基本的功能。我們放大一個(gè)模擬或數(shù)字信號是因?yàn)檫@個(gè)信號太小而不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而不能克服后繼的噪聲或者是不能為數(shù)字電路提供邏輯電平。</p><p>　　放大器的輸入輸出特性通常是一個(gè)在一定信號范圍內(nèi)可以用一個(gè)多項(xiàng)式來描述的非線性函數(shù)：</p><p>　　輸入輸出可以使電流值也可以是電壓值。&l

18、t;/p><p>　　放大電路的組成原則：</p><p>　　1）靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源，合適的電路參數(shù)</p><p>　?。?）動(dòng)態(tài)信號能夠作用于有源器件的輸入回路，在負(fù)載上 能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號。</p><p>　?。?）對實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能 少、負(fù)載上無直流分量。</p&

19、gt;<p>　　通常放大電路中直流電源和交流信號的作用共存，并且由于電路中電抗元件的存在，交流電流和直流電流流過的通路是不一樣的，使電路的分析復(fù)雜化。為簡化分析，在分析時(shí)將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。</p><p>　　放大器主要分為四類：</p><p>　　共源結(jié)構(gòu)、共刪結(jié)構(gòu)、源跟隨器、和共源共刪結(jié)構(gòu)。</p><p>　　模擬

20、最初CMOS即使只用于數(shù)字設(shè)計(jì)，但是降低成本和增加集成電路功能的持續(xù)推動(dòng)力以使其用于模擬、模擬數(shù)字和混合信號（包含模擬電路和數(shù)字信號處理的芯片）設(shè)計(jì)。將CMOS技術(shù)用于模擬設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮匹配。匹配時(shí)用于描述兩個(gè)相同晶體管電學(xué)特性一致性的詞匯。匹配程度通常限制了設(shè)計(jì)的質(zhì)量（例如，監(jiān)視器的清晰度測量的精度等）。</p><p><b>　　HSpice簡介</b></p><

21、p>　　隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及集成電路規(guī)模不斷提高，對電路性能的設(shè)計(jì)要求越來越嚴(yán)格，這勢必對用于大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的EDA 工具提出越來越高的要求。自1972 年美國加利福尼亞大學(xué)柏克萊分校電機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系開發(fā)的用于集成電路性能分析的電路模擬程序SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）誕生以來，為適應(yīng)現(xiàn)代微電子工業(yè)的發(fā)展，各種用于集成電路設(shè)計(jì)的電路模擬分析工具不斷涌現(xiàn)。HSP

22、ICE 是Meta-Software 公司為集成電路設(shè)計(jì)中的穩(wěn)態(tài)分析，瞬態(tài)分析和頻域分析等電路性能的模擬分析而開發(fā)的一個(gè)商業(yè)化通用電路模擬程序，它在柏克萊的SPICE（1972 年推出），MicroSim公司的PSPICE （1984 年推出）以及其它電路分析軟件的基礎(chǔ)上，又加入了一些新的功能，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，目前已被許多公司、大學(xué)和研究開發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用。</p><p>　　HSPICE 可與許多主要的EDA

23、設(shè)計(jì)工具，諸如Cadence,Workview 等兼容，能提供許多重要的針對集成電路性能的電路仿真和設(shè)計(jì)結(jié)果。采用HSPICE 軟件可以在直流到高于100MHz 的微波頻率范圍內(nèi)對電路作精確的仿真、分析和優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用中， HSPICE能提供關(guān)鍵性的電路模擬和設(shè)計(jì)方案，并且應(yīng)用HSPICE進(jìn)行電路模擬時(shí)，其電路規(guī)模僅取決于用戶計(jì)算機(jī)的實(shí)際存儲器容量。</p><p>　　Avant! Start-Hspice（

24、現(xiàn)在屬于Synopsys公司）是IC設(shè)計(jì)中最常使用的電路仿真工具，是目前業(yè)界使用最為廣泛的IC設(shè)計(jì)工具，甚至可以說是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。目前，一般書籍都采用Level 2的MOS Model進(jìn)行計(jì)算和估算，與Foundry經(jīng)常提供的Level 49和Mos 9、EKV等Library不同，而以上Model要比Level 2的Model復(fù)雜的多，因此Designer除利用Level 2的Model進(jìn)行電路的估算以外，還一定要使用電路仿真軟件Hs

25、pice、Spectre等進(jìn)行仿真，以便得到精確的結(jié)果。本文將從最基本的設(shè)計(jì)和使用開始，逐步帶領(lǐng)讀者熟悉Hspice的使用，并對仿真結(jié)果加以討論，并以一個(gè)運(yùn)算放大器為例，以便建立IC設(shè)計(jì)的基本概念。在文章的最后還將對Hspice的收斂性做深入細(xì)致的討論。Star-Hspice 與絕大多數(shù)SPICE的變種相兼容，并有如下附加的特征： 優(yōu)秀的收斂性 、精確的模型，包括許多加工模型 層次節(jié)點(diǎn)命名參考 、對模型和電路單元的最優(yōu)化，在AC，D

26、C和瞬態(tài)仿真中，帶有遞增和同步的多參數(shù)優(yōu)化。 帶解釋的Monte Carlo和極</p><p>　　2、單級CMOS放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 MOS管介紹：</p><p>　　CMOS晶體管（金屬-氧化-半導(dǎo)體）（Metal-Oxide-Semi Conductor）結(jié)構(gòu)的晶體管簡稱MOS晶體管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構(gòu)

27、成的集成電路稱為MOS集成電路，而有PMOS管和NMOS管共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路即為CMOS-IC(Complementary MOS Integrated Circuit)。</p><p>　　目前使用最最廣泛的晶體管是CMOS晶體管，CMOS晶體管特點(diǎn)首先CMOS晶體管功耗和抗干擾能力優(yōu)于同時(shí)期的TTL器件，而且速度和TTL器件相當(dāng)，所以CMOS取代TTL是大勢所趨，我們看到目前集成電路上的晶體管還

28、有幾乎所有PLD器件都是采用CMOS技術(shù)，這一點(diǎn)就說明了CMOS的大行其道。</p><p><b>　　放大器的特點(diǎn)：</b></p><p>　　放大器有一些比較重要的參數(shù)：增益、速度、功耗、電源電壓、線性度、噪聲、最大電壓擺幅。而這些參數(shù)中，增益和速度是這其中最重要的參數(shù)，他們對于放大器的性能有著很大的影響。更進(jìn)一步，輸入輸出阻抗決定電路該如何與前級和后級相互配

29、合。在實(shí)際中，這些參數(shù)中的大多數(shù)都會相互牽制，這將導(dǎo)致設(shè)計(jì)變成一個(gè)對為優(yōu)化的問題。</p><p>　　在大多數(shù)模擬電路和許多數(shù)字電路中，放大是一種基本的功能。我們放大一個(gè)模擬或數(shù)字信號是因?yàn)檫@個(gè)信號太小而不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而不能克服后繼的噪聲或者是不能為數(shù)字電路提供邏輯電平。放大在反饋系統(tǒng)中也起著重要作用。</p><p>　　在分析每個(gè)電路的大信號特性和小信號特性時(shí)，我們建立一些直觀的方法

30、和模型，這些方法和模型對于理解更復(fù)雜的系統(tǒng)被證明是有效的。電路設(shè)計(jì)者任務(wù)的一個(gè)重要部分就是適當(dāng)?shù)慕苼斫?fù)雜電路的簡單的智力模型。這樣獲得的直覺知識是我們通過觀察就能用公式表示大多數(shù)電路的特性，而不需要通過冗長的計(jì)算。</p><p>　　2.2 MOS特性分析</p><p>　　1.MOS管種類和結(jié)構(gòu) </p><p>　　MOSFET管是FET的一種（另一種

31、是JFET），可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。 </p><p>　　對于這兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。 </p><p>　　

32、MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細(xì)介紹。</p><p>　　在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（如馬達(dá)），這個(gè)二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。</p>

33、<p><b>　　MOS管導(dǎo)通特性</b></p><p>　　導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。</p><p>　　NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。</p><p>　　PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的

34、情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。</p><p>　　2，MOS開關(guān)管損失 </p><p>　　不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻

35、一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。 </p><p>　　MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過程，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。</p><p>　　導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通

36、時(shí)的損失；降低開關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。</p><p><b>　　3,MOS管驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。</p><p>　　在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，

37、GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷﹄娙莩潆娝查g可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。</p><p>　　第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。

38、如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。</p><p>　　上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。</p

39、><p>　　4，MOS管應(yīng)用電路 </p><p>　　MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。</p><p>　　2.3單級CMOS放大電路的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　由NMOS管和PMOS管組成的互補(bǔ)放大電路稱為CMOS放大電路。它具有電壓增益高，輸出電壓變化范

40、圍寬等特點(diǎn)。原理圖如下：</p><p>　　圖1.單級CMOS放大電路原理圖</p><p>　　3、原理圖的繪制以及電路的仿真</p><p>　　3.1 軟件概述</p><p>　　Star-Hspice有著無與倫比的優(yōu)勢用于快速精確的電路和行為仿真。它使電路級性能分析變得容易，并且生成可利用的Monte Carlo、最壞情況、參

41、數(shù)掃描（sweep），數(shù)據(jù)表掃描分析，而且還使用了最可靠的自動(dòng)收斂特性。Star-Hspice是組成全套Avant！工具的基礎(chǔ)，并且為那些需要精確的邏輯校驗(yàn)和電路模型庫的實(shí)際晶體管特性服務(wù)。被Star-Hspice仿真的電路的大小局限于計(jì)算機(jī)所使用的虛擬內(nèi)存。Star-Hspice軟件對接口可用于各式各樣設(shè)計(jì)框架的各種計(jì)算機(jī)平臺作了優(yōu)化。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及集成電路規(guī)模不斷提高，對電

42、路性能的設(shè)計(jì)要求越來越嚴(yán)格，這勢必對用于大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的EDA 工具提出越來越高的要求。自1972 年美國加利福尼亞大學(xué)柏克萊分校電機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系開發(fā)的用于集成電路性能分析的電路模擬程序SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）誕生以來，為適應(yīng)現(xiàn)代微電子工業(yè)的發(fā)展，各種用于集成電路設(shè)計(jì)的電路模擬分析工具不斷涌現(xiàn)。HSPICE 是Meta-Software 公司為集成電路設(shè)計(jì)中的穩(wěn)態(tài)分析

43、，瞬態(tài)分析和頻域分析等電路性能的模擬分析而開發(fā)的一個(gè)商業(yè)化通用電路模擬程序，它在柏克萊的SPICE（1972 年推出），MicroSim公司的PSPICE （1984 年推出）以及其它電路分析軟件的基礎(chǔ)上，又加入了一些新的功能，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，目前已被許多公司、大學(xué)和研究開發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用。Hspice輸入網(wǎng)表文件為.sp文件，模型和庫文件為.inc和.lib，Hspice輸出文件有運(yùn)行狀態(tài)文件.st0、輸出列表文件.lis、瞬態(tài)分析文

44、件.tr#、直流分析文件.sw#、交流分析文件.ac#、測量輸出文</p><p>　　HSPICE 可與許多主要的EDA 設(shè)計(jì)工具，諸如Cadence,Workview 等兼容，能提供許多重要的針對集成電路性能的電路仿真和設(shè)計(jì)結(jié)果。采用HSPICE 軟件可以在直流到高于100MHz 的微波頻率范圍內(nèi)對電路作精確的仿真、分析和優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用中， HSPICE能提供關(guān)鍵性的電路模擬和設(shè)計(jì)方案，并且應(yīng)用HSPICE

45、進(jìn)行電路模擬時(shí)，其電路規(guī)模僅取決于用戶計(jì)算機(jī)的實(shí)際存儲器容量。</p><p>　　3.2 原理圖的繪制</p><p>　　運(yùn)用Hspice軟件后根據(jù)上文中的原理圖繪制仿真電路如下圖2所示：</p><p>　　圖二。單級CMOS放大器的原理仿真圖</p><p>　　3.3直流工作點(diǎn)的分析</p><p>　　圖

46、3.單級CMOS 放大電路直流工作點(diǎn)分析圖</p><p>　　直流工作點(diǎn)分析用于確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。在進(jìn)行直流分析時(shí)，假設(shè)交流源為零且電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，也就是假定電容開路、電感短路、電路中的數(shù)字器件看作高阻接地。直流分析的結(jié)果常常作為以后分析的基礎(chǔ)。例如，直流分析所得的直流工作點(diǎn)作為交流分析時(shí)小信號非線性器件的線性工作區(qū)；直流工作點(diǎn)作為暫態(tài)分析的初始條件。直流工作點(diǎn)的分析實(shí)在電路中電感短路。該分析無特別需要的

47、分析參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　進(jìn)行掃描可得下圖4：</p><p>　　圖4.對電路直流掃描波形圖</p><p>　　從圖中曲線可以看出，當(dāng)時(shí)，M1截止，M2工作在可變電阻區(qū)，當(dāng)1.91V《2.09V時(shí)，M1, M2同時(shí)工作在飽和區(qū)，V0=V(6)增加線性下降，曲線較陡，該區(qū)域是線性放大區(qū)。當(dāng)V。1.91后M1進(jìn)入可變電阻區(qū)，因此，曲線隨Vgg的增加而緩慢下

48、降。</p><p>　　3.4動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測試</p><p><b>　　1.瞬態(tài)分析</b></p><p>　　瞬態(tài)分析不用考慮各種參數(shù)隨時(shí)間的變化，仿佛時(shí)間定格在那里 你能得到這時(shí)的各種物理參數(shù)（這一瞬時(shí)的）是物理研究中經(jīng)常用到的一種方法。把隨時(shí)間變化是非復(fù)雜的事物 在時(shí)間上定格 然后對其分析 總結(jié)規(guī)律 最后再應(yīng)用到隨時(shí)間的變

49、化上 得到總體的變化規(guī)律。 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析用于確定結(jié)構(gòu)在任意時(shí)間隨載荷變化作用下響應(yīng)的一種分析方法，也稱為時(shí)間歷程分析。ANSYS瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以考慮材料、接觸、幾何非線性，也就是說允許各種非線性行為。</p><p>　　該電路的瞬態(tài)分析后的波形圖如下圖5： </p><p>　　圖5.單級CMOS放大電路瞬態(tài)分析圖</p><p><b>

50、;　　圖6：增益的變化</b></p><p>　　圖7：輸入電阻分析圖</p><p>　　圖8：輸出電阻分析圖</p><p><b>　　2. 傅里葉分析</b></p><p>　　傅里葉分析Fourier analysis 分析學(xué)中18世紀(jì)逐漸形成的一個(gè)重要分支，主要研究函數(shù)的傅里葉變換及其性質(zhì)。

51、又稱調(diào)和分析。 傅里葉分析Fourier analysis 分析學(xué)中18世紀(jì)逐漸形成的一個(gè)重要分支，主要研究函數(shù)的傅里葉變換及其性質(zhì)。又稱調(diào)和分析。在經(jīng)歷了近2個(gè)世紀(jì)的發(fā)展之后，研究領(lǐng)域已從直線群、圓周群擴(kuò)展到一般的抽象群。關(guān)于后者的研究又成為群上的傅里葉分析。傅里葉分析作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，無論在概念或方法上都廣泛地影響著數(shù)學(xué)其它分支的發(fā)展。數(shù)學(xué)中很多重要思想的形成，都與傅里葉分析的發(fā)展過程密切相關(guān)。</p><

52、;p>　　圖8：傅里葉分析波形圖</p><p><b>　　3.5 仿真結(jié)果</b></p><p>　　經(jīng)過上面的直流分析和瞬態(tài)分析以及傅里葉分析可以得出該電路的輸出結(jié)果與設(shè)計(jì)所要求的結(jié)果基本吻合，符合預(yù)期的結(jié)果。雖然輸出有一些微小的差異，但都是可以的，在所得的仿真結(jié)果中除增益和速度之外，還有功耗，電源電壓，線性度，噪聲和最大電壓擺幅等參數(shù)猶為重要。<

53、/p><p>　　測量結(jié)果以及誤差分析：</p><p>　　產(chǎn)生偏差的主要原因：</p><p>　　1. 元器件本身的原因</p><p>　　2. 測量時(shí)的讀數(shù)誤差</p><p>　　3. 軟件本身原因所引起的誤差</p><p>　　4. 溫度等外界環(huán)境所引起的原因</p>

54、<p><b>　　4.總結(jié)：</b></p><p>　　通過對單級放大器的設(shè)計(jì)以及仿真過程，讓我們更加明確該電路所辨識的電壓增益的計(jì)算。其中，M2、M4兩個(gè)管子的輸出電阻和靜態(tài)工作電流有關(guān)系，若電流越小，其阻值越大，M2管的跨導(dǎo)與其的寬長比成正比。因此，適當(dāng)?shù)慕ㄐ９ぷ麟娏?，增大M2管的寬長比可以提高電壓增益。</p><p><b>　　5.心

55、得體會：</b></p><p>　　經(jīng)過兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也曾想放棄過，也曾一度興趣盎然。從開始時(shí)的躍躍欲試，到后來的艱難困擾，再到最后完成使得喜悅。這一切的一切都記錄這我這一過程中一步一步走過來的足跡,見證著我的努力與成長！</p><p>　　還記得在最開始時(shí)的迷茫，在最開始時(shí)在不知方向的情況下亂闖的心情，再到后來一點(diǎn)一滴的積累，一步一步

56、的前進(jìn)，一點(diǎn)一點(diǎn)的結(jié)晶我們的目標(biāo)！在這個(gè)過程中有驕躁、有無奈、有迷茫、不知所措、有灰心喪氣，但是也有欣喜、有快樂 有一種前所未有的成就感！而這就是我們的生活。</p><p>　　汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，在我們之前，有多少前輩在這條不好走的路上留下了多少汗水、多少心血。我才意識到老一輩測繪為我們的社會付出。我想說，測繪確實(shí)

57、有些辛苦，但苦中也有樂，在如今物欲很流的世界，很少有機(jī)會能與大自然親密接觸，但我們可以，而且測繪也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的實(shí)習(xí)，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說，測繪確實(shí)很累，但當(dāng)我們所測的數(shù)據(jù)制成成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。即便如此、這次課程設(shè)計(jì)的過程對于我們來說依舊是一條布滿荊棘的密林。

58、我們在這所迷宮中竭盡所能的想要保持著輕靈的頭腦，倒是事與愿違。在這一過程中我們依舊暈頭轉(zhuǎn)向，即使是最開始的軟件安裝，只是簡單的依舊讓我們費(fèi)神半天。而這就是生活，而正是有著這樣那樣的挑戰(zhàn)才讓我們的生活并不單一而了無生趣，而是充滿著來至對新生事物的好奇與期待。而在這一過程中雖說有困難、有失望，但是結(jié)果得給我們的欣喜卻是那樣的強(qiáng)</p><p>　　同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，

59、必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。 </p><p>　　對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實(shí)習(xí)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！&l

60、t;/p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》畢查德·拉扎維 著，西安交通大學(xué)出版社，2003年</p><p>　　2.《CMOS電路模擬與設(shè)計(jì)-基于Hspice》鐘文耀等編著，科學(xué)出版社，2006年</p><p>　　3.《CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)》

61、Phillip·E·AllenS 著，電子工業(yè)出版社，2005年</p><p>　　4. Chershiung Tsai,Mingyuan Guo.A VHF oscillator design based on BJT active load differential amplifier[J]. IEEE Conference on Electron Devices and Solid-S