（十五）基于Cadence 617 gmid设计方法的两级放大器设计教程

设计要求

VDD=2.5V,AV≥10M,CL=10pf，SR=10V/us，I≤800u VDD = 2.5 V, A_{V} \ge 10M,C_{L}=10pf，SR=10V/us，I\le800 uVDD=2.5V,AV​≥10M,CL​=10pf，SR=10V/us，I≤800u

1. gmid曲线

  NMOS

  PMOS

2. 指标公式

3. 电容的选取

  C_L 考虑寄生参数实际电路计算取 _{1.2 CL},_{CL = 12 pf}

  C_C = 0.2 ~ 0.3 C_L ,计算取 _{CC = 3.6 pf}

4. 稳定性要求

  单极点近似：ωu=GBW=gm12πCc\omega _{u} = GBW = \frac{\Large g_{m1} }{\Large 2\pi C_{c}}ωu​=GBW=2πCc​gm1​​

  相位裕度要达到 60° ，需要 ωp2=2∼3 ωu\omega _{p2} = 2 \sim 3\,\omega _{u} ωp2​=2∼3ωu​ ωp2=2.3 ωu\omega _{p2} = 2 .3\,\omega _{u} ωp2​=2.3ωu​

     g_m8 / g_m1 = 10 才能有一个好的稳定性

5. gmid 方法步骤

1. 从GBW出发决定op的g_m（C_L一般为定值） GBW=gm2πCLGBW= \frac{\Large g_{m} }{\Large 2\pi C_{L}}GBW=2πCL​gm​​
2. 根据增益与速度选择一个合适的 L
3. 短沟道有着高的速度 ft=gm2πcgs=12π32μVOVL2f_{t}=\frac{\Large g_{m}}{\Large 2 \pi c_{g s}}=\frac{1}{2 \pi} \frac{3}{2} \frac{\mu V_{O V}}{L^{2}}ft​=2πcgs​gm​​=2π1​23​L2μVOV​​
4. 长沟道有着大的增益 AV=gmrDS=2VELVOVA_{V}=g_{m} r_{D S}=\frac{2 V_{E} L}{V_{O V}}AV​=gm​rDS​=VOV​2VE​L​
5. 选择MOS的g_m/I_d
   
       大的gm/id （做放大器，使得电压噪声要小，低功耗 ，宽摆幅，小的过驱动电压）
   
       小的gm/id （做电流源，使得电流噪声要小，高速度）
6. 决定电流 I*（由1 的g_m，3的g_m/I_d决定）
7. 从 g_m / I_d VS I_d / w 表中，查3 中g_m / I_d对应的I_d / w，将I*除以 I_d / w 得到 W *

6. 计算

M_1,2 参数选取

​ 考虑 g_m1,2 为放大器设计 g_m/I_D = 12（ 考虑噪声的影响 ），取 g_m1,2 = 720u，则 I_1,2 = 60 u

A_V = 1000 ，有两级运放 第一级 A_V1 ≥ 40 ，第二级 A_V2 ≥ 30

1. 决定 gm :ICL≥10 v/us，CL=10 pf，I≥100 ugm12πCc≥10 M，gm1.2≥ 226.2u，gm1.2I≥ 2.26\frac{\large I}{\Large C_{L} } \ge 10 \,\,v/us，{C_{L} } = 10 \,\,pf，I \ge 100 \,\,u\\ \frac{\large g_{m1} }{\large 2\pi C_{c}} \ge 10\,M，\large g_{m_{1.2}} \ge\, 226.2 u，\frac{\large g_{m_{1.2}}}{\large I} \ge \,2.26\\ CL​I​≥10v/us，CL​=10pf，I≥100u2πCc​gm1​​≥10M，gm1.2​​≥226.2u，Igm1.2​​​≥2.26 gm1,2 / ID1,2 = 12 , 取 gm1,2 = 720 u, ID1,2 = 60u
2. 选一个合适的 L 从表可以看出 本征增益 大于 80 可选取 L = 400 n
3. 选择MOS的gm/Id 考虑到噪声的影响，选取 gm1,2 / ID1,2 = 12
4. 决定电流 I* 由 1 的gm1,2 与 2 的 gm1,2 / ID1,2 = 12 得到 ID1,2 = 60 u
5. 求 W * ID/W = 5.5 则 W * = I / ID/ W = 10.9u*

  M₆ 参数选取

​   I_D1,2 = 60 u 则 I_D6 = 120 u

​   取 L = 1 u, g_m6 / I_D6 = 10 计算 g _m6 = 1200 u

​   查表得 I_D/ W = 3.7 ，得 W₆ = 32.43 u

M_3,4 参数选取

  ​ I_D3,4 = 60 u

  ​ 取 L = 1 u, g_m6 / I_D6 = 10 计算 g _m6 = 600 u

​   查表得 I_D/ W = 0.912 ，得 W_3,4 = 65.64 u

  M₈ 参数选取

​    g_m8 / g_m1 = 10 才能有一个好的稳定性，则 g_m8 = 7.2 m

​   L = 200 n ， g_m8 / I_D8 = 12 ， I_D8 = 600 uA

​    查表得 I_D/ W = 3.85 ，得 W₈ = 155.84 u

  M₇ 参数选取

​    L = 1 u (同6) ， g_m7 / I_D7 = 10 ， I_D7 = 600 u， g_m7 = 6 m

​   查表得 I_D/ W = 3.7 ，得 W₈ = 162.1 u

  M₅ 参数选取

​    M5与M6构成一个电流镜，选取同样的规格就行

   电流源

​   _{ID6 = 120 u} ,电流源提供 120 u 的电流

7. 参数汇总表

8. 电路图

9 . 仿真

  DC 仿真

  稳定性仿真

  压摆率

  零极点仿真

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