模拟cmos集成电路设计笔记

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模集复习笔记

By 潇然 2018.6.20

2.2 I/V特性

1. I-V特性

2. 跨导

定义：VGS对IDS的控制能力（IDS对VGS变化的灵敏度） 饱和区跨导gm表达式：

2. 线性电阻表达式

2.3 二级效应 1. 体效应

γ为体效应系数，典型值0.3-0.4V

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-1/2

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2. 沟道长度调制效应

2.4 MOS器件模型

定义：信号相对于偏置工作点而言比较小、不会显著影响偏置工作点时用该模型简化计算由gm、gmb、rO等构成低频小信号模型，高频时还需加上CGS等寄生电容、寄生电阻（接触孔电阻、导电层电阻等）

1. MOS小信号模型

① 沟长调制效应引起的输出电阻

② 体效应跨导

2. 完整的MOSFET小信号模型

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用于计算各节点时间常数、找出极点 2.5 放大器的性能参数 AIC设计的八边形法则

分别为：速度、功耗、增益、噪声、线性度、电压摆幅、电源电压、输入输出阻抗

参数之间互相制约，设计时需要在这些参数间折衷 3.2 共源级

1. 电阻负载

理想情况：

考虑沟长调制效应：

2. 二极管接法的MOS做负载 ① NMOS二极管负载

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存在体效应时的阻抗：

忽略η随Vo

CMOS模拟集成电路 设计与仿真

罗广孝 编

华北电力大学

二○○七年九月

前 言

随着信息技术及其产业的迅速发展，当今社会进入到了一个崭新的信息化时代，微电子技术正是信息技术的核心技术。自从TI公司的科学家基尔比(Clair Kilby) 在1958年发明了第一块集成电路以来，集成电路技术已经逐渐成为整个信息社会必不可少的支柱。

1956年北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学等五校在北大联合创建半导体专业，为我国培养第一批半导体人才，经过几代人的默默耕耘、韬光养晦，终于在自主创新之路上有所成就。目前，国内整个集成电路产业链逐渐完善，但是设计能力仍然相对滞后，希望本讲义的编写能为我校集成电路设计方向学科的建设、集成电路设计人才的培养尽绵薄之力。

内容概要

本书所涉及的实践内容，旨在培养学生对相关课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力以及集成电路设计软件工具的使用，掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能，为学生进一步学习后续有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。

基本微电子电路设计与仿真部分：首先简单介绍了电路仿真工具HSPICE的使用，通过典型的微电子电路的分析和设计，并用HSPICE软件完成了电路的仿真，目的是让学生掌握集成电

CMOS集成电路简述

摘 要：随着控制、通信、人机交互和网络互联等新型电子信息技术的不断发展，传统工业设备融合了大量最新的电子信息技术，它们一起构成了庞大而复杂的系统派生出大量新兴的电子信息技术电子应用需求。近年来，集成电路设计技术、集成电路制造技术等飞速发展，对现代科学与技术的发展起到了巨大的推动和促进作用。本文简述了集成电路理论，以及CMOS相关知识。

关键词：CMOS 集成电路 一、集成电路发展

自从1958年诺贝尔物理学奖获得者―美国德州仪器公司工程师 Jack Kilby发明世界上第一块集成电路以来，集成电路一直在改变人们的生活。作为电子信息产品的核心部件，集成电路通常被誉为现代电子信息产品的“芯”脏。近年间，伴随着民用家电、PC和手机等电子信息产品的大规模普及，集成电路产业得到了飞速发展。具体来说，全球集成电路产业结构经历了3次较为重大的变革。

1、首次变革：以加工制造为主导。变革初期，集成电路设计与制造产业只作为企业的附属部门而存在，

集成电路产品是为企业本身的电子系统产品而服务。此时，企业中对集成电路没有专业分工，企业所需掌握的集成电路技术十分全面，不但生产晶体管、集成电路，就连生产所需的设备都自

CMOS集成电路简述

摘 要：随着控制、通信、人机交互和网络互联等新型电子信息技术的不断发展，传统工业设备融合了大量最新的电子信息技术，它们一起构成了庞大而复杂的系统派生出大量新兴的电子信息技术电子应用需求。近年来，集成电路设计技术、集成电路制造技术等飞速发展，对现代科学与技术的发展起到了巨大的推动和促进作用。本文简述了集成电路理论，以及CMOS相关知识。

关键词：CMOS 集成电路 一、集成电路发展

自从1958年诺贝尔物理学奖获得者―美国德州仪器公司工程师 Jack Kilby发明世界上第一块集成电路以来，集成电路一直在改变人们的生活。作为电子信息产品的核心部件，集成电路通常被誉为现代电子信息产品的“芯”脏。近年间，伴随着民用家电、PC和手机等电子信息产品的大规模普及，集成电路产业得到了飞速发展。具体来说，全球集成电路产业结构经历了3次较为重大的变革。

1、首次变革：以加工制造为主导。变革初期，集成电路设计与制造产业只作为企业的附属部门而存在，

集成电路产品是为企业本身的电子系统产品而服务。此时，企业中对集成电路没有专业分工，企业所需掌握的集成电路技术十分全面，不但生产晶体管、集成电路，就连生产所需的设备都自

《模拟集成电路设计原理》期末考试A卷

课程性质：必修 使用范围：

考试时间： 考试方式：

学号 专业 班级 学生姓名 成绩

题号 得分 一 二 三 四 五 总分 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__________缩小，CMOS电路被证明具有_____的制造成本。

2、 放大应用时，通常使MOS管工作在________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__________（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到______________的作用。

5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是______________很高，因此可以做成___________。 6、由于__________________________或________________________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，___________结构可以精确地复

模拟集成电路设计软件实验教程

月4年2006

1

目录

实验一自上而下(Top-Down)的电路设计 (3)

Lab 1.1 启动软件 (3)

Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 (3)

Lab 1.3 电路图输入 (7)

Lab 1.4 模块的创建 (10)

Lab 1.5 电源的创建 (12)

Lab 1.6 建立运放测试电路 (14)

实验二使用Spectre Direct进行模拟仿真 (17)

Lab 2.1 运行仿真 (17)

Lab 2.2 使用激励模板 (28)

Lab 2.3 波形窗的使用 (32)

Lab 2.4 保存仿真状态 (36)

Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口 (37)

2

实验一自上而下(Top-Down)的电路设计Lab 1.1 启动软件

实验目的:

掌握如何启动模拟电路设计环境.

实验步骤:

1. 进入Linux 界面后,点击鼠标右键,选中New Terminal,则会弹出一个交互终端.

2. 进入教程所在目录后,输入命令 cd Artist446 (注意:cd 后必须有空格;命令行大小写敏感)

3. 在同一个交互终端内,输入命令icms &,在屏幕底部会出现一个命令交互窗(Command Interpreter Window,CIW).如果出

模拟集成电路设计 软件实验教程

2006年4月

1

目录

实验一 自上而下(Top-Down)的电路设计 ................................................... 3

Lab 1.1 启动软件 .......................................................................... 3 Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 .................................................. 3 Lab 1.3 电路图输入 ...................................................................... 7 Lab 1.4 模块的创建 .................................................................... 10 Lab 1.5 电源的创建 .................................................................... 12

第三章、器件

一、超深亚微米工艺条件下MOS管主要二阶效应：

1、速度饱和效应：主要出现在短沟道NMOS管，PMOS速度饱和效应不显著。主要原因是，即载流子VGS?VTH太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度（????）

迁移率是常数。但在电场强度很高时载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和，不再随电场

????（???c）强度的增加而线性增加。此时近似表达式为：，，???tas???c（???c）

出现饱和速度时的漏源电压VDSAT是一个常数。线性区的电流公式不变，但一旦达到VDSAT，电流即可饱和，此时IDS与VGS成线性关系（不再是低压时的平方关系）。

2、Latch-up效应：由于单阱工艺的NPNP结构，可能会出现VDD到VSS的短路大电流。

正反馈机制：PNP微正向导通，射集电流反馈入NPN的基极，电流放大后又反馈到PNP的基极，再次放大加剧导通。

克服的方法：1、减少阱/衬底的寄生电阻，从而减少馈入基极的电流，于是削弱了正反馈。

2、保护环。

3、短沟道效应：在沟道较长时，沟道耗尽区主要来自MOS场效应，而当沟道较短时，漏衬结（反偏）、源衬结的耗尽区将不可忽略，即栅下的一部分区域已被耗尽，只需要一个较小的阈值电压就足以引起

第三章、器件

一、超深亚微米工艺条件下MOS管主要二阶效应：

1、速度饱和效应：主要出现在短沟道NMOS管，PMOS速度饱和效应不显著。主要原因是，即载流子VGS?VTH太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度（????）

迁移率是常数。但在电场强度很高时载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和，不再随电场

????（???c）强度的增加而线性增加。此时近似表达式为：，，???tas???c（???c）

出现饱和速度时的漏源电压VDSAT是一个常数。线性区的电流公式不变，但一旦达到VDSAT，电流即可饱和，此时IDS与VGS成线性关系（不再是低压时的平方关系）。

2、Latch-up效应：由于单阱工艺的NPNP结构，可能会出现VDD到VSS的短路大电流。

正反馈机制：PNP微正向导通，射集电流反馈入NPN的基极，电流放大后又反馈到PNP的基极，再次放大加剧导通。

克服的方法：1、减少阱/衬底的寄生电阻，从而减少馈入基极的电流，于是削弱了正反馈。

2、保护环。

3、短沟道效应：在沟道较长时，沟道耗尽区主要来自MOS场效应，而当沟道较短时，漏衬结（反偏）、源衬结的耗尽区将不可忽略，即栅下的一部分区域已被耗尽，只需要一个较小的阈值电压就足以引起

常用集成电路速查表

AN115?锁相环调频立体声解码电路1

AN260?FM中频放大及AM高、中频放大电路2 AN262?音频前置放大电路3 AN278?FM中频放大电路4

AN360?低噪声音频前置放大电路5

AN362/AN362L?锁相环调频立体声解码电路6 AN366/AN366P?FM/AM中频及AM高频放大电路8 AN426510

AN5265?音频功率放大电路10 AN5270?音频功率放大电路11 AN5274?音频功率放大电路12

AN5743?音频前置及功率放大电路13

AN5836〖KG1]双声道音频前置放大电路14 AN6210?录/放音双声道音频前置放大电路15 AN6612S?电机稳速控制电路16 AN6650?微型电机速度控制电路17 AN6875?LED电平显示驱动电路18 AN6884?LED电平显示驱动电路19 AN7060?音频前置放大电路20 AN7085N5?单片录/放音电路21

AN7105?双声道音频前置及03W×2功率放大电路22 AN7106K?双声道音频功率放大电路23

AN7108?单片立体声放音电路24

AN7110?12W音频功率