改进型共源共栅电流镜设计报告材料材料0.6um

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1、实用标准文案改进型共源共栅电流镜设计报告Author:岳生生Director:罗广孝（讲师）【摘要】：本文介绍0.6umCMOS工艺设计的改进型共源共栅电流镜，利用Hspice仿真，通过仿真图严谨、细致和全面地把这个电流镜设计过程展现给读者。【关键字】：共源共栅、高输出电阻、低输出电压一．边界条件1.1工艺规范(1)硅晶体的一些常数硅带隙1.205V(300K)波尔兹曼常数1.38e-23J/K本征载流子浓度(@300K)1.45e10真空介电常数8.85e-14F/cm硅介电常数1.05e-12F/cm二氧化硅介电常数3.5e-13F/

2、cm电子电荷1.6e-19C(2)制造工艺0.6umCOMSN_WELL3metal1poly(3)SPICELEVEL49COMS体工艺模型参数MOSFETN_channelP_channel阈值电压0.736V-1.02V本征导电因子(跨导参数)KP119e-651.7e-6【注】：由于晶圆制造厂商提供BSIM3V3的MOS模型，而没有直接提供以上设计参数，它们是根据BSIM3V3用户手册推荐的公式并利用晶圆制造厂商提供的BSIM3V3MOS器件模型参数计算出来的，其实这些公式可以从《集成电路设计与仿真》中得到，将这些公式和BSIM3

3、V3器件模型参数罗列如下：精彩文档实用标准文案计算公式，，MOSFETN_channelP_channel0.7278V-1.02V4.260e-021.92e-02栅氧化层厚度1.25e-081.3e-08沟道掺杂浓度1.2721e+172.51e+161.2电源电压MIN：4.5V；TYP：5.0V；MAX：5.5V1.3工作温度MIN：0；TYP：27；MAX：100二．设计指标2.1电流比1：12.2输出电压最小值0.5V2.3输出电流变化范围5～100UA三．确定电路拓扑结构设计选择的电路拓扑结构如下图所示：精彩文档实用标准文案

4、其中：每个MOSFET的衬底都接地，(W/L)1=(W/L)2;(W/L)3=(W/L)4.5点是输出点。RL负载。通过大信号直流工作点分析和小信号等效电路分析，可以知道该电路的特点如下：1.小信号输入电阻低（～1/gm1）2.输入端工作电压低（）3.小信号输出电阻高（）4.输出端最小工作电压低（）二．设计变量初始估算4.1确定(W/L)1、（W/L）2为了计算设计变量，我们有必要了解电路MOSFET的工作状态，为了使输出端最小工作电压小于0.5V,令：MN3管工作于临界饱和区（即：=0.5V），而MN1、MN2管随着输入电流从5UA变到

5、100UA的过程中先工作在过饱和区最终工作在临界饱和区，同时令：当MN1、MN2工作在临界饱和区时。(其中，为什么可以成立，参考Allen的《CMOS模拟集成电路设计》（第二版）之P106(【注】：***********************************************************************************其实也可以采用别的设计方案，比如：在＝100UA且时，令MN2、MN3同时工作在临界饱和区，则：精彩文档实用标准文案，为了使版图面积最小化，令，则：，……，后续的计算和刚开始讨论的

6、方案类似，读者可以自己展开。）*******************************************************************************************以下我们再回到刚开头讨论的方案，为了使MN1、MN2工作在饱和区，则必须：(以MN2为例计算)，4.2确定(W/L)3、（W/L）4从MN3管的角度来考虑问题，当＝100UA时，为了使MN2管工作在临界饱和区，的电压降不可以过大，即：，（其中：）又MN3管工作于临界饱和区，则：精彩文档实用标准文案4.3确定(W/L)B为了节省面积

7、，和设计的方便，取(W/L)B=14.4确定IB在确定IB前要先计算,根据衬偏效应可以得到:因为MN3工作在临界饱和区，所以：又MNB管工作于MOS二极管状态：4.5确定沟道长度L对沟道长度的约束有：1．一定的下，要使较大，则要取较小的值，即L要取较大的值。精彩文档实用标准文案2．短沟效应，要求L取较大的值。3．沟道调制效应，要求L取较大的值。4．匹配性，要求L取较大的值。5．可生产性，要求L取较规整的值。6．寄生性，要求L取较小的值。7．最小的版图面积，要求L取的较小的值。8．工业界的经验要求：L>=5倍的特征尺寸。综上所述，版图设计中

8、取4.6验证直流工作点1.MNB：二极管连接确保它工作于饱和区。2.MN3：工作于临界饱和工作区。3.MN1、MN2：当,它们工作于临界饱和区；当减小时，减小且增大，使它们工作在过饱和区。4.