两级运放的Spice设计与直流增益优化

"差分二级运放设计与仿真研究" 在微电子学课程中，高小虹同学的课设项目聚焦于二级运放的设计与SPICE仿真，这是一个关键的模拟集成电路组成部分。随着技术的进步，运放设计面临复杂性提升，特别是在低电源电压和缩小的晶体管尺寸下。运放设计通常包含多个步骤，包括确定需求、电路设计、仿真验证等，而本文仅探讨了前三个阶段。 设计目标是构建一个具有高直流增益（至少60dB）和足够相位裕度（45度以上）的运放，适用于带有1PF电容负载的情况。运放结构采用双端输入、单端输出的两级设计，特别选择了双共源共栅（Cascode）结构于输入级，以增强输出阻抗并提升增益。设计过程中，需仔细计算晶体管的宽长比，以确保性能参数与几何参数之间的优化。 第一章详细介绍了设计任务，包括选择适当的管子参数以满足增益和相位裕度的要求，同时提供了一幅电路结构图，展示了第一级电流镜的单端输出特性。设计者还需绘制输出特性曲线，计算实际的单位增益负反馈相位裕度。 关键词“直流工作点”、“增益”、“共模抑制比”和“输出动态范围”强调了设计中的关键性能指标，这些都是衡量运放性能的重要参数。通过整个设计和仿真过程，学生不仅掌握了运放设计的基本原理，还锻炼了解决实际问题的能力，如在调试中遇到的问题识别和解决。 本文的四个章节系统地组织了知识，从理论要求到具体实施，为读者提供了深入理解运放设计和实践操作的完整框架。这个项目的完成是对微电子学基础知识和模拟电路设计技能的综合运用，也是未来工程师必备的关键技能之一。