27℃下5V CMOS工艺的两级OTA设计与Hspice仿真

本课程设计主要涉及两级OTA（运算放大器的简称，Operational Transconductance Amplifier）的设计，特别是采用Wildar恒跨导电流源的折叠共源共栅（Folded Cascode）放大器。设计目标是让学生掌握运算放大器的电路原理和实践技能，包括： 1. **实验目的**：通过实验，学生将学习如何手动计算OTA的基本参数，如电流源的电流Id、电压Vo和W/L等比例关系，以及电感L的选择。此外，还会训练他们使用Hspice仿真软件，这是一项重要的模拟电路设计工具。实验旨在提高学生的理论知识和实际操作能力。 2. **实验内容**： - 设计参数规定了严格的规格，如电源电压5V，工作温度27°C，负载电阻10pF，要求达到60dB的直流增益，5MHz的单位增益带宽，60°的相位裕度，系统失调电压小于10mV，输入共模范围在1.5V到4.5V之间，输出摆幅0.8V到4.2V，以及至少60dB的共模抑制比。 - 学生需通过Hspice软件进行仿真，包括编写网表、计算直流电压增益、带宽、相位裕度、失调电压、输入/输出特性等，并根据仿真结果进行参数调整以优化性能。 3. **关键步骤**：设计过程中，学生需要确定电路结构，比如选择折叠Cascode架构，利用工艺模型参数（如阈值电压Vt0和迁移率K'）来估算初始参数。然后，通过Hspice进行仿真，根据仿真结果调整器件尺寸，确保各项性能指标符合设计要求。 4. **技术挑战**：设计和仿真过程中可能会遇到的挑战包括噪声、电源效率、温度稳定性等问题，这些都需要通过不断调试和优化来解决。 5. **学习成果评估**：实验的完成不仅检验了学生的电路设计能力，还考察了他们的问题解决能力和对模拟电路软件的熟练运用程度。 总结，本课程设计通过实战操作，让学生深入理解两级OTA和Cascode OTA的工作原理，提升他们的电路设计与模拟分析能力，同时锻炼他们在实际问题解决中的综合运用知识。