Báo cáo thực hành lab thiết kế mạch common source amplifier

Giới thiệu chung về mạch thiết kế, mô tả hoạt động, ứng dụng chung của mạch. Giới thiệu chung: Mạch Common Source Aplifier được gọi là một bộ khuếch đại nguồn chung. Mạch có nguồn hoạt động như một thiết bị đầu cuối phổ biến giữa đầu vào và đầu ra. Nó còn được gọi là bộ khuếch đại điện áp hoặc bộ khuếch đại chuyển đổi. Nó tạo ra mức tăng hiện tại và mức tăng điện áp theo trở kháng đầu vào và trở kháng đầu ra. Mô tả hoạt động: MOSFET chuyển đổi các biến thể trong điện áp nguồn cổng thành một dòng thoát tín hiệu nhỏ đi qua tải điện trở và tạo ra điện áp khuếch đại trên điện trở tải.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ◄ KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ► BÁO CÁO THỰC HÀNH LAB CHƯƠNG GVHD: Trần Hoàng Quân Thành Viên: Hoàng Văn Doanh – 1912858 Nguyễn Tiến Dũng – 1912959 Võ Minh Duy – 1910099 Huỳnh Khả Giang - 1913184 TP.Hồ Chí Minh, 21 tháng 05 năm 2022 Thí Nghiệm Số 1: THIẾT KẾ MẠCH COMMON SOURCE AMPLIFIER Tên người thực project: Huỳnh Khả Giang Tổng Quan Lý Thuyết 1.1 Giới thiệu chung Giới thiệu sơ đồ mạch lý thuyết Hình Sơ đồ mạch lý thuyết cho mạch Common Source Amplifier - Mạch khuếch đại S chung sử dụng FET có điện trở RD cực D, nguồn vào Vin cực G Vout Giới thiệu chung mạch thiết kế, mô tả hoạt động, ứng dụng chung mạch - Giới thiệu chung: Mạch Common Source Aplifier gọi khuếch đại nguồn chung Mạch có nguồn hoạt động thiết bị đầu cuối phổ biến đầu vào đầu Nó cịn gọi khuếch đại điện áp khuếch đại chuyển đổi Nó tạo mức tăng mức tăng điện áp theo trở kháng đầu vào trở kháng đầu - Mô tả hoạt động: MOSFET chuyển đổi biến thể điện áp nguồn cổng thành dịng tín hiệu nhỏ qua tải điện trở tạo điện áp khuếch đại điện trở tải 1.2 Phân tích thơng số thiết kế Bảng đặc tả kỹ thuật yêu cầu - Thư viện thiết kế mạch dung TSMC 180nm - Sử dụng NMOS PMOS Đưa công thức thuyết minh công thức liên quan đến thiết kế (Ví dụ: độ lợi tương đương tín hiệu nhỏ, dịng, áp, …) Vin = VGS ID = ½ kn (VGS – Vtn)2 KVL: VDD – IDRD = Vout Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ: gm = iD/VGS Vout + gmVGSRD = => Vout = - gmVGSRD = -gmVinRD AV = V out = -gmRD V¿ 1.3 Mơ hình thiết kế lý thuyết Dựa vào công thức liên quan phần 1.2 thực tính tốn, xác định thơng số kích thước transistor cho thỏa mãn yêu đầu đặc tả kỹ thuật Với nCox = 100A/V2 W = 32um, L = 1um, VT = 0.7V => kn = (nCox)(W/L) = 3.125 uA/V2 VGS= Vin = 100m V ID = ½ kn (VGS – VT)2 = 0.5625 uA Vout = VDD - ID.RD = 1.8 – 0.576x1000x10-3 = 1.224 V gm = ID/VGS = 5.76 x10-3 Av = Vout/Vin = -gmRD = - 5.76.10-3x1000 = -5.76 Sau tính tốn, thực chọn thông số cho phù hợp với thiết kế - Chọn Nmos2v điện áp hoạt động 1.8V - Chọn R giá trị 1000 ohms - Chọn nguồn vào Vin = 100m V Lập bảng mô tả kích thước tồn thành phần thiết kế (Ví dụ Width/Length NMOS, PMOS, …) Tên linh kiện Nmos2v Điện trở R Giá trị 1.8V 1K ohms Width 32u M 600u M Length 1u M 795n M Thực thiết kế 2.1 Mạch thiết kế cấp CMOS - Chọn NMos để thiết kế mạch Common Source Amplifier Hình 2.1 Mơ mạch Schematic Common Source Amplifier Hình 2.2 Mơ mạch Schematic Symbol cho CSAmplifier 2.2 Mạch mô phỏng, kiểm tra Cung cấp điện áp vào symbol thiết kế, tạo thành sơ đồ mạch testbench mô - Nguồn cấp cho CSAmplifier DC: 1.8V - Nguồn vào Vsin với biên độ biến vin thay đổi tần số 10M Hz Hình 2.3 Mạch testbench mơ CSAmplifier Hình 2.4 Các thơng số tính tốn cho mơ ADE L Hình 2.5 Kết dạng sóng ngõ theo Tran dạng sóng độ lợi AC gain, pha AC phase mạch CSAmplifier Thiết kế layout cho mạch: Hình 2.6 Mạch layout cho thiết kế Common Source Amplifier Cực S nối với psub, Cực G nối với nwell: Hình 2.7 Mạch layout thiết kế Common Source Amplifier Kiểm tra DRC cho mạch thiết kế CSAmplifier Hình 2.8 Kiểm tra DRC cho mạch thiết kế Kiểm tra LVS cho mạch thiết kế CSAmplifier Hình 2.9 Kiểm tra LVS cho mạch thiết kế 2.3 Kết mô Kết mô đưa vào định dạng ảnh Bên kết quả, đưa trực tiếp thông số hình vẽ nêu thơng số thuyết minh bên dưới, đồng thời giải thích kết thu cho kiểu mô Cuối lập bảng kết thu so sánh với bảng đặc tả kỹ thuật ban đầu Kết luận 3.1 Nhận xét Nhận xét mạch thiết kế, nêu tổng quan khó khăn thiết kế mạch 3.2 Kết luận Nêu kết luận đề tài Phụ lục Nếu có kết thêm, mở rộng nghiên cứu Tài liệu tham khảo [1] Yixuan He, Gyunam Jeon, Yong-Bin Kim, “EECE7248 Lab Tutorial: Common-Source Amplifier Schematic”, tutorial_schematic.pdf (northeastern.edu) [2] Trần Hoàng Trang, “Tài liệu thực hành thiết kế vi mạch tương tự”, Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh 2022 [3] Electronics tutorials, “Common Source Amplifier”, Common-Source-Amplifier | AnalogCMOS-Design || Electronics Tutorial (electronics-tutorial.net) ... 795n M Thực thiết kế 2.1 Mạch thiết kế cấp CMOS - Chọn NMos để thiết kế mạch Common Source Amplifier Hình 2.1 Mơ mạch Schematic Common Source Amplifier Hình 2.2 Mơ mạch Schematic Symbol cho CSAmplifier... Hình 2.6 Mạch layout cho thiết kế Common Source Amplifier Cực S nối với psub, Cực G nối với nwell: Hình 2.7 Mạch layout thiết kế Common Source Amplifier Kiểm tra DRC cho mạch thiết kế CSAmplifier... Hình 2.8 Kiểm tra DRC cho mạch thiết kế Kiểm tra LVS cho mạch thiết kế CSAmplifier Hình 2.9 Kiểm tra LVS cho mạch thiết kế 2.3 Kết mô Kết mô đưa vào định dạng ảnh Bên kết quả, đưa trực tiếp thông