电流镜设计的实验报告.doc

简介：
本实验报告详细探讨了电流镜的设计原理与实践应用。通过理论分析和实际操作，深入研究了不同电路结构对电流镜性能的影响，并总结优化设计方案。 《电流镜设计实验报告》是大学《模拟集成电路设计》课程中的一个重要实践项目，旨在帮助学生深入理解并掌握电流镜的工作原理及其在模拟集成电路设计中的应用。该实验分为四个主要部分，涵盖了电流镜精度、共源共栅结构特性以及MOS管工作状态等多个关键知识点。 一、实验目的 1. 理解晶体管尺寸选择和偏置电压选取的重要性，并通过实践加深对这些因素如何影响电路性能的认识。 2. 探索电流镜的精度，特别是研究在共源共栅结构下的输出阻抗特性。这种类型的电流源可以提供稳定的电流输出且具有较高的输出阻抗，适合用作基准电流源。 3. 理解MOS管在外加电压变化时的工作状态，并掌握如何通过调整工作条件来优化电路性能。 二、实验设备与工艺 采用Hspice作为仿真工具，并使用2.5V 0.25um的MOS工艺模型进行设计和仿真实验，这是模拟集成电路设计中常见的技术参数组合。 三、实验内容 1. 设计并实现一个电流镜电路，在设定VDD为2.5V且IREF为10uA的情况下选择合适的管子尺寸，并确定偏置电压。在报告中记录所选的尺寸和电路图，同时标出当测试电压Vtest设为2.5V时两个输出端口（Iout1和Iout2）的电流值。 2. 分析不同条件下输出阻抗的变化情况：通过改变Vtest从0到2.5V范围内的数值来观察并记录每个输出支路中的变化，最终绘制出相应的曲线图以展示结果。 3. 观察在相同电压范围内两个输出端口电流的变动趋势，并描绘其图形。比较理想状态下与实际操作中所获得的数据差异。 4. 探讨MOS管（分别标记为M3和M2）进入线性工作区的时间顺序：通过调整Vtest从最大值到最小值的变化过程来观察并记录相应参数，绘制出变化曲线以便于分析。 四、实验仿真与结果 1. 在特定的晶体管尺寸条件下进行测试后发现，当输入电压为2.5伏时，输出电流分别为Iout1=10uA和Iout2=14.5uA。这表明存在一定的复制误差。 2. 分析结果显示M3比M2更早进入线性区，并且曲线图展示了漏极-源极之间的电压与流经的电流之间关系，揭示了沟道宽度调制效应的存在。 3. 通过对比理想状态下的表现和实际操作中的数据可以看出，在采用共源共栅结构的一个输出支路中，其电流变化更接近于理想的线性行为。这一现象说明该架构在屏蔽电压波动方面具有一定的优势。 4. 对VY随测试电压改变而产生的曲线进行研究能够帮助识别M3与M2进入线性区的具体时刻。 综上所述，通过这次实验操作和仿真过程的学习，学生们对电流镜的设计原理、共源共栅结构的特点以及不同工作条件下MOS管的行为有了更加深刻的理解，并为未来进一步学习模拟集成电路设计打下了坚实的基础。