Báo cáo thực hành lab thiết kế mạch common source amplifier

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
◄ KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ►

BÁO CÁO THỰC HÀNH
LAB CHƯƠNG 3

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 hiện project: Huỳnh Khả Giang
1. Tổng Quan Lý Thuyết.
1.1. Giới thiệu chung.
1. Giới thiệu sơ đồ mạch lý thuyết.

Hình 1. Sơ đồ mạch lý thuyết cho mạch Common Source Amplifier
- Mạch khuếch đại S chung sử dụng FET có điện trở RD ở cực D, nguồn vào Vin cực G và Vout
2. 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 cịn 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
dịng thốt tín hiệu nhỏ đi qua tải điện trở và tạo ra điện áp khuếch đại trên điện trở tải.
1.2. Phân tích các thơng số thiết kế.
1. Bảng đặc tả kỹ thuật yêu cầu
- Thư viện thiết kế mạch dung TSMC 180nm.
- Sử dụng NMOS hoặc PMOS.
2. Đưa ra công thức và thuyết minh cơng thức liên quan đến trong thiết kế (Ví dụ: như 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 = 0 => Vout = - gmVGSRD = -gmVinRD
AV =

V out
= -gmRD
V¿

1.3. Mơ hình thiết kế lý thuyết.
1. Dựa vào các công thức liên quan trong phần 1.2 thực hiện tính tốn, xác định các thơng
số là kích thước của các transistor sao cho thỏa mãn yêu đầu của đặc tả kỹ thuật.
Với nCox = 100A/V2 và 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
2. Sau khi tính tốn, thực hiện chọn các thông số sao 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.

3. Lập một bảng mơ tả kích thước của tồn bộ các thành phần trong thiết kế (Ví dụ
Width/Length của 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


2. Thực hiện thiết kế.

2.1. Mạch thiết kế cấp CMOS
- Chọn NMos để thiết kế mạch Common Source Amplifier

Hình 2.1 Mơ phỏng mạch Schematic Common Source Amplifier

Hình 2.2 Mơ phỏng mạch Schematic Symbol cho CSAmplifier


2.2. Mạch mô phỏng, kiểm tra.
1. Cung cấp điện áp vào symbol thiết kế, tạo thành sơ đồ mạch testbench mô phỏng.
- Nguồn cấp cho CSAmplifier là DC: 1.8V.
- Nguồn vào Vsin với biên độ là biến vin thay đổi được và tần số 10M Hz.

Hình 2.3 Mạch testbench mơ phỏng CSAmplifier

Hình 2.4 Các thơng số tính tốn cho mơ phỏng ADE L


Hình 2.5 Kết quả dạng sóng ngõ ra theo Tran
và dạng sóng độ lợi AC gain, pha AC phase của mạch CSAmplifier

2. 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 của thiết kế Common Source Amplifier
3. Kiểm tra DRC cho mạch thiết kế CSAmplifier

Hình 2.8 Kiểm tra DRC cho mạch thiết kế


4. Kiểm tra LVS cho mạch thiết kế CSAmplifier

Hình 2.9 Kiểm tra LVS cho mạch thiết kế
2.3. Kết quả mô phỏng.
1. Kết quả mô phỏng đưa vào dưới định dạng ảnh.
2. Bên dưới mỗi kết quả, đưa trực tiếp thông số trên hình vẽ hoặc nêu thơng số thuyết
minh bên dưới, đồng thời giải thích kết quả thu được cho mỗi kiểu mô phỏng.
3. Cuối cùng lập bảng kết quả thu được và so sánh với bảng đặc tả kỹ thuật ban đầu.

3. Kết luận.
3.1. Nhận xét
Nhận xét về mạch thiết kế, nêu tổng quan về những khó khăn khi thiết kế mạch
3.2. Kết luận.
Nêu kết luận đề tài
4. Phụ lục
Nếu có kết quả thêm, hoặc mở rộng nghiên cứu


5. 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)