2022年8月4日，“华为杯”第五届中国研究生创“芯”大赛（以下简称“大赛”）总决赛竞演暨颁奖仪式在浙江大学杭州国际科创中心圆满落下帷幕。作为中国领先的模拟芯片厂商，希荻微参与了大赛总决赛模拟电路方向的命题工作，是模拟电路方向入选命题的两家企业之一。此外，希荻微工程总监郝跃国作为受邀评委参加了大赛总决赛工作。
自2022年4月赛事发布以来，大赛持续受到来自全国高等院校、企事业单位和社会媒体等各界人士的广泛关注，吸引了来自全国96所研究生培养单位的503支队伍报名参赛，其中硕士研究生占比79%，博士研究生占比12%。经过专家评审组从“先进性、创新性、展示效果与应用价值”多维度的严格评审及复议工作，最终154支队伍脱颖而出，成功入围决赛。
本次大赛企业命题中包含了多个赛道方向，命题内容包括：模拟电路、数字电路、数模混合电路、RF电路、高速光电接口电路、AI芯片、传感器微系统、AI算法、EDA算法、器件建模等各个方面。为进一步促进大赛向更高水平发展，提升赛事的产业界参与度，决赛中的上机设计题目特面向国内优秀集成电路领域企业征集命题。最终，模拟电路方向的决赛命题有两家企业入选，希荻微位列其一。在入围决赛的154支队伍中，共有51支队伍选择了模拟电路方向，他们所作的决赛上机设计题，就包含了由希荻微提供的“轨到轨甲乙类运放设计”命题（如下图）。
希荻微本次命题充分结合了大赛的专业性与实践性，旨在帮助参赛队伍赛出成绩、赛出水平、赛出风采。除本次为大赛决赛命题，希荻微还在今年6月携手电子科技大学举办了“希荻微杯”校内赛。近年来，希荻微一直致力于推动产学研深度融合，促进创“芯”人才成长，助力国内集成电路设计人才培育，以期共创“芯”未来的光明前景！
题目：轨到轨甲乙类运放设计
轨到轨甲乙类运放是一类重要的运放类型，下图是其中一种具有代表性的电路结构，被广泛地应用在各种单片的运放放大器之中。
1.请分别说明mp7/mn7,以及mp8/mn8的作用。（10分）
2.请说明C1和C2的作用。如果它们分别处于mp13和mn13的栅漏之间，现在的结构与之相比，有什么优势？（10分）
3.请使用这个结构，按照以下要求设计一个轨到轨的甲乙类运放（室温性能）：
1）VDD=3.3V，负载电容CL=10pF，负载电阻10K欧姆，整个电路的静态电流小于300uA,输出级的峰值输出电流大于3mA
2）共模输入电压范围：0~3.3V
3）直流增益大于80dB，增益带宽积大于5MHz（以共模输入电压为1.6V为例）,相位裕度大于60度
4）差分压摆率：大于4V/us，
5）在单位增益连接情况下，大信号稳定时间（以最后一个振铃误差为1%为稳定条件； Vstep=1V，输入电压从1V跳到2V，然后从2V跳回到1V，边沿为10ns）:小于250ns；小信号稳定时间（以最后一个振铃误差为1%为稳定条件；，Vstep=100mV，输入电压从1.6V跳到1.7V,然后跳回到1.6V，边沿为10ns）:小于200ns
4.电路设计完成后，
4.1要求在共模输入电平为1.6V的情况下，
4.1.1标注出每个管子的尺寸，每个电容电阻的大小，标注出每个管子的工作状态（包括Ids, Vth, Vdsat，gm和gds）（30分）
4.1.2给出相应的稳定性波特仿真图（10分）
4.1.3共模抑制比随频率变化的仿真图（10分）
4.1.4给出从1Hz到20KHz的输入噪声性能（10分）
4.1.5大小信号的阶跃瞬态响应仿真图（10）
4.2画出输入级的gm随着共模输入电平（0到3.3V）的变化曲线（10分）
4.3（选答题）你认为这个电路还有哪些可以改进的地方？
中国研究生创“芯”大赛简介：
中国研究生创“芯”大赛每年举办一次，由教育部学位管理与研究生教育司指导，中国学位与研究生教育学会、中国科协青少年科技中心主办，清华海峡研究院作为秘书处，迄今已成功举办五届。作为中国研究生创新实践系列赛事之一，大赛面向国高等院校和科研院所在读研究生，旨在服务国家集成电路产业发展战略，促进集成电路领域优秀人才培养。
关于希荻微
广东希荻微电子股份有限公司（688173.SH）是一家中国领先的模拟芯片厂商，专注于开发模拟和电源管理集成电路，实现高能效的智能系统，致力于为客户提供覆盖多元化终端应用的全系列模拟芯片产品线。自2012年以来，希荻微一直在推动移动、物联网和汽车电源系统的创新，构建了能够与国际模拟芯片龙头厂商相竞争的高性能产品线，赢得了国内外多家主流客户的高度认可，实现了科技成果与产业的深度融合，为高性能模拟集成电路领域实现自主可控做出了重大贡献。