模擬電路高級實驗簡單差動放大器

1、國家集成電路人才培養(yǎng)基地培訓(xùn)資料(3)簡單差動放大器實驗2006-x-xx簡單差動放大器實驗本實驗包括對簡單差動放大器進行dc掃描、ac分析，并學習根據(jù)輸出波形確定相位裕度、輸入輸出共模范圍、共模增益、共模抑制比（cmrr）以及電源抑制比（psrr）。1. 啟動cadence啟動電腦，進入solaris9系統(tǒng)，打開終端teminal，輸入cds.setup后按回車，再輸入icfb&按回車，candence啟動成功。在自己的library中新建一個cellview，命名為amp。2. 電路圖輸入按下圖輸入簡單差動放大器電路圖，其中的元件參數(shù)我們在下一步中設(shè)置，圖中用到的元件（vdc, pmos4

2、,nmos4,vdd,gnd,cap）都在analoglib庫中能找到。圖2.1 簡單差動放大器電路圖3. 計算、設(shè)置元件參數(shù)圖3.1 m0、m1、m2管的參數(shù)設(shè)置根據(jù)放大倍數(shù)，功耗，輸出擺幅等要求確定各個mos管的寬長比（w/l）和柵壓。由于我們實驗時間有限，請同學們直接按下面的步驟設(shè)置好元件值（選中元件后按q鍵調(diào)出如下的元件屬性設(shè)置框）：m0，m1，m2：于model name 欄輸入n18，于width欄輸入4u，于lenth欄輸入700n，最后點擊ok。圖3.2 m3、m4管參數(shù)設(shè)置m3，m4：于model name 欄輸入p18，于width欄輸入10u，于lenth欄輸入3u，最后

3、點擊ok。直流電壓源v0，v1的值分別設(shè)為1.8，0.6。設(shè)置完畢后點擊工具欄上的進行保存。4. 仿真4.1 dc掃描及輸入輸出共模范圍在菜單欄依次選擇toolsanalog environment，彈出如圖4.1所示的simulation窗口：圖4.1 simulation窗口點擊setupmodel libraries在彈出的對話框中設(shè)好model library。點擊browse按鈕，選擇/cad/smic018_tech/process_technology/mixed-signal/spice_model/ms018_v1p6_spe.lib，在section(opt.)中填入tt，

4、點add，再點ok退出。圖4.2 添加model library點擊setupstimuli，彈出如下圖所示對話框，在其中可以設(shè)置輸入信號。我們可以看到vin1和vin2前面有“off”字樣，表示此時它們都不起作用。圖4.3 設(shè)置輸入信號圖4.5 vin2設(shè)置圖4.4 vin1設(shè)置選中vin1，此時該行處于高亮狀態(tài)。點擊enabled后的方框，當其變?yōu)楹谏珪r表示已經(jīng)選中，然后在dc voltage欄輸入vcm1，最后點擊change保存修改（這一步一定要做?。?。以同樣的方法修改vin2，不同的是在dc voltage欄輸入vcm2。此時vin1和vin2前面的“off”應(yīng)該變成了“on”，表示

5、它們都被激活了。最后點擊ok退出。點擊右邊工具欄上的，將vcm1，vcm2添加為設(shè)計變量，值設(shè)為0.9。點ok保存。圖4.6 添加并設(shè)置變量vcm設(shè)置直流掃描參數(shù)，點擊右邊工具欄上的，按圖4.7設(shè)置好，點ok保存。這里我們讓vcm1從0v掃描到1.8v。圖4.7 直流掃描參數(shù)設(shè)置設(shè)置輸出信號，依次選擇outputsto be plottedselect on schematic。圖4.8 選擇輸出信號點擊電路圖中的vout pin，然后按esc。我們可以看到outputs欄里已經(jīng)有了剛才選擇的vout。圖4.9 選擇好的輸出信號依次點擊simulation窗口的toolsparametric

6、analysis彈出參數(shù)分析窗口，按圖4.10設(shè)置好： 圖4.10 參數(shù)分析設(shè)置依次點擊參數(shù)分析窗口的analysisstart，可以看到如圖4.11所示的結(jié)果：圖4.11 參數(shù)分析結(jié)果為使電路正常工作，輸入共模電壓的范圍應(yīng)為：vgs1+( vgs0- vth0)vin,cmvdd-(vgs3- vth3)+ vth1 (1.1)輸出共模范圍應(yīng)為：vod0+vod1vout,cmvdd-|vod3| (1.2)本實驗中最小輸入共模電壓為0.8v左右，小于 0.8v的輸入共模電平會使m0進入線性區(qū)，m1，m2進入亞閾值導(dǎo)通狀態(tài)；最大輸入共模電壓為1.4v左右，大于該值的輸入共模電壓很容易使m1，

7、m2進入線性區(qū)。從圖4.11中我們可以觀察到隨著vcm2的增大，輸出擺幅越來越小。4.2 ac分析,觀察相位裕度圖4.13 vin2參數(shù)設(shè)置圖4.12 vin1參數(shù)設(shè)置點擊setupstimuli，將vin1的ac magnitude為0.5，將vin2的ac magnitudee設(shè)置為-0.5（別忘了點change保存修改?。ＴO(shè)置交流分析參數(shù)，頻率范圍從10到200m，點ok 保存圖4.14 交流分析參數(shù)設(shè)置點擊觀察輸出波形： 圖4.15 交流分析結(jié)果依次點擊波形顯視窗的toolscalculator，彈出如圖4.16所示窗口，在caculator窗口的函數(shù)列表窗里選擇phasemargi

8、n，然后點擊就可以得到相位裕度。圖4.16 相位裕度4.3 共模增益，共模抑制比（cmrr）回到simulation窗口，點擊setupstimuli，將vin1，vin2的ac magnitude都設(shè)為1。圖4.17 vin2參數(shù)設(shè)置點擊開始仿真，得到如下波形圖：圖4.18 共模增益波形從圖4.17我們可以看到，即使電路是完全對稱的，輸出信號也會因為輸入共模變化而變差，這個缺點在全差動電路中不存在。為了合理地比較各種差動電路，必須用所需要的差動增益與不希望的共模增益的比值來衡量對共模擾動的抑制能力。定義“共模抑制比”（cmrr）如下： cmrr= （1.3）本實驗中，低頻時acm大約為0.035，adm大約為185，因此cmrr大約為75db。4.4 電源抑制比（psrr）回到電路圖編輯窗口,將v0的ac magnitude設(shè)為1，點擊ok退出。圖4.19 v0參數(shù)設(shè)置之后點擊保存電路圖?；氐絪imulation窗口，點擊setupstimuli，將vin1，vin2的ac magnitude設(shè)為0。圖4.20 vin1參數(shù)設(shè)置點擊開始仿真，結(jié)果如圖4.21所示。圖4.