介紹CMOS集成電路設(shè)計(jì)仿真軟件的使用.

1、電路模擬實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)文檔微電子中心王永生一、簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題基于SPICE（ Simulation Program With Integrated Circuit ）仿真模擬，講授電路模擬的方法和spice 仿真工具的使用。SPICE 仿真器有很多版本，比如商用的PSPICE、HSPICE 、SPECTRE、ELDO ，免費(fèi)版本的 WinSPICE ， Spice OPUS 等等，其中HSPICE 和 SPECTRE 功能更為強(qiáng)大，在集成電路設(shè)計(jì)中使用得更為廣泛。因此本實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題以HSPICE 和 SPECTRE 作為主要的仿真工具，進(jìn)行電路模擬方法和技巧的訓(xùn)練。參加本實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題的人員應(yīng)具備集成電路

2、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、器件模型等相關(guān)知識(shí)。二、 Spice 基本知識(shí)(2)無(wú)論哪種spice 仿真器，使用的spice 語(yǔ)法或語(yǔ)句是一致的或相似的，差別只是在于形式上的不同而已，基本的原理和框架是一致的。因此這里簡(jiǎn)單介紹一下spice 的基本框架，詳細(xì)的 spice 語(yǔ)法可參照相關(guān)的spice 教材或相應(yīng)仿真器的說(shuō)明文檔。首先看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，采用spice 模擬 MOS 管的輸出特性，對(duì)一個(gè)NMOS 管進(jìn)行輸入輸出特性直流掃描。 V GS 從 1V 變化到 3V ，步長(zhǎng)為0.5V ； VDS 從 0V 變化到5V ，步長(zhǎng)為0.2V ；輸出以 V GS 為參量、 ID 與 V DS 之間關(guān)系波形圖。*Ou

3、tput Characteristics for NMOSM1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0uVGS 1 0 1.0VDS205.op.dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5.plot dc -I(vds).probe*model.MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7.end描述的仿真電路如下圖，圖 2-1 MOS 管輸入輸入特性仿真電路圖得到的仿真波形圖如下圖。從這個(gè)簡(jiǎn)單的spice 程序中可以知道spice 電路描述的主要組成部分。（ 1） 標(biāo)題和電路結(jié)束語(yǔ)句在輸入的電路

4、描述語(yǔ)句中輸入的第一條語(yǔ)句必須是標(biāo)題語(yǔ)句，最后一條必須是結(jié)束語(yǔ)句。在本例中，*Output Characteristics for NMOS 標(biāo)題.end 結(jié)束語(yǔ)句（ 2）電路描述語(yǔ)句電路描述語(yǔ)句描述電路的組成和連接關(guān)系，包括元器件、激勵(lì)源、 器件模型等描述，另外，如果電路是層次化的，即包含子電路，電路描述部分還包括子電路描述（.subckt）。在描述元器件時(shí)，要根據(jù)類(lèi)型， 采用不同的關(guān)鍵字作為元件名的第一個(gè)字母，元器件關(guān)鍵字見(jiàn)下表。如本例中，NMOS 管的描述為：M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0uspice 模型參數(shù)， 語(yǔ)句為 .model。如在本例中，表示的意思為：元

5、器件關(guān)鍵字 x D G S B 模型名 寬 =xx 長(zhǎng) =xx 其中 D ：漏結(jié)點(diǎn)； G：柵結(jié)點(diǎn)； S：源結(jié)點(diǎn)； B：襯底結(jié)點(diǎn)。器件模型描述電路中所使用的器件的.MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7其中 MNMOS 為模型名，以便在元器件調(diào)用時(shí)使用，NMOS 為模型的關(guān)鍵字。元器件類(lèi)型元器件關(guān)鍵字電阻R電容C電感L二極管DNPN 或 PNP 雙極型晶體管QN 溝或 P 溝結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管JN 型或 P 型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管MGaAs 場(chǎng)效應(yīng)晶體管B電壓控制開(kāi)關(guān)S電流控制開(kāi)關(guān)W互感K激勵(lì)源說(shuō)明供激勵(lì)用的獨(dú)

6、立源和受控源，比如：V: 獨(dú)立電壓源；I: 獨(dú)立電流源；E: 電壓控制電壓源； F: 電流控制電流源； G: 電壓控制電流源； H: 電流控制電壓源，等等。（ 3） 分析類(lèi)型描述語(yǔ)句分析類(lèi)型描述語(yǔ)句說(shuō)明對(duì)電路進(jìn)行何種分析。比如，直流工作點(diǎn)（.op），直流掃描分析（ .dc），交流分析（.ac），噪聲分析（.noise），瞬態(tài)分析（.tran）等等。（ 4）控制選項(xiàng)描述語(yǔ)句控制選項(xiàng)用于描述 spice 仿真時(shí)的相關(guān)控制選項(xiàng)，一般在 .option 內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，另外還有打印及輸出控制選項(xiàng)（ .print 、 .plot 、 .probe）等等現(xiàn)將整個(gè) spice 程序例子標(biāo)注如下：*Output

7、Characteristics for NMOS 標(biāo)題M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u 元器件描述（模型名為 MNMOS 的場(chǎng)效應(yīng) MOS管 M1，漏結(jié)點(diǎn) 2、柵結(jié)點(diǎn) 1、源結(jié)點(diǎn) 0、襯底結(jié)點(diǎn) 0，柵寬 5um，柵長(zhǎng) 1um）VGS 1 0 1.0 激勵(lì)源描述（連接在 1和 0結(jié)點(diǎn)之間的 1V 獨(dú)立電壓源）VDS 2 0 5 激勵(lì)源描述（連接在 1和 0結(jié)點(diǎn)之間的 5V 獨(dú)立電壓源）.op 分析類(lèi)型描述，直流工作點(diǎn)分析.dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 分析類(lèi)型描述，直流掃描分析（V GS從 1V 變化到 3V ，步長(zhǎng)為 0.5V ；V DS從 0V變

8、化到5V ，步長(zhǎng)為0.2V ）.plot dc -I(vds).probe 控制選項(xiàng)描述，打印聲明 控制選項(xiàng)描述，打印輸出*model.MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7 .end 器件模型描述， 定義模型名為的 NMOS 類(lèi)型的模型 結(jié)束語(yǔ)句MNMOS三、 Hspice電路仿真（ 1+3 ）HSPICE 的輸入網(wǎng)表文件通常為.sp 文件，輸出文件有運(yùn)行狀態(tài)文件.st0、輸出列表文件.lis 、瞬態(tài)分析文件.tr、直流分析文件 .sw、交流分析文件 .ac 等，輸出文件有運(yùn)行狀態(tài)文件.st0和輸出列表文

9、件 .lis 在每次 hspice 運(yùn)行后均有出現(xiàn)，其他的輸出文件視 spice 程序中選擇的分析類(lèi)型而出現(xiàn)，并且可以在波形顯示工具中顯示，如 Avanwaves、 cosmos scope等。輸入 spice網(wǎng)表（程序）文件和庫(kù)輸入文件能夠由一個(gè)線(xiàn)路網(wǎng)表轉(zhuǎn)換器或用一個(gè)文本編輯器產(chǎn)生。1.寫(xiě)輸入網(wǎng)表文件的規(guī)則輸入網(wǎng)表文件的第一個(gè)語(yǔ)句必須是標(biāo)題行， 最后一個(gè)語(yǔ)句必須是 .END 語(yǔ) 句，它們之間的語(yǔ)句次序是隨意的，除非是續(xù)行（行首有“”的行）必須接在要接下去的行后面。注釋行以 * 打頭，可加在文件中的任何地方。2. 輸入文件的編輯(a)HSPICE 采用自由格式輸入。 語(yǔ)句中的域由一個(gè)或多個(gè)空格

10、， 一個(gè) Tab，一個(gè)逗號(hào)， 一個(gè)等號(hào)或一個(gè)左 / 右圓括號(hào)分開(kāi)。(b) 除 UNIX 系統(tǒng)中的文件名外，不予區(qū)分大寫(xiě)或小寫(xiě)字母。(c) 每行語(yǔ)句長(zhǎng)度限于 80 個(gè)字符以下。(d) 一個(gè)語(yǔ)句如在一行寫(xiě)不下，可以用續(xù)號(hào)繼續(xù)下去。續(xù)行以“+”作為第一個(gè)非數(shù)值、非空格字符。(e)輸入網(wǎng)表文件不能被“打包”，也不能被壓縮。(f) 輸入網(wǎng)表文件中不要采用特殊的控制字符。圖 3-1 Hspice 的模擬流程1、工具的使用Hspice 可以采用命令行或圖形界面的方式執(zhí)行，命令行的方式如下，hspice 不生成 lis 文件， lis 文件的內(nèi)容打印到屏幕上。hspice i -o 生成以輸出文件名命名的li

11、s 文件。相對(duì)方便的方式是采用圖形界面的方式，如下圖 3-2 hspice 仿真圖形界面按 Simulate 執(zhí)行仿真，之后，采用 Avanwaves 或 Cscope 來(lái)顯示波形，分別如下，圖 3-3 Avanwaves 波形查看軟件界面圖 3-4 Cosmos Scope 波形查看軟件界面2、基本電路分析下面以下圖所示的電路為例子，說(shuō)明hspice 的基本仿真方法。圖3-5一個(gè)基本的共源級(jí)放大器的例子此電路為共源級(jí)放大器，負(fù)載為電流源， 電流源采用電流鏡實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單偏置。各結(jié)點(diǎn)號(hào)已標(biāo)注在圖中，其中GND 的默認(rèn)結(jié)點(diǎn)號(hào)為偏置為電阻與電流鏡0 結(jié)點(diǎn)。2.1 直流仿真圖中電路的直流仿真spi

12、ce 程序如下，* DC analysisfor AMPM1 2 1 0 0 MOSN w=5u l=1.0uM2 2 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0uM3 3 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0uR13 0100KCL2 05pVdd 4 0 DC 5.0Vin 1 0 DC 5.0.op.dc Vin 0 5 0.1.plot dc V(2).probe.option list node post*model.MODEL MOSN NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7.MODEL MOSP PMOS VTO

13、=-0.7 KP=50U+LAMBDA=0.05 GAMMA=0.57 PHI=0.8.end.op是分析直流工作點(diǎn)的語(yǔ)句。此語(yǔ)句在進(jìn)行電路直流工作點(diǎn)計(jì)算時(shí)，電路中所有電感短路，電容開(kāi)路。值得注意的是，在一個(gè)HSPICE 模擬中只能出現(xiàn)一個(gè).OP 語(yǔ)句。.dc 是直流掃描分析。該語(yǔ)句規(guī)定了直流傳輸特性分析時(shí)所用的電源類(lèi)型和掃描極限。在直流分析中，.DC 語(yǔ)句可進(jìn)行a. 直流參數(shù)值掃描b. 電源值掃描c. 溫度范圍掃描d. 執(zhí)行直流蒙特卡羅分析（隨機(jī)掃描）e. 完成直流電路優(yōu)化f. 完成直流模型特性化.DC 語(yǔ)句具體格式取決于實(shí)際應(yīng)用需要，下面給出了最常用的應(yīng)用格式：.DC var1 START

14、=start1 STOP=stop1 STEP=incr1在本例中，.dc Vin 0 5 0.1 ，輸入端的電壓源Vin 從 0V 變化到 5V ，步長(zhǎng)為0.1V 。.DC 語(yǔ)句可以采用嵌套的形式，比如，.DC var1 START=start1 STOP=stop1 STEP=incr1 var2 START=start2 STOP=stop2 STEP=incr2下面是做溫度掃描的例子，.DC TEMP -55 125 10下圖是此電路的直流掃描結(jié)果?？梢?jiàn)在11.12V 區(qū)域內(nèi)是此放大器的高增益區(qū)。2.2 交流仿真圖中電路的交流仿真spice 程序如下，* AC analysisfor

15、AMPM1 2 1 0 0 MOSN w=5u l=1.0uM2 2 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0uM3 3 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0uR13 0100KCL2 05pVdd 4 0 DC 5.0Vin 1 0 DC 1.07 AC 1.0.op.ac DEC 20 100 100MEG*.plot ac VDB(2) VP(2).probe.option list node post*model.MODEL MOSN NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7.MODEL MOSP PMOS VTO=-

16、0.7 KP=50U+LAMBDA=0.05 GAMMA=0.57 PHI=0.8.end交流仿真結(jié)果2.3 瞬態(tài)仿真圖中電路的瞬態(tài)仿真spice 程序如下* TRAN analysis for AMPM1 2 1 0 0 MOSN w=5u l=1.0uM2 2 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0uM3 3 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0uR1 3 0 100K*CL 2 0 5pVdd 4 0 DC 5.0Vin 1 0 DC 1.07 sin(2 2 100KHz ).op.tran .1u 10u*.plot tran V(2) V(1).probe.option

17、list node post*model.MODEL MOSN NMOS VTO=0.7 KP=110U+LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7.MODEL MOSP PMOS VTO=-0.7 KP=50U+LAMBDA=0.05 GAMMA=0.57 PHI=0.8.end大信號(hào)瞬態(tài)仿真結(jié)果：改為小信號(hào)時(shí)，注意偏置值的選取。Vin 1 0 DC 1.07 sin(1.07 0.0001 100KHz)通過(guò)瞬態(tài)仿真，可見(jiàn)小信號(hào)增益為 50 倍，約為 34dB ，和 AC 仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，看以發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一致的。同樣，相位的結(jié)果也是一致的。2.4練習(xí)采用本實(shí)驗(yàn)提供的某工藝的

18、BSIM 模型文獻(xiàn)（ mix025_1.l ）對(duì)上述電路的上述分析分別重新進(jìn)行仿真，并總結(jié)出仿真結(jié)果。提示：模型文件可以采用.lib在仿真文件里進(jìn)行引用。注意： 由于更換的模型參數(shù)，即更換了工藝，因此電路的性能參數(shù)發(fā)生了變化，特別要注意的是輸入偏置的設(shè)置。四、 Spectre電路仿真（1+3 ）Cadence 公司的 Spectre 仿真器的實(shí)質(zhì)和HSPICE 等 spice 仿真軟件是一樣的，但由于集成了 cadence 的 ADE 仿真集成環(huán)境，可以在圖形界面下操作，使用更為方便和直觀(guān)一些，比如，不用寫(xiě) spice 的網(wǎng)表程序，可以在 schematic view 中繪制電路圖。這里仍以圖

19、3-5 的電路作為例子，講解工具的使用和基本電路分析的方法。1、工具的使用1.1編輯電路圖（ schematic ）啟動(dòng) cadence的設(shè)計(jì)環(huán)境平臺(tái)，在命令行提示符($) 下執(zhí)行，$ icfb &首先建立一個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)，tools - library manager ， File - New - Library,在 Name 內(nèi)添上 lab1， ok 后，選擇 Don tneed a techfile ，然后 ok。這樣就建立了一個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)。這里之所以不選擇編譯techfile ，是因?yàn)槲覀冎贿M(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和仿真，如果還有設(shè)計(jì)電路的版圖，則根據(jù)選擇的工藝廠(chǎng)家的techfile 來(lái)進(jìn)行編譯。然后，在

20、設(shè)計(jì)庫(kù)里建立一個(gè)schemtic view ，在 Library Manager 菜單New- cell view，填入 amp1，view name 選 schematic，然后 ok，則會(huì)出現(xiàn)電路圖的編輯界面。插入元器件，選擇analogLib 中的 nmos4 、 pmos4、 res、 cap 等器件。形成如下電路圖，然后check and save，如下圖。下面做這個(gè)放大器的symbol ，Design-Create Cellview - From Cellview按 ok 后出現(xiàn) symbol Generation options ，選擇端口排放順序和外觀(guān)，然后按編輯界面。按照需要

21、編輯成想要的符號(hào)外觀(guān)，如下圖。保存退出。，在彈出的界面，ok 出現(xiàn) symbol下面建立仿真的電路圖但在調(diào)用單元時(shí)除了調(diào)用cut_amp1。方法和前面的“建立schemtic view ”的方法一樣，analogLib 庫(kù)中的電壓源、（正弦）信號(hào)源等之外， 將此放大器 （ lab1中的 amp1）調(diào)用到電路圖中，如下圖。下圖是添加輸入激勵(lì)源的設(shè)置。在 schematic 編輯界面，選擇 Tools- Analog Environment ，出現(xiàn) Virtuoso Analog Design Environment (ADE) ，如下圖在ADE中，設(shè)置仿真器、仿真數(shù)據(jù)存放路徑和工藝庫(kù)，具體地，s

22、etup-Simulator/Directory/Host中 選 擇simulator為spectre ， projectDirectory改為./simulation 。 Setup-Model Libraries 中 Model Library File找到 sm046005-1j.scs 文件填入，section 部分填typical ，如下圖，按add，然后ok。Variables-copy from cellview, 則電路中的變量出現(xiàn)在 ADE 中 Design V ariable 一欄中，如下圖，至此工具的初步使用已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，下面結(jié)合具體的基本電路仿真進(jìn)行介紹。2、基

23、本電路分析2.1 直流仿真結(jié)合上面例子，首先設(shè)計(jì)仿真電路中的變量，vpower=3 ，vbias=1 ，va=2，f0=100K 。然后選擇 Analyses-choose，在 analysis 一欄中選 dc，在 DC Analysis 中選中 Save DC operating Point ；在 sweep Variable 中選中 Design Variable ，variable Name 填 vbias，在 sweep Range， start 選 0， stop 選 3，然后 ok。然后， simulation-Netlist and Run ，運(yùn)行仿真。再后觀(guān)察仿真波形，這里有兩

24、種波形查看工具，一種是WaveScan，一種是AWD 。在session-options 中進(jìn)行設(shè)置。這里選擇AWD 。在 tools 中選擇 calculator 。如下圖，店主 vs 按鈕，在schematic 中選擇需要輸出波形的節(jié)點(diǎn)，如out，然后按plot ，得到如下波形，可見(jiàn)輸入偏置在 772.5mv903.7mv 的范圍內(nèi)存在一個(gè)高增益區(qū)，因此輸入偏置應(yīng)設(shè)置在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，改 vias 從 1v 到 0.86v。由于在做直流仿真時(shí)也選擇了Save DC operating Point ，因此可以查看電路的工作點(diǎn)，在 calculator 中按 vdc ，同時(shí)選中 Evaluate

25、buffer ，比如查看 out 的電壓工作點(diǎn)。也可以查看器件的工作狀態(tài)，按op，然后在電路中選擇需要查看的器件，如I0/M1 的 vth。2.2 交流仿真后選擇 Analyses-choose ，在 analysis 一欄中選ac，注意此時(shí)vbias 已經(jīng)選擇到了0.82v。Sweep Variable 選 Frequency， Sweep Range 選 1100M ，按 ok。然后， simulation-Netlist and Run 結(jié)果。這里采用另外一種方法，在，運(yùn)行仿真。仿真運(yùn)行結(jié)束后，仍可以采用calculator 打印Results- Direct Plot 選中 AC Ma

26、gnitude & Phase ，然后在schematic view中點(diǎn)中out，則AC的結(jié)果打印如下圖。2.3 瞬態(tài)仿真后選擇 Analyses-choose，在 analysis 一欄中選tran，大信號(hào) 1V 時(shí)，小信號(hào) 0.1mV 時(shí)，2.4練習(xí)修改偏置電流，即修改 R0，對(duì)上述電路的上述分析分別重新進(jìn)行仿真，并總結(jié)出仿真結(jié)果。注意：由于改變了偏置條件， 因此電路的性能參數(shù)發(fā)生了變化， 特別要注意的是輸入偏置的設(shè)置。五、實(shí)例：放大器的仿真及分析（2+6 ）下面以一個(gè)放大器作為實(shí)例討論一些電路設(shè)計(jì)分析方法。圖 4 比較器電路比較器采用單級(jí)運(yùn)放后加一反相器構(gòu)成，如圖 4 所示。 其中 Ib

27、ias 為自偏置電路如圖所示（注：自偏置電路原理見(jiàn)Razavi 書(shū) 310 頁(yè)，實(shí)際工作時(shí)要加上啟動(dòng)電路，解釋啟動(dòng)電5A路的原理。）， comp_amp 為一級(jí)運(yùn)放如圖5B 所示， inv 為反向器。圖 5A 自偏置電路圖 5B 運(yùn)算放大器電路運(yùn)算放大器為雙端輸入單端輸出的結(jié)構(gòu)，可以在滿(mǎn)足輸入和輸出擺幅的情況下實(shí)現(xiàn)一定的電壓增益 （考慮其值是多少時(shí)滿(mǎn)足性能要求）。首先確定所采用管子的寬度有晶體管的溝道長(zhǎng)度不必為同一值），手工設(shè)計(jì)：根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定滿(mǎn)足指標(biāo)的運(yùn)算放大器各元件的尺寸和所需要的偏置電流的大小（可能需要迭代）；設(shè)計(jì)偏置電路：采用自偏置電流源技術(shù)（所a) 選定電路結(jié)構(gòu)；b) 手工

28、設(shè)計(jì)：確定各元件的尺寸；c) Spectre 仿真（采用 TT Corner 模型），驗(yàn)證電流源的性能；將偏置電路和運(yùn)算放大器電路合在一起仿真（采用模型， 27o），確定運(yùn)放的最終性能參數(shù)：a) 開(kāi)環(huán)增益的幅頻和相頻響應(yīng)；b) CMRR 的頻率響應(yīng)；c) PSRR 的頻率響應(yīng)；d) 共模輸入范圍；e) 輸出電壓擺幅；f) 壓擺率；g) 建立時(shí)間；h) 噪聲；i) 功耗；o采用 SS Corner 模型， 0 仿真溫度，重新仿真以上參數(shù)。o采用 FF Corner 模型， 80 仿真溫度，重新仿真以上參數(shù)。圖 6 所示的仿真電路可仿真放大器的交流特性和瞬態(tài)特性。采用閉環(huán)電路仿開(kāi)環(huán)的方法，通過(guò) R

29、0 形成負(fù)反饋通路從而確定輸出共模電平 （此時(shí)的共模電平實(shí)際是 V1 的直流值），并穩(wěn)定直流偏置。在這個(gè)電路中選擇 RC 時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)與 Av 的乘積小于運(yùn)放預(yù)期的主極點(diǎn)是必須的， 即選擇大電阻和大電容值 （本實(shí)驗(yàn)選擇 1G 歐姆電阻和 1mf 電容， 具體見(jiàn) allen 的運(yùn)算放大器仿真） 。由于反饋電阻的大阻值，輸入的共模會(huì)自動(dòng)調(diào)整到和輸入 V1 相等。圖 6 AC 特性仿真圖中輸入為正弦波形對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置來(lái)滿(mǎn)足功能，主要包括直流電壓值提供輸入端的直流偏置、 交流 AC 幅值和相位 （通常為1V ，相位默認(rèn)為0）、瞬態(tài)電壓幅值頻率和相位值。具體設(shè)置如下圖所示：同理設(shè)置電阻電容值和直流電

30、源值（直流電壓） ，后在菜單欄toolsAnalog Environment調(diào)用仿真工具進(jìn)行電路仿真。選取仿真工具， 添加模型文件并進(jìn)行仿真設(shè)置，下面主要介紹一下仿真的設(shè)置，包括交流瞬態(tài)tran、交流 ac、直流 dc、噪聲 noise，具體如下所示：大家應(yīng)該注意到了，在電源的設(shè)置中直流電壓和瞬態(tài)偏置電壓（即DCvoltage 和offsetvoltage ）都設(shè)置了變量 vin 。在仿真之前需要在 variable 中選擇 edit 設(shè)置變量值。另一種方法如下圖。在 tools 項(xiàng)中選擇選擇 parametric analysis 選項(xiàng)，合理設(shè)置 rang type 和 stepcontro

31、l 。然后選擇analysis 中 start 就可以了。在設(shè)置一個(gè)電壓源時(shí)最主要會(huì)用到三類(lèi)參數(shù)：交流仿真參數(shù) （ ac magnitude 是交流信號(hào)擺幅， 一般設(shè)為 1；ac phase一般用在雙端放大器仿真，一端為 0 另一端為 180）、直流仿真參數(shù)（ dc voltage）和瞬態(tài)仿真參數(shù)等。仿真器仿真時(shí)，這幾個(gè)狀態(tài)仿真是分開(kāi)仿的，各參數(shù)互不影響。下邊兩圖仿真結(jié)果就是參數(shù)掃描的結(jié)果，直流dc 仿真可以計(jì)算出直流偏置點(diǎn)，從而可以看各點(diǎn)的靜態(tài)電壓和直路的靜態(tài)電流。交流仿真可以仿真靜態(tài)工作點(diǎn)的交流特性，主要是直流增益和頻率特性，隨輸入的正弦激勵(lì)的直流偏置結(jié)果如下，上圖為幅頻圖， 下圖為相頻圖

32、：當(dāng)輸入的直流偏置為 1.2V 時(shí)的交流相應(yīng)如下， 從圖中可以看出其直流增益為 47dB ，相位裕度為 63o 滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求 （相位裕度為 180 度減去增益 0dB 時(shí)的相移。 另外在比較器應(yīng)用中并不一定滿(mǎn)足相位裕度的要求，因?yàn)楸容^器工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)）。瞬態(tài)結(jié)果如下（瞬態(tài)電壓幅值為50mV ，頻率為 1K ），從圖中可以看出輸出低電平不能達(dá)到 0，且與輸入的直流電平有關(guān)，在不同的直流輸入下，輸出高電平確基本一樣。試分析這些影響并解釋原因。噪聲分析主要包括閃爍噪聲和熱燥聲，其輸入等效噪聲如下：圖 7 輸入共模范圍仿真無(wú)論運(yùn)放的開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)模式都可以定義輸入輸出共模范圍，因?yàn)檫\(yùn)放常工作在閉環(huán)狀態(tài)

33、，這種測(cè)量使輸入輸出CMR 更敏感。 單位增益結(jié)構(gòu)對(duì)于測(cè)量和仿真輸入CMR 是有用的，如圖 7 所示為運(yùn)算放大器的輸入CMR 仿真。 其中對(duì)輸入v1 從測(cè)輸出結(jié)構(gòu)，傳輸曲線(xiàn)的線(xiàn)性部分對(duì)應(yīng)于輸入共模電壓范圍的斜率是下：0 到 VDD 進(jìn)行參數(shù)掃描， 觀(guān)1。仿真設(shè)置和結(jié)果如圖 8 輸出共模范圍仿真在單位增益結(jié)構(gòu)中，傳輸曲線(xiàn)的線(xiàn)性受到ICMR 的限制。若采用高增益結(jié)構(gòu)，傳輸曲線(xiàn)的線(xiàn)性部分與輸出電壓擺幅一致。圖8 為反相增益為10 的結(jié)構(gòu)可用來(lái)測(cè)試輸出CMR 。設(shè)置同上，結(jié)果如下：圖 9 共模抑制比仿真圖 9 所示為運(yùn)放共模抑制比的仿真電路結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相同的電壓源Vcm ，與單位增益結(jié)構(gòu)的運(yùn)放的兩輸入端連接，這可以用計(jì)算器完成原理見(jiàn)V1 提供輸入共模電平。對(duì)輸出的結(jié)果取倒數(shù)可以得出Allen 運(yùn)算放大器仿真。仿真設(shè)置如上，結(jié)果如下：CMRR ，輸入直流電壓為1V 時(shí)共模抑制比掃描輸入直流電壓