cadence簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器

1、國家集成電路人才培養(yǎng)基地培訓(xùn)資料(3)簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)2006-X-XX西安交通大學(xué)國家集成電路人才培養(yǎng)基地簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)包括對(duì)簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器進(jìn)行DC掃描、AC分析，并學(xué)習(xí)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(dòng)cadence啟動(dòng)電腦，進(jìn)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(dòng)成功。在自己的Library中新建一個(gè)cellview，命名為amp。2. 電路圖輸入按下圖輸入簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器電路圖，其中的元件參數(shù)我們?cè)谙乱徊?/p>

2、中設(shè)置，圖中用到的元件（vdc, pmos4,nmos4,vdd,gnd,cap）都在analogLib庫中能找到。圖2.1 簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器電路圖3. 計(jì)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(gè)mos管的寬長(zhǎng)比（W/L）和柵壓。由于我們實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，請(qǐng)同學(xué)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(diǎn)擊ok。圖3.2 M3、M4管參數(shù)設(shè)置M3，M4：于Model name 欄輸入p18，于Widt

3、h欄輸入10u，于Lenth欄輸入3u，最后點(diǎn)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(diǎn)擊工具欄上的進(jìn)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(diǎn)擊SetupModel Libraries在彈出的對(duì)話框中設(shè)好Model Library。點(diǎn)擊Browse按鈕，選擇/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.li

4、b，在Section(opt.)中填入tt，點(diǎn)Add，再點(diǎn)ok退出。圖4.2 添加Model Library點(diǎn)擊SetupStimuli，彈出如下圖所示對(duì)話框，在其中可以設(shè)置輸入信號(hào)。我們可以看到VIN1和VIN2前面有“OFF”字樣，表示此時(shí)它們都不起作用。圖4.3 設(shè)置輸入信號(hào)圖4.5 VIN2設(shè)置圖4.4 VIN1設(shè)置選中VIN1，此時(shí)該行處于高亮狀態(tài)。點(diǎn)擊Enabled后的方框，當(dāng)其變?yōu)楹谏珪r(shí)表示已經(jīng)選中，然后在DC voltage欄輸入VCM1，最后點(diǎn)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(shí)VIN1和VI

5、N2前面的“OFF”應(yīng)該變成了“ON”，表示它們都被激活了。最后點(diǎn)擊OK退出。點(diǎn)擊右邊工具欄上的，將VCM1，VCM2添加為設(shè)計(jì)變量，值設(shè)為0.9。點(diǎn)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(diǎn)擊右邊工具欄上的，按圖4.7設(shè)置好，點(diǎn)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(hào)，依次選擇OutputsTo Be PlottedSelect On Schematic。圖4.8 選擇輸出信號(hào)點(diǎn)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(hào)依次點(diǎn)擊Simulat

6、ion窗口的ToolsParametric 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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(huì)使M0進(jìn)入線性區(qū)，M1，M2進(jìn)入亞閾值導(dǎo)通狀態(tài)；最大輸入共模電壓為1.4

7、V左右，大于該值的輸入共模電壓很容易使M1，M2進(jìn)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 4.2 AC分析,觀察相位裕度/本例需要將頻率掃描范圍擴(kuò)大到1G.圖4.13 VIN2參數(shù)設(shè)置圖4.12 VIN1參數(shù)設(shè)置點(diǎn)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(diǎn)Change保存修改?。ＴO(shè)置交流分析參數(shù)，頻率范圍從10到200M，點(diǎn)ok 保存圖4.14 交流分析參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊觀察輸出波形： 圖4.15 交流分析結(jié)果依次點(diǎn)擊波形顯視窗的ToolsCalculator，

8、彈出如圖4.16所示窗口，在Caculator窗口的函數(shù)列表窗里選擇PhaseMargin，然后點(diǎn)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(diǎn)擊SetupStimuli，將VIN1，VIN2的AC magnitude都設(shè)為1。圖4.17 VIN2參數(shù)設(shè)置點(diǎn)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(duì)稱的，輸出信號(hào)也會(huì)因?yàn)檩斎牍材Ｗ兓儾?，這個(gè)缺點(diǎn)在全差動(dòng)電路中不存在。為了合理地比較各種差動(dòng)電路，必須用所需要的差動(dòng)增益與不希望的共模增益的比值來衡量對(duì)共模擾動(dòng)的抑制能力。定義“共模抑制比”（CMRR）如下： CMRR= （1.3）本實(shí)驗(yàn)中，低頻時(shí)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(diǎn)擊ok退出。圖4.19 V0參數(shù)設(shè)置之后點(diǎn)擊保存電路圖。回到Simulation窗口，點(diǎn)擊SetupStimuli，將VIN1，VIN2的AC magnitude設(shè)為0。圖4.20 VIN1參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊開始仿真，結(jié)果如圖4.21所示。圖4.21 從VD