運(yùn)算放大器仿真設(shè)計(jì)（一）分析課件

運(yùn)算放大器仿真設(shè)計(jì)(一)運(yùn)算放大器仿真設(shè)計(jì)(一)模擬集成電路設(shè)計(jì)流程圖模擬集成電路設(shè)計(jì)流程圖模擬集成電路與數(shù)字集成電路區(qū)別要求電路的每一個(gè)組成單元必須是精確的，其性能與版圖設(shè)計(jì)的相關(guān)性比數(shù)字集成電路強(qiáng)得多。其版圖設(shè)計(jì)從平面布局到各器件的幾何圖形的設(shè)計(jì)都要十分的“講究”，需要考慮的問題往往比數(shù)字集成電路多得多。如果在電路級(jí)上而不是在邏輯級(jí)上來(lái)考慮和優(yōu)化一個(gè)數(shù)字集成電路的性能，這將與模擬集成電路有許多共同點(diǎn)，對(duì)高速數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)尤其如此。模擬集成電路與數(shù)字集成電路區(qū)別性能指標(biāo)要求 低頻小信號(hào)放大倍數(shù)、單位增益帶寬、相位裕度、輸出擺幅、共模抑制比、電源電壓抑制比、功耗等性能指標(biāo)要求電路仿真

SmartSpice，Hspice，CadenceSpectre等仿真軟件電路仿真仿真分析類型 直流工作點(diǎn)分析（DCOperatingAnalysis） 交流頻率分析（ACFrequencyAnalysis） 瞬態(tài)分析（TransientAnalysis） 參數(shù)掃描分析（ParameterSweepAnalysis） 傅里葉分析（FourierAnalysis） 噪聲分析（NoiseAnalysis） 失真分析（DistortionAnalysis） 溫度掃描分析（TemperatureSweepAnalysis） 零極點(diǎn)分析（Pole-ZeroAnalysis） 蒙特卡洛分析（MonteCarloAnalysis）

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仿真分析類型直流工作點(diǎn)分析對(duì)電路中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的直流工作電壓、各個(gè)支路的電流與功耗進(jìn)行分析，也就是電路的直流電壓偏置。這個(gè)仿真的意義是為運(yùn)算放大器的每個(gè)MOS器件確定初步的靜態(tài)工作點(diǎn)。

//模擬電路在進(jìn)行其他仿真分析之前，都要進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，以保證電路正常工作直流工作點(diǎn)分析對(duì)電路中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的直流工作電壓、各個(gè)支路的電交流頻率分析電路的頻率響應(yīng)分析，對(duì)電路各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻率分析，得到幅頻和相頻特性曲線，通過曲線可以得到電路的小信號(hào)電壓增益、電路的工作頻率范圍、電路的單位增益帶寬、電路的單位裕度、增益裕度等一些特性交流頻率分析電路的頻率響應(yīng)分析，對(duì)電路各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻率分析，得瞬態(tài)分析對(duì)電路中各節(jié)點(diǎn)電壓和支路電流等變量進(jìn)行時(shí)域分析，對(duì)時(shí)間變量的響應(yīng)，以得到電路的失真度、延遲、轉(zhuǎn)換速率和建立時(shí)間瞬態(tài)分析對(duì)電路中各節(jié)點(diǎn)電壓和支路電流等變量進(jìn)行時(shí)域分析，對(duì)時(shí)參數(shù)掃描分析用于仿真電路中某個(gè)元件的參數(shù)在一定取值范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)電路直流工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、交流頻率特性的影響參數(shù)掃描分析用于仿真電路中某個(gè)元件的參數(shù)在一定取值范圍內(nèi)變化CMOS兩級(jí)運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)(見課本P167頁(yè))CMOS兩級(jí)運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)(見課本P167頁(yè))運(yùn)放性能指標(biāo)性能單位數(shù)值小信號(hào)低頻電壓增益V/V3000單位增益帶寬MHz100相位裕度度70轉(zhuǎn)換速率V/us100建立時(shí)間1%ns80共模抑制比dB80電源電壓V5輸入共模范圍V1.5~3.5電壓輸出范圍V0.3~4.7負(fù)載電容pF2功耗mV15電壓電壓抑制比dB80運(yùn)放性能指標(biāo)性能單位數(shù)值小信號(hào)低頻電壓增益V/V3000單位器件參數(shù)設(shè)置器件寬長(zhǎng)比手算估算值仿真確定值(W/L)1(W/L)2328.96200:1(W/L)3(W/L)437.04133:2(W/L)5185.9133.3:1(W/L)6185.9200:1(W/L)774.07200:1(W/L)8~(W/L)1218.5220:1(W/L)1374.0880:1(W/L)142316.7:1器件參數(shù)設(shè)置器件寬長(zhǎng)比手算估算值仿真確定值(W/L)1仿真方式

CadenceSpectre軟件//注釋掉Hspice仿真時(shí)在.cdsinit文件中添加的關(guān)于hspice那句（用“；”）仿真方式選擇Design->CreatCellview->FromCellview設(shè)置原理圖的符號(hào)圖，設(shè)置5個(gè)引腳in+in-vddgndout，以方便后面進(jìn)行電路特性分析仿真時(shí)對(duì)電路圖實(shí)例化選擇Design->CreatCellview->From工作目錄還是/home/edauser/asic_design確保工作目錄下包含四個(gè)文件：.cdsinit、display.drf、035ms.tf、cds.lib，一個(gè)工藝目錄：TSMC035

在工作目錄下啟動(dòng)cadence軟件，icfb&

在mylib庫(kù)下繪制兩級(jí)放大電路原理圖amp，原理圖中采用的器件模型都是軟件自帶的analogLib庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)模型工作目錄還是/home/edauser/asic_desig直流工作點(diǎn)分析通過分析各節(jié)點(diǎn)電壓和各支路電流來(lái)確保運(yùn)放能正常工作，尤其是MOS管，可以通過MOS管的Vds和過驅(qū)動(dòng)電壓Vgst查看MOS管是否工作在飽和區(qū)，即|Vds|>|Vgs|-|VT|直流工作點(diǎn)分析通過分析各節(jié)點(diǎn)電壓和各支路電流來(lái)確保運(yùn)放能正常將原理圖中的vdd和gnd兩個(gè)輸入端口去掉，直接接上一個(gè)5V的vdc(analogLib庫(kù)中)將原理圖中的vdd和gnd兩個(gè)輸入端口去掉，直接接上一個(gè)5VCheckandSave一下，可能有兩個(gè)警告，可以先忽略(不要?jiǎng)h除錯(cuò)誤符號(hào))，接下來(lái)采用spectre對(duì)電路進(jìn)行仿真仿真的時(shí)候選擇dc，并保存直流工作點(diǎn)信息CheckandSave一下，可能有兩個(gè)警告，可以先忽略仿真結(jié)果沒有波形信號(hào)，只能查看各點(diǎn)電壓、電流可以按如下操作修改一下顯示參數(shù)，在原理圖上顯示id，vds，vgs和MOS管的四個(gè)端點(diǎn)電壓仿真結(jié)果沒有波形信號(hào)，只能查看各點(diǎn)電壓、電流在軟件啟動(dòng)窗口選擇Tools->CDF->Edit在軟件啟動(dòng)窗口選擇Tools->CDF->Edit通過Browse選擇analogLib庫(kù)中的nmos4和pmos4(nmos4和pmos4可能要分兩次來(lái)設(shè)置)，拖動(dòng)右邊的滾動(dòng)條到InterpretedLablesInformation，設(shè)置顯示信息通過Browse選擇analogLib庫(kù)中的nmos4和pm運(yùn)算放大器仿真設(shè)計(jì)（一）分析ppt課件修改后netlistandrun，電路圖中應(yīng)該會(huì)標(biāo)出各MOS管的電壓和電流，如果沒有正確顯示，可以在AnalogDesignEnvironment界面中選擇Results->Annotate->DCOperatingPoints，可以觀察vds,確定每一個(gè)管子都工作在飽和區(qū)(針對(duì)偏置電路)修改后netlistandrun，電路圖中應(yīng)該會(huì)標(biāo)出各M將原理圖實(shí)例化，繪制如上電路圖，在輸入端加上2.5V的直流電壓，查看輸出端out的電壓將原理圖實(shí)例化，繪制如上電路圖，在輸入端加上2.5V的直流電仿真后，在AnalogDesignEnvironment界面選擇Tools->ResultsBrowser，通過結(jié)果瀏覽器來(lái)看仿真的輸出結(jié)果 仿真后，在AnalogDesignEnvironment雙擊dc0p-dc,右擊out，選擇Table，可以看出，當(dāng)同相端和反向端接入2.5V電壓時(shí)，輸出電壓為3.44v，說明運(yùn)放可以正常工作雙擊dc0p-dc,右擊out，選擇Table，可以看出，當(dāng)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓仿真通過仿真運(yùn)放的直流傳輸特性測(cè)量其輸入失調(diào)電壓，反相端接2.5V電壓，同相端接2.45到2.55V的直流掃描電壓，通過仿真來(lái)觀察運(yùn)放的直流傳輸特性運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓仿真通過仿真運(yùn)放的直流傳輸特性測(cè)量其輸入失運(yùn)算放大器仿真設(shè)計(jì)（一）分析ppt課件選擇ComponentParameter，點(diǎn)擊SelectComponent在原理圖上選擇同相端的vdc，彈出有圖選擇對(duì)話框，選擇dc，然后設(shè)置一下SweepRange掃描類型選擇ComponentParameter，點(diǎn)擊Select選擇Analysis->Choose在電路圖中選擇要查看的輸出端的網(wǎng)線(網(wǎng)線會(huì)變顏色)，仿真當(dāng)out約等于2.5V時(shí)，同相端等于2.49