运算放大器仿真设计（一）分析ppt课件.ppt
运算放大器仿真设计(一),模拟集成电路设计流程图,模拟集成电路与数字集成电路区别要求电路的每一个组成单元必须是精确的，其性能与版图设计的相关性比数字集成电路强得多。 其版图设计从平面布局到各器件的几何图形的设计都要十分的“讲究”，需要考虑的问题往往比数字集成电路多得多。如果在电路级上而不是在逻辑级上来考虑和优化一个数字集成电路的性能，这将与模拟集成电路有许多共同点，对高速数字集成电路的设计尤其如此。,性能指标要求低频小信号放大倍数、单位增益带宽、相位裕度、输出摆幅、共模抑制比、电源电压抑制比、功耗等,电路仿真SmartSpice，Hspice，Cadence Spectre等仿真软件,仿真分析类型直流工作点分析（DC Operating Analysis）交流频率分析（AC Frequency Analysis）瞬态分析（Transient Analysis）参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）傅里叶分析（Fourier Analysis）噪声分析（Noise Analysis）失真分析（Distortion Analysis）温度扫描分析（Temperature Sweep Analysis）零极点分析（Pole-Zero Analysis）蒙特卡洛分析（Monte Carlo Analysis）,直流工作点分析,对电路中的每个节点的直流工作电压、各个支路的电流与功耗进行分析，也就是电路的直流电压偏置。这个仿真的意义是为运算放大器的每个MOS器件确定初步的静态工作点。/模拟电路在进行其他仿真分析之前，都要进行直流工作点分析，以保证电路正常工作,交流频率分析,电路的频率响应分析，对电路各节点进行频率分析，得到幅频和相频特性曲线，通过曲线可以得到电路的小信号电压增益、电路的工作频率范围、电路的单位增益带宽、电路的单位裕度、增益裕度等一些特性,瞬态分析,对电路中各节点电压和支路电流等变量进行时域分析，对时间变量的响应，以得到电路的失真度、延迟、转换速率和建立时间,参数扫描分析,用于仿真电路中某个元件的参数在一定取值范围内变化时，对电路直流工作点、瞬态特性、交流频率特性的影响,CMOS两级运放的电路结构(见课本P167页),运放性能指标,器件参数设置,仿真方式Cadence Spectre软件/注释掉Hspice仿真时在.cdsinit文件中添加的关于hspice 那句（用“；”）,选择Design-Creat Cellview-From Cellview设置原理图的符号图，设置5个引脚in+ in- vdd gnd out，以方便后面进行电路特性分析仿真时对电路图实例化,工作目录还是/home/edauser/asic_design确保工作目录下包含四个文件：.cdsinit、display.drf、035ms.tf、cds.lib，一个工艺目录：TSMC035 在工作目录下启动cadence软件，icfb & 在mylib库下绘制两级放大电路原理图amp，原理图中采用的器件模型都是软件自带的analogLib库中的标准模型,直流工作点分析,通过分析各节点电压和各支路电流来确保运放能正常工作，尤其是MOS管，可以通过MOS管的Vds和过驱动电压Vgst查看MOS管是否工作在饱和区，即|Vds|Vgs|-|VT|,将原理图中的vdd和gnd两个输入端口去掉，直接接上一个5V的vdc(analogLib库中),Check and Save一下，可能有两个警告，可以先忽略(不要删除错误符号)，接下来采用spectre对电路进行仿真,仿真的时候选择dc，并保存直流工作点信息,仿真结果没有波形信号，只能查看各点电压、电流可以按如下操作修改一下显示参数，在原理图上显示id，vds，vgs和MOS管的四个端点电压,在软件启动窗口选择Tools-CDF-Edit,通过Browse选择analogLib库中的nmos4和pmos4(nmos4和pmos4可能要分两次来设置)，拖动右边的滚动条到Interpreted Lables Information，设置显示信息,修改后netlist and run，电路图中应该会标出各MOS管的电压和电流，如果没有正确显示，可以在Analog Design Environment界面中选择Results-Annotate-DC Operating Points，可以观察vds,确定每一个管子都工作在饱和区(针对偏置电路),将原理图实例化，绘制如上电路图，在输入端加上2.5V的直流电压，查看输出端out的电压,仿真后，在Analog Design Environment界面选择Tools-Results Browser，通过结果浏览器来看仿真的输出结果,双击dc0p-dc,右击out，选择Table，可以看出，当同相端和反向端接入2.5V电压时，输出电压为3.44v，说明运放可以正常工作,运放的输入失调电压仿真,通过仿真运放的直流传输特性测量其输入失调电压，反相端接2.5V电压，同相端接2.45到2.55V的直流扫描电压，通过仿真来观察运放的直流传输特性,选择Component Parameter，点击Select Component在原理图上选择同相端的vdc，弹出有图选择对话框，选择dc，然后设置一下Sweep Range扫描类型,选择Analysis-Choose在电路图中选择要查看的输出端的网线(网线会变颜色)，仿真,当out约等于2.5V时，同相端等于2.49943V，约等于反向端电压2.5V，相当于没有输入失调电压,将M1管的W由200u改为190u再对电路进行仿真，得到下图所示，当out端为2.5V时，同相端电压为2.507v和反向端相差7mv，这说明差分对管尺寸失配的原因,
