运算放大器仿真设计（一）分析课件

运算放大器仿真设计(一)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。模拟集成电路与数字集成电路区别性能指标要求 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、功耗等性能指标要求电路仿真

SmartSpice，Hspice，CadenceSpectre等仿真软件电路仿真仿真分析类型 直流工作点分析（DCOperatingAnalysis） 交流频率分析（ACFrequencyAnalysis） 瞬态分析（TransientAnalysis） 参数扫描分析（ParameterSweepAnalysis） 傅里叶分析（FourierAnalysis） 噪声分析（NoiseAnalysis） 失真分析（DistortionAnalysis） 温度扫描分析（TemperatureSweepAnalysis） 零极点分析（Pole-ZeroAnalysis） 蒙特卡洛分析（MonteCarloAnalysis）

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仿真分析类型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CMOS两级运放的电路结构(见课本P167页)CMOS两级运放的电路结构(见课本P167页)运放性能指标性能单位数值小信号低频电压增益V/V3000单位增益带宽MHz100相位裕度度70转换速率V/us100建立时间1%ns80共模抑制比dB80电源电压V5输入共模范围V1.5~3.5电压输出范围V0.3~4.7负载电容pF2功耗mV15电压电压抑制比dB80运放性能指标性能单位数值小信号低频电压增益V/V3000单位器件参数设置器件宽长比手算估算值仿真确定值(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器件参数设置器件宽长比手算估算值仿真确定值(W/L)1仿真方式

CadenceSpectre软件//注释掉Hspice仿真时在.cdsinit文件中添加的关于hspice那句（用“；”）仿真方式选择Design->CreatCellview->FromCellview设置原理图的符号图，设置5个引脚in+in-vddgndout，以方便后面进行电路特性分析仿真时对电路图实例化选择Design->CreatCellview->From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库中的标准模型工作目录还是/home/edauser/asic_desig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|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)将原理图中的vdd和gnd两个输入端口去掉，直接接上一个5VCheckandSave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CheckandSave一下，可能有两个警告，可以先忽略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管的四个端点电压仿真结果没有波形信号，只能查看各点电压、电流在软件启动窗口选择Tools->CDF->Edit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InterpretedLablesInformation，设置显示信息通过Browse选择analogLib库中的nmos4和pm运算放大器仿真设计（一）分析ppt课件修改后netlistandrun，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AnalogDesignEnvironment界面中选择Results->Annotate->DCOperatingPoints，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)修改后netlistandrun，电路图中应该会标出各M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的直流电仿真后，在AnalogDesignEnvironment界面选择Tools->ResultsBrowser，通过结果浏览器来看仿真的输出结果 仿真后，在AnalogDesignEnvironment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双击dc0p-dc,右击out，选择Table，可以看出，当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运算放大器仿真设计（一）分析ppt课件选择ComponentParameter，点击SelectComponent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SweepRange扫描类型选择ComponentParameter，点击Select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2.49