7.6.4-8 跨导放大器-噪声分析失调分析压摆率分析模型corner仿真温度分析

1第7章SPICE数模混合仿真程序的

设计流程及方法

7.1采用SPICE的电路设计流程7.2电路元件的SPICE输入语句格式7.3电路特性分析语句7.4电路特性控制语句7.5HSPICE缓冲驱动器设计实例7.6HSPICE跨导放大器设计实例7.7PSPICE电路图编辑器简介7.8PSPICE缓冲驱动器设计实例7.9PSPICE跨导放大器设计实例2电路与网表指标分析偏置电流与功耗、开环增益、GBW与相位裕度、压摆率、SwingRange、失调、噪声、工艺corner分析、温度特性分析等3V_Vpvdd05VV_Vacvin0DC2.5VAC1V0V_Vdcvip02.5VR_Rzvo1N_0001rzvC_CcN_0001voccvC_CL0voclvC_Cb0vb10pR_Rbvbvdd100kM_U2vo1vipN_00020nmL=0.6uW=12uM=2M_M1N_0003N_0003vddvddpmL=2uW=12uM=2M_M3vovo1vddvddpmL=0.6uW=12uM=8M_U1N_0003vinN_00020nmL=0.6uW=12uM=2M_U4vovb00nmL=5uW=12uM=8M_U5vbvb00nmL=5uW=12uM=1M_U3N_0002vb00nmL=5uW=12uM=4M_M2vo1N_0003vddvddpmL=2uW=12uM=2存在文件

中44.噪声分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500meg$sweeprzv02k0.2k.noisev(vo)v_vac10

.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析热噪声5噪声分析.lis文件中会给出每一个频率采样点上的噪声频谱密度，以及从开始频率到该频率点的等效噪声电压等找到如下一段：****theresultsofthesqrtofintegral(v**2/freq)fromfstartupto100.0000xhz.usingmorefreqpointsresultsinmoreaccuratetotalnoisevalues.****totaloutputnoisevoltage=2.5009mvolts****totalequivalentinputnoise=64.7944u

注意.lis文件中各个MOS元件的噪声大小对比，并根据电路图进行对应的分析还可以改变Cc的值，来看总的等效输入噪声有什么变化65.失调分析系统失调之外的失调主要来源：输入差分对u1和u2、电流镜m1和m2的失配U1,u2电压失调为：M1,m2带来的失调为：ΔVt,ΔW为元件间的阈值电压和跨导之差7失调分析晶体管随机失配在良好的版图设计条件下阈值电压(mV)栅宽(u)均与栅面积的平方根成反比NMOS:tox=1.25e-08+toxnPMOS:tox=1.3e-08+toxptoxn,toxp的值与model的corner有关，在tt情况下，toxn=toxp=0根据类似工艺的一个估计值tox的单位为e-108在MOS晶体管的参数中考虑失配例：原有的W=12u,M=2

修改为W=‘12u+12u*0.04u*alfa/sqrt(2*12um*5um)’M=2delvto=‘12.5n*alfa/sqrt(2*12um*5um)’这里alfa为(0,1)高斯分布变量依次将网表的内容按照上面的方法修改失调分析9失调分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.452.510.0001sweepmonte=30*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k500meg

$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1palfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end用monte-carlo仿真来分析失配导致的失调分布10失调分析30次monte-carlo仿真结果由此可见ota的失调分布可达(-10mV~10mV)可增大晶体管来减小Vos，但是会带来速度问题116.压摆率分析在输入端输入一个较大的脉冲信号，以观察输出端的电压摆率在中将V_vac的定义换成：V_vpulsevin0PULSE2320ns0.1n0.1n100n200n12压摆率分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probetranv(vo1)v(vo).op*.dcv_vdc2.452.510.001sweepmonte=30.trans0.1ns1000ns*.acdec101k500meg

$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1p$alfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end用瞬态仿真来分析ota输出slewrate13压摆率分析压摆率仿真结果由右图可测得ota的上升和下降压摆率分别为146V/us和132V/usProblem:在电路图中如何分析上升和下降压摆率？将结果与仿真结果进行对比147.模型corner仿真在中将V_vpulse的定义换回来：V_Vacvin0DC2.5VAC1V015模型corner仿真Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo).op.dcv_vdc2.452.510.0001$sweepmonte=30*.trans0.1ns1000ns*.acdec101k500meg

$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1p$alfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end做DC扫描，分析各种corner下的增益和失调的变化16模型corner仿真在.end前插入.alter语句，如下：Otasimulation…….alter.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’ff.alter.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’fs.alter.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’sf.alter.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’ss.end17模型corner仿真ttttfffffsfssfsfssssFf时增益最小，ss时增益最大Vo=vdd/2分别对应于V_vdc为：2.48762.48142.48612.48812.491218模型corner仿真Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.452.510.0001$sweepmonte=30*.trans0.1ns1000ns.acdec101k500meg$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1p$alfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end知道了各种corner下的失调后，就可以设置V_vdc做AC扫描，分析各种corner下的增益和GBW的变化19模型corner仿真…….alterV_Vdcvip02.4814V.lib'f:\spice\userlib\csmc.lib'ff.alterV_Vdcvip02.4861V.lib'f:\spice\userlib\csmc.lib'fs.alterV_Vdcvip02.4881V.lib'f:\spice\userlib\csmc.lib'sf.alterV_Vdcvip02.4912V.lib'f:\spice\userlib\csmc.lib'ss.end对于各种corner加入了对应的V_vdc定义20模型corner仿真ffss21模型corner仿真ffssffss22模型corner仿真由仿真结果可测得：gainGBWPhasemargintt989103MHz67.2ff585122MHz75.9fs922108MHz64.8sf93997.9MHz71.2ss1.46k87.4MHz62.4238.温度分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo).op.dcv_vdc2.452.510.0001

sweeptemp010020*.trans0.1ns1000ns*.acdec101k500meg

$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1p$alfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end做温度扫描，分析各种温度下增益和失调的变化24温度分析温度变化对系统失调和增益的影响00100100Vo=vdd/2分别对应于V_vdc为：2.48822.48772.48732.48682.48632.485825温度分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo)vp(vo).temp0*.dcv_vdc2.452.510.0001$sweepmonte=30*.trans0.1ns1000ns.acdec101k500meg$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1p$alfa=agauss(0