HSPICE分析综合实例-答案资料讲解

简单跨导放大器分析——HSPICE分析实例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v_vpvdd05v

r_rzvo1n_0001rzvc_ccn_0001voccvc_cl0voclvc_cb0vb10pr_rbvbvdd100km_u2vo1vipn_00020nenhl=0.6uw=12um=2m_m1n_0003n_0003vddvddpenhl=2uw=12um=2m_m3vovo1vddvddpenhl=0.6uw=12um=8m_u1n_0003vinn_00020nenhl=0.6uw=12um=2m_u4vovb00nenhl=5uw=12um=8m_u5vbvb00nenhl=5uw=12um=1m_u3n_0002vb00nenhl=5uw=12um=4m_m2vo1n_0003vddvddpenhl=2uw=12um=2存在文件中工作点分析浏览并分析.lis文件的内容.prot与.unprot使用将使得其中的内容不在.lis中出现用oper查找，即可找到operatingpointinformation这一段，可看到电路各节点的电压、各元件的工作状态注意此时vo=4.8967对于提供电源的电压源v_vp，注意其功耗就是电路功耗，因此可查得电路功耗为2.3596mW对于MOS管，注意各参量的含义：region、id、vgs、vds、vth、vdsat、gm、gmb、gds……可查得流过M_U3的偏置电流为140uA，并注意到M_M3的region为Linear2、直流扫描分析(otas2.sp)Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’V_Vacvin0DC2.5VAC1V0V_Vdcvip02.5V.printdcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.452.550.001.end粗扫直流扫描分析vovo1dvo对vo求导小信号增益Gain=d(vo)/d(v_vdc)确定精扫扫描范围直流扫描分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’V_Vacvin0DC2.5VAC1V0V_Vdcvip02.5V.printdcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.4842.4940.0001.end精扫直流扫描分析对于增益要求G0，存在对应的输出swingrange，若用小信号增益gain>G0作为swingrange，则一定满足增益要求例如G0=300，则根据下图其swingrange(0.574,4.194)若取输出中心电压为vdd/2，而令vo=vdd/2时，可测得此时v_dc=2.4876V故ota的系统失调：Vos=12.4mV3.交流扫描分析(otas3.sp)Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).opV_Vacvin0DC2.5VAC1V0V_Vdcvip02.4876V.acdec101k1g$sweeprzv02k0.2k.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end表示没有补偿电阻Rz交流扫描分析GBW=99.5MHz相位裕度18.7度直流small-signalgain交流扫描分析单位增益带宽GBW

gm1/(Cc+CGD3)主极点

p11/[Ro1gm3Ro(Cc+CGD3)]第二极点

p2gm3/(CL+Co)零点z1/[(Cc+CGD3)(gm3-1-Rz)]查看.lis文件可知gm32mgm10.83mgm1b0.13m由于零点的作用，相位裕度从60多度减小至39度！gm1为输入管M_U1的跨导gm3为第二级输入管M_M3的跨导交流扫描分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500megsweepccv05p1p.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析miller补偿效应交流扫描分析增加Cc，

p1向下移动，GBW减小相位裕度增加增加Cc到5p时，相位裕度增加到约59度，而GBW已经减小到24.8MHz!交流扫描分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500megsweeprzv02k0.2k.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析零极点抵消效果加Rz，可减弱零点的作用，提高相位裕度；当达到零极点抵消时，应满足：Rz(CL+Cc)/(gm3Cc)得出Rz1k交流扫描分析Rz增加到0.6k时，相位裕度增加到约55度，GBW约76MHzRz增加到1k时，相位裕度增加到约67度，GBW约103MHz4.噪声分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500meg$sweeprzv02k

0.2k.noisev(vo)v_vac10

.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析热噪声噪声分析.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5.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-10在MOS晶体管的参数中考虑失配例：原有的W=30u,M=8修改为W=‘30u+30u*0.04u*alfa/sqrt(2*30um*5um)’M=8delvto=‘12.5n*alfa/sqrt(2*30um*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失调分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.452.510.0001sweepmonte=30*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k500meg$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1palfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end用monte-carlo仿真来分析失配导致的失调分布失调分析30次monte-carlo仿真结果由此可见ota的失调分布可达(-10mV~10mV)可增大晶体管来减小Vos，但是会带来速度问题6.压摆率分析在输入端输入一个较大的脉冲信号，以观察输出端的电压摆率V_vac的定义换成：V_vpulsevin0PULSE2320ns0.1n0.1n100n200n压摆率分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probetranv(vo1)v(vo).op*.dcv_vdc2.452.510.001sweepmonte=30.trans0.1ns1000ns*.acdec101k500meg$sweepccv05p1p*.noisev(vo)v_vac20.pararzv=1kccv=1pclv=1p$alfa=agauss(0,3,3).inc‘NETLIST_PATH\’.end用瞬态仿真来分析ota输出slewrate压摆率分析压摆率仿真结果由右图可测得ota的上升和下降压摆率分别为141V/us和131V/usProblem:在电路图中如何分析上升和下降压摆率？将结果与仿真结果进行对比7.模型corner仿真V_vpulse的定义换回来：V_Vacvin0DC2.5VAC1V0模型corner仿真Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo).op.dcv_vdc2.452.510.0001$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模型corner仿真在.end前插入.alter语句，如下：Otasimulation…….alter.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ff.alter.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’fs.alter.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’sf.alter.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’ss.end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：2.48762.48142.48612.48812.4912模型corner仿真Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.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的变化模型corner仿真…….alterV_Vdcvip02.4814V.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib

'ff.alterV_Vdcvip02.4861V.lib’LIB_PATH\cz6h_v28.lib

'fs.alterV_Vdcvip02.4881V.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib

'sf.alterV_Vdcvip02.4912V.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib

'ss.end对于各种corner加入了对应的V_vdc定义模型corner仿真ffss模型corner仿真ffssffss模型corner仿真由仿真结果可测得：gainGBWPhasemargintt989103MHz67.2ff585122MHz75.9fs922108MHz64.8sf93997.9MHz71.2ss1.46k87.4MHz62.48.温度分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.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：2.48822.48772.48732.48682.48632.4858温度分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\cz6h_v28.lib’tt.unprot