(完整版)HSPICE与CADENCE仿真规范与实例..

）。首先确定所采用管子的宽度（所有晶体管的沟道长度不必为同一值），手工设计：根据拟定的设计指标，确定满足指标的运算放大器各元件的尺寸和所需要的偏置电流的大小（可能需要迭代）；设计偏置电路：采用自偏置电流源技术a）选定电路结构；b）手工设计：确定各元件的尺寸；c）Spectre仿真（采用TTCorner模型），验证电流源的性能；将偏置电路和运算放大器电路合在一起仿真（采用TTCorner模型，27。），确定运放的最终性能参数：a）开环增益的幅频和相频响应；b）CMRR的频率响应；c）PSRR的频率响应；d）共模输入范围；e）输出电压摆幅；f）压摆率；g）建立时间；h）噪声；i）功耗；采用SSCorner模型，0。仿真温度，重新仿真以上参数。采用FFCorner模型，80。仿真温度，重新仿真以上参数。图6所示的仿真电路可仿真放大器的交流特性和瞬态特性。采用闭环电路仿开环的方法，通过R0形成负反馈通路从而确定输出共模电平（此时的共模电平实际是V1的直流值），并稳定直流偏置。在这个电路中选择RC时间常数的倒数与Av的乘积小于运放预期的主极点是必须的，即选择大电阻和大电容值（本实验选择1G欧姆电阻和1mf电容，具体见alien的运算放大器仿真）。由于反馈电阻的大阻值，输入的共模会自动调整到和输入V1相等。图6AC特性仿真图中输入为正弦波形对其进行相应设置来满足功能，主要包括直流电压值提供输入端的直流偏置、交流AC幅值和相位（通常为1V，相位默认为0）、瞬态电压幅值频率和相位值。具体设置如下图所示：同理设置电阻电容值和直流电源值（直流电压），后在菜单栏tools—AnalogEnvironment调用仿真工具进行电路仿真。选取仿真工具，添加模型文件并进行仿真设置，下面主要介绍一下仿真的设置，包括交流瞬态tran、交流ac、直流de、噪声noise，具体如下所示：|lchoosingAnalyses一一Virtuose*®AnalogDesignEnvirorlOKCancelDefaultsApplyAnalysis•Irandeacnoise!sensdcmatch击tb…冲、jenvlpxpss■J阳匚pnoiseJpxfJpspqpssqpacJV«f..'qpspTransientfinaJysisStoplimeliberaJOptions...AccuracyOefaults(errpreset)conservativemoderateEnabled■ChoosingAnal/ses一一Virtuoso©AnalogDesignEnviroiChoosingAnal/ses一一Virtuoso©AnalogDesignEnviroiOKConedDefaults/\pplyHelpAnalysistran卩ZJ卩如qpnoise•desensSPpnulseqpa一qpxtacnoisedcmatchstbenvlppssJ卩xrJqpacJqpspDCAnalysisSaveDCOperatingPoint■SwoopVariatjloTomporatwroLJ」，•・一ChoosingAnalyses—virtuoso«AnalogDedgnEnviron"[ChoosingAnayses—Virtuoso®AnalogDesignEnvircmOKmDe仙Its却pryHelpAraiysKIrande•養noisexfsensdcmatchstbJF$p4呷J呻JP«pnoiseJl«P_qpss_qpn«se」pxfACAraiysKSweepVariable•FrequencyDesignVariableTRmpprafjireComponentParameterMedelParametersweepKange■Oldl-OUJ卩Center-SpanStart1SWp1Q8.SweepType■PointsPerDecade或numberorstepsLogarthmicAddSpecificPointsSpeciaizedAralvsesNowEiwU&l■Options...IOKCancelDefaltsApplyHelpNoiseAnalysisSweepVaiiaMe•FrequencyDesignVariableTemperatureComponentParameterModelParameterSweepRange•Start-StopCenter-SpanSweepTypeStart1Stop10G■Rnint^PptLogarithmicNumberofStepsAddSpecificPointsOutputNoisevoltage」1PmithreOutputNode/voutSelectNegativeOutputNode曲［SelectInputNoisevoltageJ1呻utVoltageSourceSelectEnabled■Options...大家应该注意到了，在电源的设置中直流电压和瞬态偏置电压（即DCvoltage和offsetvoltage）都设置了变量vin。在仿真之前需要在variable中选择edit设置变量值。另一种方法如下图。在tools项中选择选择parametricanalysis选项，合理设置rangtype和stepcontrol。然后选择analysis中start就可以了。在设置一个电压源时最主要会用到三类参数：交流仿真参数（acmagnitude是交流信号摆幅，一般设为1；acphase一般用在双端放大器仿真，一端为0另一端为180）、直流仿真参数（dcvoltage）和瞬态仿真参数等。仿真器仿真时，这几个状态仿真是分开仿的，各参数互不影响。下边两图仿真结果就是参数扫描的结果，直流dc仿真可以计算出直流偏置点，从而可以看各点的静态电压和直路的静态电流。交流仿真可以仿真静态工作点的交流特性，主要是直流增益和频率特性，随输入的正弦激励的直流偏置结果如下，上图为幅频图，下图为相频图：当输入的直流偏置为1.2V时的交流相应如下，从图中可以看出其直流增益为47dB,相位裕度为63。满足稳定性要求（相位裕度为180度减去增益0dB时的相移。另外在比较器应用中并不一定满足相位裕度的要求，因为比较器工作在开环状态）。瞬态结果如下（瞬态电压幅值为50mV，频率为1K），从图中可以看出输出低电平不能达到0,且与输入的直流电平有关，在不同的直流输入下，输出高电平确基本一样。试分析这些影响并解释原因。噪声分析主要包括闪烁噪声和热燥声，其输入等效噪声如下:NHLhw-.一因为运放常工作在闭环状图7输入共模范围仿真无论运放的开环还是闭环模式都可以定义输入输出共模范围，态，这种测量使输入输出CMR更敏感。单位增益结构对于测量和仿真输入CMR是有用的,如图7所示为运算放大器的输入CMR仿真。其中对输入v1从0到VDD进行参数扫描，观测输出结构，传输曲线的线性部分对应于输入共模电压范围的斜率是1。仿真设置和结果如下：ZMulysms—一MirAnadug0匕"虫1Envlfoci■1■OKCnnmlDnfAiJtAApplyHplpAnalysistrail•deWcnoise」xfJdrmfttrhJstlipz_'speiwlp(>3SJpocprioiscvuiJP3PqpssqpacqpnoiseqpspOCAibAlyflisHaveDCOperatingPoint■SweepVonaijleTemperaturc■DosignVambfo_IComipatlo!iitParamotxirModelParametervarvotoloHamoRelFSGtl)E吞iQTIVariirlllliE!•3fjirt.-9lnpCenter-SpanTypHLiirRarStartSt-npA[lciSpecificPtMntB•3lf?pNiJiifelinrnf用1搭卩加Cnabledl■Optims.^B4.»?@.01崗0m|f图8输出共模范围仿真在单位增益结构中，传输曲线的线性受到ICMR的限制。若采用高增益结构，传输曲线的线性部分与输出电压摆幅一致。图8为反相增益为10的结构可用来测试输出CMR。设置同上，结果如下:qr图9共模抑制比仿真Vcm，与单位增益结图9所示为运放共模抑制比的仿真电路结构，两个相同的电压源构的运放的两输入端连接，V1提供输入共模电平。对输出的结果取倒数可以得出CMRR，这可以用计算器完成原理见Allen运算放大器仿真。仿真设置如上，结果如下：输入直流电压为1V时共模抑制比扫描输入直流电压时得到的CMRRC3mp_jmpr^图10PSRR电源抑制比仿真图10所示为运放的正电源抑制比的仿真电路结构，运放为单位增益结构，交流输入与电源串联，对其进行AC仿真后取倒数得出PSRR（思考仿真方法的原理，具体见Allen第6.6节）。仿真结果如下：输入直流电压为1.2V时电源抑制比量建立时间，方波输入信号分别从0V,3.3V变为1.65V。仿真结果如下图:量建立时间，方波输入信号分别从0V,3.3V变为1.65V。仿真结果如下图:E^pre^siansb：win=!"1.5曹-vin=^r2.1■:vin=pt2rt;scvjn="-1.37-!'&:vin=':vin=r,rl-8m:v'n-，b1.7■i『—i:vin='^00听口”1,6CDp输入直流电压变化时电源抑制比Inip却、vdc=3.3V2ILJlnv2=-L65tr=InI\zdc=vin*、Poom-1and图11运放建立时间图11为运放建立时间的仿真电路结构，输出加大摆幅的方波，观测输出的瞬态波形测r■-■躺图12运放压摆率的仿真电路结构图12为运放压摆率的仿真电路结构，输入加大摆幅的方波，在这种情况下，输出受电路摆率的影响，而不是输出节点时间常数的影响。观测输出的瞬态波形测量压摆率，运放正输入端是0V到3.3V的方波信号。仿真结果如下M.170n输出波形放大图rron$|$int員的pOfl右。■■■1阳n方波输入从0到1.65V的建立时间方波输入从3.3V到1.65V的建立时间VOJtJUL'■Aft#-练习完成上述电路分析的仿真，然后考虑改变放大器结构，比如电流源做负载的放大器、者二级放大器结构，对电路的上述分析分别重新进行仿真，并总结出仿真结果。注意：如果采用二级放大器，需要特别注意相位裕度，如果相位裕度不够需要考虑相位补偿，如米勒补偿。附录：实验准备工作使用lab1或lab2或lab3登录。bash-2.03$cp~yswang/training/env/.bashrc.bash-2.03$cp~yswang/training/env/.cdsinit.bash-2.03$bashdragon:~$mkdirtraining1dragon:~$cdtraining1/dragon:~/training1$cp~yswang/training/hspice_labs.tar.gz.dragon:~/training1$cp~yswang/training/spice_labs.tar.gz.hspice数据准备dragon:~/training1$gzip-dchspice_labs.tar.gz|tarxvf-dragon:~/training1$cdhspice_labsdragon:~/training1/hspice_labs$cpsrc/*.sp.spectre数据准备dragon:~/training1$gzip-dcspice_labs.tar.gz|tarxvf-