使用spectre做Noise分析低噪声放大器的设计,一般要求分析其等效输入噪声[1],在spectre中分析噪声的步骤为,
1. 设置仿真参数。
类似“ac”分析;“output Noise”设置为“voltage”,“Positive output node”和“Negative output node”分别选择输出电压的两端,如双端输出运放的两个输出端或者单端输出运放的输出端和gnd;“input Noise”选择“voltage”,设置在输入端得一个电压源(如信号输入电压源),仿真工具将把输出噪声除以增益,等效到这个电压源上。点击“OK”关闭对话框...
低噪声放大器的设计,一般要求分析其等效输入噪声[1],在spectre中分析噪声的步骤为,
1. 设置仿真参数。
类似“ac”分析;“output Noise”设置为“voltage”,“Positive output node”和“Negative output node”分别选择输出电压的两端,如双端输出运放的两个输出端或者单端输出运放的输出端和gnd;“input Noise”选择“voltage”,设置在输入端得一个电压源(如信号输入电压源),仿真工具将把输出噪声除以增益,等效到这个电压源上。点击“OK”关闭对话框。
2. 开始仿真,等待仿真结束。
3. 查看仿真结果。
3.1 plot噪声功率谱密度
Result_Direct Plot_Equivalent Output Noise和Result_Direct Plot_Equivalent Input Noise,如下图,噪声单位为V/
。也可以plot出噪声功率,即单位为V2/Hz。在这个图中可以得到的信息为1000kHz之前主要是1/f噪声在起作用。
3.2 summary 噪声功率
选择Result_Print_Noise Sumary可以得到如下对话框,选择“integrated noise”可以在关心的频率范围内积分,一般我们选择在运放的单位增益带宽内积分噪声,这里我们选1Hz到4MHz。“noise unit”选择V或者V^2。V^2是
的采用功率来
示的噪声水平,V是对其进行开方运算。
根据一定带宽内的噪声等于噪声功率在这个带宽内的功率积分,因此这里引出一般所讲的“运放的等效输出噪声为多少V/
”,这个讲法的前提条件为需要明确一定的带宽,并且需要等效为输入白噪声。
因此可以得到计算公式,
等效输入白噪声=
(单位为V^2/Hz);
也可以表示为
等效输入白噪声=
(单位为V/
);
这里以test电路为例:
点击“Apply”显示结果如下图,因为我们选择列出2个噪声器件,按噪声功率比例排列,分别显示出噪声器件,噪声类型(fn表示1/f噪声,id表示MOS热噪声),等效输入噪声为“Tota Input Referred Noise”,这里显示为7.63e-05V(1Hz到4MHz积分)。
然后我们用公式
等效输入白噪声=
(单位为V/
计算:
等效输入白噪声=7.63e-05V/2000=38nV/
,这时一般的MOS管运放等效输入噪声水平。
如果我们认为这个等效输入噪声(一般不用叫白噪声),可以进行调节,调节的依据在于以下噪声计算公式:
以上公式表明不同的W/L可以得到不同的噪声水平,我们用test电路做一个统计
:可以看出W*L变大可以使等效输入噪声下降到需要的水平,具体需要降低到什么水平,要根据电路的实际需要来确定。但无论如何设计,目前很难将等效输入噪声降低到3nV/
以下。
4. 参考资料:
1. 模拟集成电路设计与仿真,何乐年,73-77
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