模擬電路高級(jí)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器

1、國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地培訓(xùn)資料(3)簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)2006-x-xx簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)包括對(duì)簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器進(jìn)行dc掃描、ac分析，并學(xué)習(xí)根據(jù)輸出波形確定相位裕度、輸入輸出共模范圍、共模增益、共模抑制比（cmrr）以及電源抑制比（psrr）。1. 啟動(dòng)cadence啟動(dòng)電腦，進(jìn)入solaris9系統(tǒng)，打開(kāi)終端teminal，輸入cds.setup后按回車(chē)，再輸入icfb&按回車(chē)，candence啟動(dòng)成功。在自己的library中新建一個(gè)cellview，命名為amp。2. 電路圖輸入按下圖輸入簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器電路圖，其中的元件參數(shù)我們?cè)谙乱徊街性O(shè)置，圖中用到的元件（vdc, pmos4

2、,nmos4,vdd,gnd,cap）都在analoglib庫(kù)中能找到。圖2.1 簡(jiǎn)單差動(dòng)放大器電路圖3. 計(jì)算、設(shè)置元件參數(shù)圖3.1 m0、m1、m2管的參數(shù)設(shè)置根據(jù)放大倍數(shù)，功耗，輸出擺幅等要求確定各個(gè)mos管的寬長(zhǎng)比（w/l）和柵壓。由于我們實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，請(qǐng)同學(xué)們直接按下面的步驟設(shè)置好元件值（選中元件后按q鍵調(diào)出如下的元件屬性設(shè)置框）：m0，m1，m2：于model name 欄輸入n18，于width欄輸入4u，于lenth欄輸入700n，最后點(diǎn)擊ok。圖3.2 m3、m4管參數(shù)設(shè)置m3，m4：于model name 欄輸入p18，于width欄輸入10u，于lenth欄輸入3u，最后

3、點(diǎn)擊ok。直流電壓源v0，v1的值分別設(shè)為1.8，0.6。設(shè)置完畢后點(diǎn)擊工具欄上的進(jìn)行保存。4. 仿真4.1 dc掃描及輸入輸出共模范圍在菜單欄依次選擇toolsanalog environment，彈出如圖4.1所示的simulation窗口：圖4.1 simulation窗口點(diǎn)擊setupmodel libraries在彈出的對(duì)話框中設(shè)好model library。點(diǎn)擊browse按鈕，選擇/cad/smic018_tech/process_technology/mixed-signal/spice_model/ms018_v1p6_spe.lib，在section(opt.)中填入tt，

4、點(diǎn)add，再點(diǎn)ok退出。圖4.2 添加model library點(diǎn)擊setupstimuli，彈出如下圖所示對(duì)話框，在其中可以設(shè)置輸入信號(hào)。我們可以看到vin1和vin2前面有“off”字樣，表示此時(shí)它們都不起作用。圖4.3 設(shè)置輸入信號(hào)圖4.5 vin2設(shè)置圖4.4 vin1設(shè)置選中vin1，此時(shí)該行處于高亮狀態(tài)。點(diǎn)擊enabled后的方框，當(dāng)其變?yōu)楹谏珪r(shí)表示已經(jīng)選中，然后在dc voltage欄輸入vcm1，最后點(diǎn)擊change保存修改（這一步一定要做?。?。以同樣的方法修改vin2，不同的是在dc voltage欄輸入vcm2。此時(shí)vin1和vin2前面的“off”應(yīng)該變成了“on”，表示

5、它們都被激活了。最后點(diǎn)擊ok退出。點(diǎn)擊右邊工具欄上的，將vcm1，vcm2添加為設(shè)計(jì)變量，值設(shè)為0.9。點(diǎn)ok保存。圖4.6 添加并設(shè)置變量vcm設(shè)置直流掃描參數(shù)，點(diǎn)擊右邊工具欄上的，按圖4.7設(shè)置好，點(diǎn)ok保存。這里我們讓vcm1從0v掃描到1.8v。圖4.7 直流掃描參數(shù)設(shè)置設(shè)置輸出信號(hào)，依次選擇outputsto be plottedselect on schematic。圖4.8 選擇輸出信號(hào)點(diǎn)擊電路圖中的vout pin，然后按esc。我們可以看到outputs欄里已經(jīng)有了剛才選擇的vout。圖4.9 選擇好的輸出信號(hào)依次點(diǎn)擊simulation窗口的toolsparametric

6、analysis彈出參數(shù)分析窗口，按圖4.10設(shè)置好： 圖4.10 參數(shù)分析設(shè)置依次點(diǎn)擊參數(shù)分析窗口的analysisstart，可以看到如圖4.11所示的結(jié)果：圖4.11 參數(shù)分析結(jié)果為使電路正常工作，輸入共模電壓的范圍應(yīng)為：vgs1+( vgs0- vth0)vin,cmvdd-(vgs3- vth3)+ vth1 (1.1)輸出共模范圍應(yīng)為：vod0+vod1vout,cmvdd-|vod3| (1.2)本實(shí)驗(yàn)中最小輸入共模電壓為0.8v左右，小于 0.8v的輸入共模電平會(huì)使m0進(jìn)入線性區(qū)，m1，m2進(jìn)入亞閾值導(dǎo)通狀態(tài)；最大輸入共模電壓為1.4v左右，大于該值的輸入共模電壓很容易使m1，

7、m2進(jìn)入線性區(qū)。從圖4.11中我們可以觀察到隨著vcm2的增大，輸出擺幅越來(lái)越小。4.2 ac分析,觀察相位裕度圖4.13 vin2參數(shù)設(shè)置圖4.12 vin1參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊setupstimuli，將vin1的ac magnitude為0.5，將vin2的ac magnitudee設(shè)置為-0.5（別忘了點(diǎn)change保存修改?。?。設(shè)置交流分析參數(shù)，頻率范圍從10到200m，點(diǎn)ok 保存圖4.14 交流分析參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊觀察輸出波形： 圖4.15 交流分析結(jié)果依次點(diǎn)擊波形顯視窗的toolscalculator，彈出如圖4.16所示窗口，在caculator窗口的函數(shù)列表窗里選擇phasemargi

8、n，然后點(diǎn)擊就可以得到相位裕度。圖4.16 相位裕度4.3 共模增益，共模抑制比（cmrr）回到simulation窗口，點(diǎn)擊setupstimuli，將vin1，vin2的ac magnitude都設(shè)為1。圖4.17 vin2參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊開(kāi)始仿真，得到如下波形圖：圖4.18 共模增益波形從圖4.17我們可以看到，即使電路是完全對(duì)稱(chēng)的，輸出信號(hào)也會(huì)因?yàn)檩斎牍材Ｗ兓儾?，這個(gè)缺點(diǎn)在全差動(dòng)電路中不存在。為了合理地比較各種差動(dòng)電路，必須用所需要的差動(dòng)增益與不希望的共模增益的比值來(lái)衡量對(duì)共模擾動(dòng)的抑制能力。定義“共模抑制比”（cmrr）如下： cmrr= （1.3）本實(shí)驗(yàn)中，低頻時(shí)acm大約為0.035，adm大約為185，因此cmrr大約為75db。4.4 電源抑制比（psrr）回到電路圖編輯窗口,將v0的ac magnitude設(shè)為1，點(diǎn)擊ok退出。圖4.19 v0參數(shù)設(shè)置之后點(diǎn)擊保存電路圖?；氐絪imulation窗口，點(diǎn)擊setupstimuli，將vin1，vin2的ac magnitude設(shè)為0。圖4.20 vin1參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊開(kāi)始仿真，結(jié)果如圖4.21所示。圖4.