cadence共模電路設(shè)計

1、國家集成電路人才培養(yǎng)基地培訓(xùn)資料(4)共源放大器實驗2006-7-19目 錄1.啟動cadence，創(chuàng)建個人工作庫32.電路圖輸入33.設(shè)置元件參數(shù)44.對電路進行仿真44.1 DC掃描44.2 AC掃描74.3 tran掃描85.對二極管負載的電路進行仿真95.1 仿真前設(shè)置95.2 電路仿真106.對電流源負載的電路進行仿真136.1仿真前設(shè)置136.2 電路仿真147.三種不同放大器性能的比較16mos晶體管共源級放大器對共源放大器（包括純電阻負載和有源負載）做DC、AC和Tran分析，驗證它的輸入輸出特性曲線，學(xué)習(xí)如何在cadence軟件中觀察放大器的增益和各種波形，學(xué)習(xí)在Result

2、s Displaying Window中查看各種電路參數(shù)，以及對放大器做參數(shù)化掃描。1. 啟動cadence，創(chuàng)建個人工作庫開機進入solaris9系統(tǒng)，輸入cds.setup后再輸入icfb&，啟動candence。建立一個命名為common_source_stage的工作庫。在此工作庫下建立一個cellview命名為resistive_load。2. 電路圖輸入在schematic中編輯以純電阻為負載的共源放大器，圖中用到的元件nmos4、res、gnd、cap、vdc和vdd從analogLib庫中選取。編輯好的電路如圖2.1所示：圖2.1 純電阻負載共源放大器電路圖3. 設(shè)置元

3、件參數(shù)電源電壓vdd取1.8v，V1的DC Voltage設(shè)為參數(shù)v1，AC magnitude為1v(用于看增益) 。電阻R0的阻值設(shè)為參數(shù)r1,輸出電容C0的大小為1pf。nmos管的模型為n18，溝道寬度w為3.6um，柵長l為0.6um。設(shè)置完畢后點擊工具欄上的進行保存。4. 對電路進行仿真4.1 DC仿真選擇菜單Tools->Anolog Environment，進入ADE環(huán)境，首先對model文件進行設(shè)置, 在ADE工具欄中點擊Setup->Model Libraries添加Model Library。Model Library File的路徑為/cad/smic018

4、_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib。在工具欄中點擊Variables->Copy From Cellview調(diào)入變量v1和r1，用鼠標雙擊調(diào)入的變量，在彈出的對話框中可以對它們進行設(shè)置，令v1=0.8v，r1=10k。再對直流仿真進行設(shè)置，點擊Analysis->Choose，在彈出的對話框中選DC項，v1的變化范圍從0v1.8v。DC仿真設(shè)置如圖4.1所示：圖4.1 直流仿真參數(shù)設(shè)置然后在工具欄中點擊Outputs->To Be Plotted->Select On

5、Schematic，用鼠標點擊放大器輸出端所在支路作為output。最終設(shè)置好的ADE環(huán)境如圖4.2所示：圖4.2 ADE環(huán)境點擊就可以看到DC仿真的波形。圖4.3 直流仿真結(jié)果點擊工具欄中Tools->Parametric Analysis，對電阻r1進行參數(shù)化掃描，其電阻變化范圍從5k50k，掃描步長選擇10k，方式為Linear Steps。設(shè)置好的結(jié)果如圖4.4所示：圖4.4 參數(shù)化掃描設(shè)置點擊工具欄中的Analysis->Start，便可觀察到如圖4.5所示的結(jié)果：圖4.5 參數(shù)化掃描結(jié)果從圖中可以看出，共源放大器的增益（圖中斜線的斜率）隨輸出電阻的增大而增大，而輸入輸出

6、擺幅卻隨輸出電阻的增大而變小。因此在增益和擺幅之間存在折中。點擊Results->Print->DC Operating Points，然后在schematic中點擊要觀察的器件，此時Results Displaying Window中就會顯示出器件此時的各種參數(shù)。在這里我們選擇觀察mos管M0。部分參數(shù)的顯示結(jié)果如圖4.6所示：圖4.6 查看參數(shù)圖4.6 查看參數(shù)4.2 AC仿真根據(jù)DC分析的結(jié)果，重新設(shè)置v1和r1的值，以使增益盡量提高。v1=0.55v，r1=50k。點擊Analysis->Choose，選中AC項，頻率掃描范圍為1k200M。設(shè)置好后點擊就可以看到仿真

7、結(jié)果。如圖4.7所示：圖4.7 AC仿真結(jié)果從圖中可以看出此時放大器低頻時的增益為10，當頻率超過105Hz時，增益開始下降。由公式AuRDµnCox（VinVTH）gmRD 可知在偏置電壓不變的情況下，固定輸出電阻和mos管的寬長比兩個參數(shù)中的一個，則放大器增益與另一個呈正比。同學(xué)可以自己調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)，來觀察增益的變化情況。4.3 tran仿真將上面電路中的輸入電壓源vdc換為交流電壓源vsin（從analogLib庫中選?。?，并對它的參數(shù)進行設(shè)置。設(shè)置結(jié)果如圖4.7所示：圖4.7 瞬態(tài)信號源vsin的設(shè)置結(jié)果 可以看出此時在直流電壓0.55v上疊加了一個幅度為0.1mv頻率為1

8、kHz正弦信號。其實前面實驗中vdc也可以用vsin代替，只要不對其中的Amplitudehe和Frequence參數(shù)設(shè)置就可以了。點擊Analysis->choose，選中tran項，掃描時間設(shè)為10ms。點擊進行仿真。仿真結(jié)果如圖4.8所示：圖4.8 tran仿真結(jié)果從圖中正弦的幅度可以看出，輸入的小信號0.1mv被放大了10倍。 5. 對二極管負載的電路進行仿真5.1 仿真前設(shè)置在common_source_stage庫中新建一個新的cellview命名為diode_connected_load。如圖5.1所示畫出二極管為負載的共源放大器電路圖，圖中所用元件nmos4、pmos4、

9、gnd、cap、vdc和vdd從analogLib庫中選取。圖5.1二極管為負載的共源放大器電路電源電壓vdd取1.8v，V1的DC Voltage設(shè)為參數(shù)v1，AC magnitude為1v(用于看增益) 。nmos管的模型為n18，溝道寬度w為3.6um，柵長l為0.6um。二極管連接的pmos管取模型為p18, 溝道寬度w為3.6um，柵長l為0.6um。輸出電容C0的大小為1pf。設(shè)置完畢后點擊工具欄上的進行保存。5.2 電路仿真進入ADE環(huán)境，首先對model文件進行設(shè)置。然后調(diào)入變量v1，設(shè)置v1=0.8v，再對直流掃描進行設(shè)置，點擊Analysis->Choose，選中DC

10、項，v1的變化范圍從0v1.8v。開始做DC仿真。仿真結(jié)果如圖5.2所示： 圖5.2 直流仿真結(jié)果從圖中可以發(fā)現(xiàn)以二極管為負載的共源放大器的輸入輸出曲線在起始部分，即v1<vth的時候，并不像以電阻為負載時那樣平直，請大家考慮出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。/亞閾值效應(yīng)在schematic中將負載pmos管的寬w設(shè)為變量w1，其余參數(shù)不變，點擊保存后在ADE環(huán)境下重新調(diào)入變量w1，并對它設(shè)置初始值1u。然后對w1進行參數(shù)化掃描，使w1的變化范圍為1u15u，仿真步數(shù)設(shè)為15。開始仿真。仿真 后的結(jié)果如圖5.3所示： 圖5.3 參數(shù)化掃描結(jié)果根據(jù)DC分析的結(jié)果，重新設(shè)置v1和w1的值，以使增益盡量提高

11、。v1=0.6v，w1=1u。點擊Analysis->choose，選中AC項，頻率掃描范圍為1k200M。開始仿真。方針結(jié)果如圖5.4所示：圖5.4 AC仿真結(jié)果在Results Displaying Window中可以看到此時作為負載的pmos管的gm=59.76u，所以此時的輸出電阻約為1/gm16.7k。作為輸入器件的mos管的跨導(dǎo)gm=287.9u,根據(jù)公式：Au可以算出Au4.6和圖中顯示的增益相同。另由公式 Au知可以通過改變兩個mos管的寬長比來調(diào)節(jié)放大器的增益。事實上放大器的增益還受到輸出擺幅的影響，在改變寬長比的同時，適當改變放大器的偏壓才有可能達到理想的放大倍數(shù)。將

12、上面電路中的輸入電壓源vdc換為交流電壓源vsin，并對它的參數(shù)做與前面相同的設(shè)置。然后進行tran掃描。結(jié)果如圖5.5所示：圖5.5 tran掃描結(jié)果6. 對電流源負載的電路進行仿真6.1仿真前設(shè)置新建一個新的cellview命名為current_source_load。在schematic中編輯電路，圖中所用元件從analogLib庫中選取。如圖6.1所示畫出電流源為負載的共源放大器電路圖，圖中所用元件nmos4、pmos4、gnd、cap、vdc和vdd從analogLib庫中選取。圖6.1 以電流源為負載的共源級放大器電源電壓取1.8v，V0的DC Voltage設(shè)為參數(shù)v1，交流電壓

13、AC magnitude為1v(用于看增益) ，V1的DC Voltage設(shè)為參數(shù)v2。nmos管模型為n18溝道寬度w為3.6um，柵長l為0.6um。作為電流源的pmos管取模型為p18, 溝道寬度w為800nm，柵長l為0.6um。輸出電容值與前面相同為1pf。設(shè)置完畢后點擊工具欄上的進行保存。6.2 電路仿真進入ADE環(huán)境，首先對model文件進行設(shè)置, （與前面相同）。然后調(diào)入變量v1，v2。將M1的偏置電壓v1設(shè)為0.9 v，因為smic018工藝庫下的閾值電壓Vth0.4v，所以M1管的過驅(qū)動電壓vod0.5v。若使M2管也有相同的過驅(qū)動電壓，則可估算出M2管的偏置電壓v2為0.

14、9 v。對直流仿真進行設(shè)置，點擊Analysis->choose，選中DC項，v1的變化范圍從0v1.8v。開始做DC仿真。仿真結(jié)果如圖6.2所示：圖6.2 直流仿真結(jié)果從掃描結(jié)果可以看出與前兩種放大器相比，電流源負載的共源放大器不僅增益較高而且輸出擺幅也較大。點擊Analysis->choose，選中AC項。由于這種結(jié)構(gòu)會引入大的寄生電容，因而會影響到高頻特性，所以頻率掃描范圍改為0.01k200M。開始仿真。仿真結(jié)果如圖6.3所示：圖6.3 AC仿真結(jié)果仿真結(jié)果顯示一電流源做負載對增益有很大的提高。將上面電路中的輸入電壓源vdc換為交流電壓源vsin，并對它的參數(shù)做與前面相同的設(shè)置。然后進行tran仿真。圖6.4 tran仿真結(jié)果7. 三種不同放大