HSPICE分析綜合實例答案課件

1、電路與網(wǎng)表指標(biāo)分析偏置電流與功耗、開環(huán)增益、GBW與相位裕度、壓擺率、Swing Range、失調(diào)、噪聲、工藝corner分析、溫度特性分析等電路與網(wǎng)表指標(biāo)分析v_vp vdd 0 5v r_rz vo1 n_0001 rzv c_cc n_0001 vo ccv c_cl 0 vo clv c_cb 0 vb 10p r_rb vb vdd 100k m_u2 vo1 vip n_0002 0 nenh l=0.6u w=12u m=2 m_m1 n_0003 n_0003 vdd vdd penh l=2u w=12u m=2 m_m3 vo vo1 vdd vdd penh l=0.6u

2、 w=12u m=8 m_u1 n_0003 vin n_0002 0 nenh l=0.6u w=12u m=2 m_u4 vo vb 0 0 nenh l=5u w=12u m=8 m_u5 vb vb 0 0 nenh l=5u w=12u m=1 m_u3 n_0002 vb 0 0 nenh l=5u w=12u m=4 m_m2 vo1 n_0003 vdd vdd penh l=2u w=12u m=2存在文件 中v_vp vdd 0 5v存在文件 中1、工作點分析Hspice執(zhí)行網(wǎng)表（otas1.sp).title ota operation point and ac anal

3、ysis.options post nomod .param rzv=1k ccv=1p clv=1t. lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.inc NETLIST_PATHV_Vac vin 0 DC 2.5V AC 1V 0V_Vdc vip 0 2.5V*.probe ac v(vo1) v(vo) vp(vo).op*.ac dec 10 1k 1g.end1、工作點分析Hspice執(zhí)行網(wǎng)表（otas1.sp).工作點分析瀏覽并分析.lis文件的內(nèi)容.prot與.unprot使用將使得其中的內(nèi)容不在.lis中出現(xiàn)用oper查找，即可找到ope

4、rating point information這一段，可看到電路各節(jié)點的電壓、各元件的工作狀態(tài)注意此時vo=4.8967對于提供電源的電壓源v_vp，注意其功耗就是電路功耗，因此可查得電路功耗為2.3596mW對于MOS管，注意各參量的含義：region、id、vgs、vds、vth、vdsat、gm、gmb、gds可查得流過M_U3的偏置電流為140uA，并注意到M_M3的region為Linear工作點分析瀏覽并分析.lis文件的內(nèi)容2、直流掃描分析(otas2.sp)Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.optio

5、n post probe.para rzv=1k ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATHV_Vac vin 0 DC 2.5V AC 1V 0V_Vdc vip 0 2.5V.print dc v(vo1) v(vo).op.dc v_vdc 2.45 2.55 0.001.end粗掃2、直流掃描分析(otas2.sp)Ota simulati直流掃描分析vovo1dvo對vo求導(dǎo)小信號增益Gain = d(vo)/d(v_vdc)確定精掃掃描范圍直流掃描分析vovo1dvo對vo求導(dǎo)確定精掃掃描范圍直流掃描分析Ota t.lib LIB_PA

6、THcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.para rzv=1k ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATHV_Vac vin 0 DC 2.5V AC 1V 0V_Vdc vip 0 2.5V.print dc v(vo1) v(vo).op.dc v_vdc 2.484 2.494 0.0001.end精掃直流掃描分析Ota simulation精掃直流掃描分析對于增益要求G0，存在對應(yīng)的輸出swing range，若用小信號增益gainG0作為swing range，則一定滿足增益要求例如G0=300，則根據(jù)下圖其swing

7、range (0.574, 4.194)若取輸出中心電壓為vdd/2，而令vo=vdd/2時，可測得此時v_dc=2.4876V故ota的系統(tǒng)失調(diào)：Vos=12.4mV直流掃描分析對于增益要求G0，存在對應(yīng)的輸出swing ra3.交流掃描分析(otas3.sp)Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be ac v(vo1) v(vo) vp(vo).opV_Vac vin 0 DC 2.5V AC 1V 0V_Vdc vip 0 2.4876V.ac dec 10 1k 1g $

8、sweep rzv 0 2k 0.2k.para rzv=0 ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATH.end表示沒有補(bǔ)償電阻Rz3.交流掃描分析(otas3.sp)Ota simulati交流掃描分析GBW=99.5MHz相位裕度18.7度直流small-signal gain交流掃描分析GBW=99.5MHz直流small-signa交流掃描分析單位增益帶寬 GBW gm1/(Cc+CGD3)主極點 p1 1/Ro1gm3Ro(Cc+CGD3)第二極點 p2 gm3/(CL+Co)零點 z 1/(Cc+CGD3)(gm3-1-Rz)查看.lis文件 可知gm3 2m g

9、m1 0.83m gm1b 0.13m由于零點的作用，相位裕度從60多度減小至39度！gm1為輸入管M_U1的跨導(dǎo)gm3為第二級輸入管M_M3的跨導(dǎo)交流掃描分析單位增益帶寬 GBW gm1/(Cc+CGD交流掃描分析Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be ac v(vo1) v(vo) vp(vo).op*.dc v_vdc 2.48 2.495 0.0001*.trans 10ns 200ns 20ns 0.1ns.ac dec 10 1k 500meg sweep ccv

10、0 5p 1p.para rzv=0 ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATH.end分析miller補(bǔ)償效應(yīng)交流掃描分析Ota simulation分析miller補(bǔ)償交流掃描分析增加Cc， p1 向下移動，GBW減小相位裕度增加增加Cc到5p時，相位裕度增加到約59度，而GBW已經(jīng)減小到24.8MHz!交流掃描分析增加Cc， p1 向下移動，GBW減小相位裕度交流掃描分析Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be ac v(vo1) v(vo) vp(vo)

11、.op*.dc v_vdc 2.48 2.495 0.0001*.trans 10ns 200ns 20ns 0.1ns.ac dec 10 1k 500meg sweep rzv 0 2k 0.2k.para rzv=0 ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATH.end分析零極點抵消效果加Rz，可減弱零點的作用，提高相位裕度；當(dāng)達(dá)到零極點抵消時，應(yīng)滿足：Rz (CL+Cc)/(gm3Cc)得出 Rz 1k交流掃描分析Ota simulation分析零極點抵消效果加交流掃描分析Rz增加到0.6k時，相位裕度增加到約55度，GBW約76MHzRz增加到1k時，相位裕度增加到約

12、67度，GBW約103MHz交流掃描分析Rz增加到0.6k時，相位裕度增加到約55度，G4.噪聲分析Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be ac v(vo1) v(vo) vp(vo).op*.dc v_vdc 2.48 2.495 0.0001*.trans 10ns 200ns 20ns 0.1ns.ac dec 10 1k 500meg $sweep rzv 0 2k 0.2k.noise v(vo) v_vac 10 .para rzv=1k ccv=1p clv=1p

13、.inc NETLIST_PATH.end分析熱噪聲4.噪聲分析Ota simulation分析熱噪聲噪聲分析.lis文件中會給出每一個頻率采樣點上的噪聲頻譜密度，以及從開始頻率到該頻率點的等效噪聲電壓等找到如下一段： * the results of the sqrt of integral (v*2 / freq) from fstart upto 100.0000 x hz. using more freq points results in more accurate total noise values. * total output noise voltage = 2.5009m

14、volts * total equivalent input noise = 64.7944u 注意.lis文件中各個MOS元件的噪聲大小對比，并根據(jù)電路圖進(jìn)行對應(yīng)的分析還可以改變Cc的值，來看總的等效輸入噪聲有什么變化噪聲分析.lis文件中會給出每一個頻率采樣點上的噪聲頻譜密度5.失調(diào)分析系統(tǒng)失調(diào)之外的失調(diào)主要來源：輸入差分對u1和u2、電流鏡m1和m2的失配U1, u2電壓失調(diào)為：M1, m2帶來的失調(diào)為：Vt, W為元件間的閾值電壓和跨導(dǎo)之差5.失調(diào)分析系統(tǒng)失調(diào)之外的失調(diào)主要來源：輸入差分對u1和u2失調(diào)分析晶體管隨機(jī)失配在良好的版圖設(shè)計條件下閾值電壓(mV)柵寬(u)均與柵面積的平方根

15、成反比NMOS:tox=1.25e-08+toxnPMOS:tox=1.3e-08+toxptoxn, toxp的值與model的corner有關(guān)，在tt情況下，toxn=toxp=0根據(jù)類似工藝的一個估計值tox的單位為e-10失調(diào)分析晶體管隨機(jī)失配NMOS:根據(jù)類似工藝的一個估計值to在MOS晶體管的參數(shù)中考慮失配例：原有的 W=30u, M=8 修改為W=30u+30u*0.04u*alfa/sqrt(2*30um*5um) M=8 delvto=12.5n*alfa/sqrt(2*30um*5um)這里alfa為(0,1)高斯分布變量依次將網(wǎng)表的內(nèi)容按照上面的方法修改失調(diào)分析在MOS晶

16、體管的參數(shù)中考慮失配失調(diào)分析失調(diào)分析Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be dc v(vo1) v(vo) .op.dc v_vdc 2.45 2.51 0.0001 sweep monte = 30*.trans 10ns 200ns 20ns 0.1ns*.ac dec 10 1k 500meg $sweep ccv 0 5p 1p*.noise v(vo) v_vac 20 .para rzv=1k ccv=1p clv=1p alfa=agauss(0,3,3).inc

17、 NETLIST_PATH.end用monte-carlo仿真來分析失配導(dǎo)致的失調(diào)分布失調(diào)分析Ota simulation用monte-carlo失調(diào)分析30次monte-carlo仿真結(jié)果由此可見ota的失調(diào)分布可達(dá)(-10mV10mV)可增大晶體管來減小Vos，但是會帶來速度問題失調(diào)分析30次monte-carlo仿真結(jié)果由此可見ota的6.壓擺率分析在輸入端輸入一個較大的脈沖信號，以觀察輸出端的電壓擺率V_vac的定義換成：V_vpulse vin 0 PULSE 2 3 20ns 0.1n 0.1n 100n 200n6.壓擺率分析在輸入端輸入一個較大的脈沖信號，以觀察輸出端的壓擺率分

18、析Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be tran v(vo1) v(vo) .op*.dc v_vdc 2.45 2.51 0.001 sweep monte = 30.trans 0.1ns 1000ns*.ac dec 10 1k 500meg $sweep ccv 0 5p 1p*.noise v(vo) v_vac 20 .para rzv=1k ccv=1p clv=1p $alfa=agauss(0,3,3).inc NETLIST_PATH.end用瞬態(tài)仿真來分

19、析ota輸出slew rate壓擺率分析Ota simulation用瞬態(tài)仿真來分析ota壓擺率分析壓擺率仿真結(jié)果由右圖可測得ota的上升和下降壓擺率分別為141V/us和131V/usProblem: 在電路圖中如何分析上升和下降壓擺率？將結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對比壓擺率分析壓擺率仿真結(jié)果由右圖可測得ota的上升和下降壓擺率7.模型corner仿真V_vpulse的定義換回來：V_Vac vin 0 DC 2.5V AC 1V 07.模型corner仿真V_vpulse的定義換回來：模型corner仿真Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt

20、.unprot.option post be dc v(vo) .op.dc v_vdc 2.45 2.51 0.0001 $sweep monte = 30*.trans 0.1ns 1000ns*.ac dec 10 1k 500meg $sweep ccv 0 5p 1p*.noise v(vo) v_vac 20 .para rzv=1k ccv=1p clv=1p $alfa=agauss(0,3,3).inc NETLIST_PATH.end做DC掃描，分析各種corner下的增益和失調(diào)的變化模型corner仿真Ota simulation做DC掃描，模型corn

21、er仿真在.end前插入.alter語句，如下：Ota simulation.alter.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib ff.alter.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib fs.alter.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib sf.alter.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib ss.end模型corner仿真在.end前插入.alter語句，如下：模型corner仿真ttttfffffsfssfsfssssFf時增益最小，ss時增益最大Vo=vdd/2分別對應(yīng)于V_vdc為：2.48762.48142.48612.48812.4

22、912模型corner仿真ttttfffffsfssfsfssss模型corner仿真Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be ac v(vo) vp(vo) .op*.dc v_vdc 2.45 2.51 0.0001 $sweep monte = 30*.trans 0.1ns 1000ns.ac dec 10 1k 500meg $sweep ccv 0 5p 1p*.noise v(vo) v_vac 20 .para rzv=1k ccv=1p clv=1p $alfa

23、=agauss(0,3,3).inc NETLIST_PATH.end知道了各種corner下的失調(diào)后，就可以設(shè)置V_vdc做AC掃描，分析各種corner下的增益和GBW的變化模型corner仿真Ota simulation知道了各種c模型corner仿真.alterV_Vdc vip 0 2.4814V.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib ff.alterV_Vdc vip 0 2.4861V.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib fs.alterV_Vdc vip 0 2.4881V.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib sf.alterV_Vdc

24、vip 0 2.4912V.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib ss.end對于各種corner加入了對應(yīng)的V_vdc定義模型corner仿真對于各種corner加入了對應(yīng)的V_模型corner仿真ffss模型corner仿真ffss模型corner仿真ffssffss模型corner仿真ffssffss模型corner仿真由仿真結(jié)果可測得：gainGBWPhase margintt989103MHz67.2ff585122MHz75.9fs922108MHz64.8sf93997.9MHz71.2ss1.46k87.4MHz62.4模型corner仿真由仿真結(jié)果可測得：gain

25、GBWPhas8.溫度分析Ota t.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post be dc v(vo) .op.dc v_vdc 2.45 2.51 0.0001 sweep temp 0 100 20*.trans 0.1ns 1000ns*.ac dec 10 1k 500meg $sweep ccv 0 5p 1p*.noise v(vo) v_vac 20 .para rzv=1k ccv=1p clv=1p $alfa=agauss(0,3,3).inc NETLIST_PATH.end做溫度掃描，分析各種溫度下增益和失調(diào)的變化8.溫度分析Ota simulation做溫度掃描，分析各種溫度分析溫度變化對系統(tǒng)失調(diào)和增益的影響00100100Vo=vdd/2分別對應(yīng)于V_vdc為：2.48822.48772.48732.48682.48632.4858溫度分析溫度變化對系統(tǒng)失調(diào)和增益的影響00100100Vo=溫度分析Ota t.lib LIB_PAT