HSPICE與CADENCE仿真規(guī)范與實(shí)例

電路模擬實(shí)驗(yàn)專題實(shí)驗(yàn)文檔一、簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)專題基于SPICE(SimulationProgramWithIntegratedCircuit)仿真模擬，講授電路模擬的方法和spice仿真工具的使用。SPICE仿真器有很多版本，比如商用的PSPICE、HSPICE、SPECTRE、ELDO,免費(fèi)版本的WinSPICE，SpiceOPUS等等，其中HSPICE和SPECTRE功能更為強(qiáng)大，在集成電路設(shè)計(jì)中使用得更為廣泛。因此本實(shí)驗(yàn)專題以HSPICE和SPECTRE作為主要的仿真工具，進(jìn)行電路模擬方法和技巧的訓(xùn)練。參加本實(shí)驗(yàn)專題的人員應(yīng)具備集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、器件模型等相關(guān)知識(shí)。二、Spice基本知識(shí)⑵無論哪種spice仿真器，使用的spice語法或語句是一致的或相似的，差別只是在于形式上的不同而已，基本的原理和框架是一致的。因此這里簡(jiǎn)單介紹一下spice的基本框架，詳細(xì)的spice語法可參照相關(guān)的spice教材或相應(yīng)仿真器的說明文檔。首先看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，采用spice模擬MOS管的輸出特性，對(duì)一個(gè)NMOS管進(jìn)行輸入輸出特性直流掃描。VGS從IV變化到3V,步長(zhǎng)為0.5V；VDS從0V變化到5V,步長(zhǎng)為0.2V；輸出以VGS為參量、ID與VDS之間關(guān)系波形圖。*OutputCharacteristicsforNMOSM12100MNMOSw=5ul=1.0uVGS101.0VDS205.op.dcvds05.2Vgs130.5.plotdc-I(vds).probe*model.MODELMNMOSNMOSVTO=0.7KP=110U+LAMBDA=0.04GAMMA=0.4PHI=0.7.end描述的仿真電路如下圖，

grid圖2-1MOS管輸入輸入特性仿真電路圖得到的仿真波形圖如下圖?！獀dsJhranch.sweepV—vdsJhranch.sweepV從這個(gè)簡(jiǎn)單的spice程序中可以知道spice電路描述的主要組成部分。（1）標(biāo)題和電路結(jié)束語句在輸入的電路描述語句中輸入的第一條語句必須是標(biāo)題語句，最后一條必須是結(jié)束語句。在本例中，—標(biāo)題.end—標(biāo)題.end—結(jié)束語句（2）電路描述語句電路描述語句描述電路的組成和連接關(guān)系，包括元器件、激勵(lì)源、器件模型等描述，另外，如果電路是層次化的，即包含子電路，電路描述部分還包括子電路描述（subckt）。在描述元器件時(shí)，要根據(jù)類型，采用不同的關(guān)鍵字作為元件名的第一個(gè)字母，元器件關(guān)鍵字見下表。如本例中，NMOS管的描述為：M12100MNMOSw=5ul=1.0u

表示的意思為：元器件關(guān)鍵字xDGSB模型名寬=乂乂y=xx其中D：漏結(jié)點(diǎn)；G：柵結(jié)點(diǎn)；S：源結(jié)點(diǎn)；B：襯底結(jié)點(diǎn)。器件模型描述電路中所使用的器件的spice模型參數(shù)，語句為.model。如在本例中,.MODELMNMOSNMOSVTO=0.7KP=110U+LAMBDA=0.04GAMMA=0.4PHI=0.7其中MNMOS為模型名，以便在元器件調(diào)用時(shí)使用，NMOS為模型的關(guān)鍵字。兀器件類型兀器件關(guān)鍵字電阻R電容C電感L二極管DNPN或PNP雙極型晶體管QN溝或P溝結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管JN型或P型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管MGaAs場(chǎng)效應(yīng)晶體管B電壓控制開關(guān)S電流控制開關(guān)W互感K激勵(lì)源說明供激勵(lì)用的獨(dú)立源和受控源，比如：V:獨(dú)立電壓源；I:獨(dú)立電流源E:電壓控制電壓源；F:電流控制電流源；G:電壓控制電流源；H:電流控制電壓源（3）分析類型描述語句分析類型描述語句說明對(duì)電路進(jìn)行何種分析。比如，直流工作點(diǎn)（.op），直流掃描分析（.de）,交流分析（.ac）,噪聲分析（.noise）,瞬態(tài)分析（.tran）等等。（4）控制選項(xiàng)描述語句控制選項(xiàng)用于描述spice仿真時(shí)的相關(guān)控制選項(xiàng)，一般在option內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，另外還有打印及輸出控制選項(xiàng)（.print、.plot、.probe）等等現(xiàn)將整個(gè)spice程序例子標(biāo)注如下:*OutputCharacteristicsforNMOSM12100MNMOSw=5ul=1.0uVGS*OutputCharacteristicsforNMOSM12100MNMOSw=5ul=1.0uVGS101.0VDS205.op-元器件描述（模型名為MNMOS的場(chǎng)效應(yīng)MOS管M1,漏結(jié)點(diǎn)2、柵結(jié)點(diǎn)1、源結(jié)點(diǎn)0、襯底結(jié)點(diǎn)0柵寬5um，柵長(zhǎng)1um）—激勵(lì)源描述（連接在1和0結(jié)點(diǎn)之間的IV獨(dú)立電壓源）—激勵(lì)源描述（連接在2和0結(jié)點(diǎn)之間的5V獨(dú)立電壓源）—分析類型描述，直流工作點(diǎn)分析.dcvds05.2Vgs130.5J分析類型描述，直流掃描分析(VGS從IV變化到3V,步長(zhǎng)為0.5V；VDS從0V變化到5V，步長(zhǎng)為0.2V).plotdc-I(vds).probe-控制選項(xiàng)描述，打印聲明-控制選項(xiàng)描述，打印輸出*model.MODELMNMOSNMOSVTO=0.7KP=110U+LAMBDA=0.04GAMMA=0.4PHI=0.7.end一器件模型描述，定義模型名為MNMOS的NMOS類型的模型—結(jié)束語句三、Hspice電路仿真(1+3)HSPICE的輸入網(wǎng)表文件通常為.sp文件，輸出文件有運(yùn)行狀態(tài)文件.stO、輸出列表文件.lis、瞬態(tài)分析文件.tr、直流分析文件.sw、交流分析文件.ac等，輸出文件有運(yùn)行狀態(tài)文件.stO和輸出列表文件.lis在每次hspice運(yùn)行后均有出現(xiàn)，其他的輸出文件視spice程序中選擇的分析類型而出現(xiàn)，并且可以在波形顯示工具中顯示，如Avanwaves、cosmosscope等。輸入spice網(wǎng)表(程序)文件和庫(kù)輸入文件能夠由一個(gè)線路網(wǎng)表轉(zhuǎn)換器或用一個(gè)文本編輯器產(chǎn)生。寫輸入網(wǎng)表文件的規(guī)則輸入網(wǎng)表文件的第一個(gè)語句必須是標(biāo)題行，最后一個(gè)語句必須是.END語句，它們之間的語句次序是隨意的，除非是續(xù)行(行首有“＋”的行)必須接在要接下去的行后面。注釋行以*打頭，可加在文件中的任何地方。輸入文件的編輯HSPICE采用自由格式輸入。語句中的域由一個(gè)或多個(gè)空格，一個(gè)Tab,—個(gè)逗號(hào)，一個(gè)等號(hào)或一個(gè)左/右圓括號(hào)分開。除UNIX系統(tǒng)中的文件名外，不予區(qū)分大寫或小寫字母。每行語句長(zhǎng)度限于80個(gè)字符以下。一個(gè)語句如在一行寫不下，可以用續(xù)號(hào)繼續(xù)下去。續(xù)行以“+”作為第一個(gè)非數(shù)值、非空格字符。輸入網(wǎng)表文件不能被“打包”，也不能被壓縮。⑴輸入網(wǎng)表文件中不要采用特殊的控制字符。

圖3-1Hspice的模擬流程1、工具的使用Hspice可以采用命令行或圖形界面的方式執(zhí)行，命令行的方式如下hspice＜輸入文件＞不生成lis文件，lis文件的內(nèi)容打印到屏幕上。hspice-＜輸入文件＞-o＜輸出文件名〉生成以輸出文件名命名的lis文件。相對(duì)方便的方式是采用圖形界面的方式，如下圖3-2hspice仿真圖形界面按Simulate執(zhí)行仿真，之后，采用Avanwaves或Cscope來顯示波形，分別如下,!SjFihw*項(xiàng)吋宜/|T?/n*aisanwf/u圖3-2hspice仿真圖形界面按Simulate執(zhí)行仿真，之后，采用Avanwaves或Cscope來顯示波形，分別如下,!SjFihw*項(xiàng)吋宜/|T?/n*aisanwf/u砧Ts-iehi』tn8hspui-[??]3畫皿li"Tgl葉gEan^l!15E￡h>7IfigRSfiiifS如肚久皿TwlaH*】P.?1“|醫(yī)s劃測(cè)vr沖I0￡明|d；*Mioe■列丹知麗麗GfMrthfipiCQ\bP?cS/Q弭0如71■:LiMag|dUdkaiooK店誦“旳2QKIqn砒h?p杞MbMdhdQ屛o5wnrmn|出治di^jub仙力*■戶、H?picii_』=2iNF.D)L[]lh^h*4u?mmiJSW：trtirr(]5F圖3-3Avanwaves波形查看軟件界面圖3-4CosmosScope波形查看軟件界面2、基本電路分析下面以下圖所示的電路為例子，說明hspice的基本仿真方法。P1r=JL"■■■■P1r=JL"■■■■it圖3-5一個(gè)基本的共源級(jí)放大器的例子此電路為共源級(jí)放大器，負(fù)載為電流源，電流源采用電流鏡實(shí)現(xiàn)，偏置為電阻與電流鏡實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單偏置。各結(jié)點(diǎn)號(hào)已標(biāo)注在圖中，其中GND的默認(rèn)結(jié)點(diǎn)號(hào)為0結(jié)點(diǎn)。2.1直流仿真圖中電路的直流仿真spice程序如下，DCanalysisforAMPM12100MOSNw=5ul=1.0uM22344MOSPw=5ul=1.0uM33344MOSPw=5ul=1.0uR130100KCL205pVdd40DC5.0Vin10DC5.0.op.deVin050.1.plotdeV⑵.probe.optionlistnodepostmodel.MODELMOSNNMOSVTO=0.7KP=110U+LAMBDA=0.04GAMMA=0.4PHI=0.7.MODELMOSPPMOSVTO=-0.7KP=50U+LAMBDA=0.05GAMMA=0.57PHI=0.8.end.op是分析直流工作點(diǎn)的語句。此語句在進(jìn)行電路直流工作點(diǎn)計(jì)算時(shí)，電路中所有電感短路，電容開路。值得注意的是，在一個(gè)HSPICE模擬中只能出現(xiàn)一個(gè).OP語句。?de是直流掃描分析。該語句規(guī)定了直流傳輸特性分析時(shí)所用的電源類型和掃描極限。在直流分析中，.DC語句可進(jìn)行直流參數(shù)值掃描電源值掃描溫度范圍掃描執(zhí)行直流蒙特卡羅分析（隨機(jī)掃描）完成直流電路優(yōu)化完成直流模型特性化.DC語句具體格式取決于實(shí)際應(yīng)用需要，下面給出了最常用的應(yīng)用格式：.DCvarlSTART=startlSTOP=stoplSTEP=incrl在本例中，.dcVin050.1，輸入端的電壓源Vin從0V變化到5V，步長(zhǎng)為0.1V。.DC語句可以采用嵌套的形式，比如，.DCvar1START=start1STOP=stop1STEP=incr1var2START=start2STOP=stop2STEP=incr2下面是做溫度掃描的例子，.DCTEMP-5512510下圖是此電路的直流掃描結(jié)果?？梢娫??1.12V區(qū)域內(nèi)是此放大器的高增益區(qū)。2.2交流仿真圖中電路的交流仿真spice程序如下,*ACanalysisforAMPM12100MOSNw=5ul=1.0uM22344MOSPw=5ul=1.0uM33344MOSPw=5ul=1.0uR130100KCL205pVdd40DC5.0Vin10DC1.07AC1.0.op.acDEC20100100MEG*.plotacVDB⑵VP⑵.probe.optionlistnodepost*model.MODELMOSNNMOSVTO=0.7KP=110U+LAMBDA=0.04GAMMA=0.4PHI=0.7.MODELMOSPPMOSVTO=-0.7KP=50U+LAMBDA=0.05GAMMA=0.57PHI=0.8.end交流仿真結(jié)果GrapliO(dBV)2.3瞬態(tài)仿真圖中電路的瞬態(tài)仿真spice程序如下*TRANanalysisforAMPM12100MOSNw=5ul=1.0uM22344MOSPw=5ul=1.0uM33344MOSPw=5ul=1.0uR130100K*CL205pVdd40DC5.0Vin10DC1.07sin(22100KHz).op.tran.1u10u.plottranV(2)V(1).probe.optionlistnodepostmodel.MODELMOSNNMOSVTO=0.7KP=110U+LAMBDA=0.04GAMMA=0.4PHI=0.7.MODELMOSPPMOSVTO=-0.7KP=50U+LAMBDA=0.05GAMMA=0.57PHI=0.8.end大信號(hào)瞬態(tài)仿真結(jié)果:

GrapliO0.02u4u6u3uWut(s)改為小信號(hào)時(shí)，注意偏置值的選取。Vin10DC1.07sin(1.070.0001100KHz)GraphOMs)通過瞬態(tài)仿真，可見小信號(hào)增益為50倍，約為34dB，和AC仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，看以發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一致的。同樣，相位的結(jié)果也是一致的。2.4練習(xí)采用本實(shí)驗(yàn)提供的某工藝的BSIM模型文獻(xiàn)(mix025_l.l)對(duì)上述電路的上述分析分別

重新進(jìn)行仿真，并總結(jié)出仿真結(jié)果。提示：模型文件可以采用.lib在仿真文件里進(jìn)行引用。注意：由于更換的模型參數(shù)，即更換了工藝，因此電路的性能參數(shù)發(fā)生了變化，特別要注意的是輸入偏置的設(shè)置。、Spectre、Spectre電路仿真(1+3)Cadence公司的Spectre仿真器的實(shí)質(zhì)和HSPICE等spice仿真軟件是一樣的，但由于集成了cadence的ADE仿真集成環(huán)境，可以在圖形界面下操作，使用更為方便和直觀一些，比如，不用寫spice的網(wǎng)表程序，可以在schematicview中繪制電路圖。這里仍以圖3-5的電路作為例子，講解工具的使用和基本電路分析的方法。1、工具的使用1.1編輯電路圖(schematic)啟動(dòng)cadence的設(shè)計(jì)環(huán)境平臺(tái)，在命令行提示符($)下執(zhí)行,$icfb&首先建立一個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)，tools->librarymanager，F(xiàn)ile->New->Library,在Name內(nèi)添上lab1，ok后，選擇Don'needatechfile，然后ok。這樣就建立了一個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)。這里之所以不選擇編譯techfile,是因?yàn)槲覀冎贿M(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和仿真，如果還有設(shè)計(jì)電路的版圖，則根據(jù)選擇的工藝廠家的techfile來進(jìn)行編譯。然后，在設(shè)計(jì)庫(kù)里建立一個(gè)schemticview，在LibraryManager菜單New->cellview，填入ampl,viewname選schematic，然后ok,則會(huì)出現(xiàn)電路圖的編輯界面。插入元器件，選擇analogLib中的nmos4、pmos4、res、cap等器件。形成如下電路圖，然后checkandsave，如下圖。vj□util:電ttidikEdiilng:l<ibL2mp』蟲h^rnsij匚3ei：oStatistR@^dyR0r=100?ddgndTools：WndowEditAddlChHckStsbetOptMiricKMior^tjET-Z7CSimulator;speciroIDH漁pmouseLvj□util:電ttidikEdiilng:l<ibL2mp』蟲h^rnsij匚3ei：oStatistR@^dyR0r=100?ddgndTools：WndowEditAddlChHckStsbetOptMiricKMior^tjET-Z7CSimulator;speciroIDH漁pmouseL:^chEingleEelectPt()H:schHiKousePopUp(JR:schEoonl'it(1.DD.9)下面做這個(gè)放大器的symbol,Design->CreateCellview->FromCellview,在彈出的界面,按ok后出現(xiàn)symbolGenerationoptions，選擇端口排放順序和外觀，然后按ok出現(xiàn)symbol編輯界面。按照需要編輯成想要的符號(hào)外觀，如下圖。保存退出。樣,但在調(diào)用單元時(shí)除了調(diào)用analogLib庫(kù)中的電壓源、（正弦）信號(hào)源等之外，將此放大器（labl中的ampl）調(diào)用到電路圖中，如下圖。TnnlsEditAddOiBEfkShsstMigraleHelp下圖是添加輸入激勵(lì)源的設(shè)置。

在schematic編輯界面，選擇Tools-〉A(chǔ)nalogEnvironment,出現(xiàn)VirtuosoAnalogDesignEnvironment(ADE)，如下圖在ADE中，設(shè)置仿真器、仿真數(shù)據(jù)存放路徑和工藝庫(kù)，具體地，

setup->Simulator/Directory/Host…中選擇simulator為spectre,projectDirectory改為./simulation。Setup->ModelLibraries中ModelLibraryFile找到sm046005-lj.scs文件填入,section部分填typical,如下圖，按add，然后ok。Variables->copyfromcellview,則電路中的變量出現(xiàn)在ADE中DesignVariable一欄中,如下圖，Virtuoso?AnalogDesignEnvironmfint(2)至此工具的初步使用已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，下面結(jié)合具體的基本電路仿真進(jìn)行介紹。2、基本電路分析2.1直流仿真結(jié)合上面例子，首先設(shè)計(jì)仿真電路中的變量，vpower=3,vbias=1，va=2,f0=100K。然后選擇Analyses->choose,在analysis一欄中選dc,在DCAnalysis中選中SaveDCoperatingPoint；在sweepVariable中選中DesignVariable,variableName填vbias,在sweepRange,start選0,stop選3,然后ok。

匚hdgitlH型越y(tǒng)seh一訓(xùn)「申。和邏趕財(cái)1阿恥.點(diǎn)百嘆世回血中然后，simulation->NetlistandRun,運(yùn)行仿真。再后觀察仿真波形，這里有兩種波形查看工具，一種是WaveScan,—種是AWD。在session->options中進(jìn)行設(shè)置。這里選擇AWD。在tools中選擇calculator。如下圖,店主vs按鈕，在schematic中選擇需要輸出波形的節(jié)點(diǎn)，如out,然后按plot，得到如下波形，

L.1,0-711111111I2.0o：vsyvout")0.01,02.0L.1,0-711111111I2.0o：vsyvout")0.01,02.0工0vbiasA:B:(903.656mt4MB00delta:l匕Heslope:—211026可見輸入偏置在772.5mv~903.7mv的范圍內(nèi)存在一個(gè)高增益區(qū)，因此輸入偏置應(yīng)設(shè)置在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，改vias從1v到0.86v。由于在做直流仿真時(shí)也選擇了SaveDCoperatingPoint，因此可以查看電路的工作點(diǎn)，在calculator中按vdc，同時(shí)選中Evaluatebuffer，比如查看out的電壓工作點(diǎn)。也可以查看器件的工作狀態(tài)，按op,然后在電路中選擇需要查看的器件，如I0/M1的vth。2.2交流仿真后選擇Analyses->choose,在analysis一欄中選ac，注意此時(shí)vbias已經(jīng)選擇到了0.82v。SweepVariable選Frequency，SweepRange選1?100M，按ok。ChoosingAnalysesOKCancelDefaultsApplyHelpAnalysisIran>^dc■acnoisevxfysensdcmatchVStiJ7PHSP7envlpVP337pac7pnoiseVPXfVPSPv<IPSSvqpac7qpnoise7qpxfx/flPspACAnalysisSweepVariable4FrequencyDesignvariableTemperatureComponentParameterModelParameterSweepRange4StartS，OPStart4stop[WvCenter-SpanSweepTypeAutomatic」IAr-lrl然后，simulation->NetlistandRun,運(yùn)行仿真。仿真運(yùn)行結(jié)束后，仍可以采用calculator打印結(jié)果。這里采用另外一種方法，在Results-〉DirectPlot選中ACMagnitude&Phase,然后在schematicview中點(diǎn)中out，則AC的結(jié)果打印如下圖。Idb1cut.cimp-schemctic:Jul11706:432010ACResporse【200—J6S6(1>pJ2SS0,02.3瞬態(tài)仿真后選擇Analyses->choose,在analysis一欄中選tran,大信號(hào)IV時(shí),小信號(hào)O.lmV時(shí),time(￡)2.4練習(xí)修改偏置電流，即修改RO,對(duì)上述電路的上述分析分別重新進(jìn)行仿真，并總結(jié)出仿真結(jié)果。注意：由于改變了偏置條件，因此電路的性能參數(shù)發(fā)生了變化，特別要注意的是輸入偏置的設(shè)置。五、實(shí)例：放大器的仿真及分析(2+6)F面以一個(gè)放大器作為實(shí)例討論一些電路設(shè)計(jì)分析方法。

圖4比較器電路比較器采用單級(jí)運(yùn)放后加一反相器構(gòu)成，如圖4所示。其中Ibias為自偏置電路如圖5A所示（注：自偏置電路原理見Razavi書310頁，實(shí)際工作時(shí)要加上啟動(dòng)電路，解釋啟動(dòng)電路的原理。），comp_amp為一級(jí)運(yùn)放如圖5B所示，inv為反向器。7L*=1u1=2■>f='1u可以在滿足輸入和輸出擺幅的情況下實(shí)l=2T~11^圖5A自偏置電路7L*=1u1=2■>f='1u可以在滿足輸入和輸出擺幅的情況下實(shí)l=2T~11^運(yùn)算放大器為雙端輸入單端輸出的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)一定的電壓增益（考慮其值是多少時(shí)滿足性能要求）。首先確定所采用管子的寬度（所有晶體管的溝道長(zhǎng)度不必為同一值），手工設(shè)計(jì)：根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定滿足指標(biāo)的運(yùn)算放大器各元件的尺寸和所需要的偏置電流的大?。赡苄枰?；設(shè)計(jì)偏置電路：采用自偏置電流源技術(shù)a）選定電路結(jié)構(gòu)b）手工設(shè)計(jì)：確定各元件的尺寸；c）Spectre仿真（采用TTCorner模型），驗(yàn)證電流源的性能；將偏置電路和運(yùn)算放大器電路合在一起仿真（采用TTCorner模型，27o）,確定運(yùn)放的最終性能參數(shù)：a）開環(huán)增益的幅頻和相頻響應(yīng)；b）CMRR的頻率響應(yīng)；c）PSRR的頻率響應(yīng)；d）共模輸入范圍；e）輸出電壓擺幅；f）壓擺率；g）建立時(shí)間；h）噪聲；i）功耗；采用SSCorner模型，0。仿真溫度，重新仿真以上參數(shù)。采用FFCorner模型，80。仿真溫度，重新仿真以上參數(shù)。圖6所示的仿真電路可仿真放大器的交流特性和瞬態(tài)特性。采用閉環(huán)電路仿開環(huán)的方法，通過R0形成負(fù)反饋通路從而確定輸出共模電平（此時(shí)的共模電平實(shí)際是VI的直流值），并穩(wěn)定直流偏置。在這個(gè)電路中選擇RC時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)與Av的乘積小于運(yùn)放預(yù)期的主極點(diǎn)是必須的，即選擇大電阻和大電容值（本實(shí)驗(yàn)選擇1G歐姆電阻和lmf電容，具體見alien的運(yùn)算放大器仿真）。由于反饋電阻的大阻值，輸入的共模會(huì)自動(dòng)調(diào)整到和輸入V1相等。圖6AC特性仿真圖中輸入為正弦波形對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置來滿足功能,主要包括直流電壓值提供輸入端的直流偏置、交流AC幅值和相位（通常為IV，相位默認(rèn)為0）、瞬態(tài)電壓幅值頻率和相位值。具體設(shè)置如下圖所示：OKCancelApplyDefaultsPreviousNextHelpOKCancelApplyDefaultsPreviousNextHelp同理設(shè)置電阻電容值和直流電源值（直流電壓），后在菜單欄tools—AnalogEnvironment調(diào)用仿真工具進(jìn)行電路仿真。選取仿真工具，添加模型文件并進(jìn)行仿真設(shè)置，下面主要介紹一下仿真的設(shè)置，包括交流瞬態(tài)tran、交流ac、直流de、噪聲noise，具體如下所示:■-|choosingAnalyses--Virtuoso?AnalogDesignEnvirorOK|OK|Cancel|Defaults^ApplyAnalysis■Tran-deacnoise3sensdcmatchJstl)7SPenvlpJPSS_Jpacpnoise-PxfJpsp-<lpss-qpacqpnoise-呼時(shí)jqpspTransientAnalysisStopTime丄叫AccuracyDefaults(eirpreset)conservativemoderateliberalOptions...Enabled■Options...Enabled■Enabled■Options...chainingAnalyses--chainingAnalyses--jrtuoso?AriEogDesjnEmror-lchoosingAnalyses一一Virtuoso?AnalogDesignEnvirorOKCancelDefaults/\pplyHelpAnalysisIran?deacnoise—-sonsdematehs?>.spenvlppsspacpnolsepspqpssqpacqpnoiseqpxfIPspDCAnalysisSaveDCOperatingPoint■SweepVariat^lcTemperature.1」”^ChoosingAnalyses一一Virtuoso0AnalogDesignEnuironrrOKCaiictlDtfdJUlliApplyOK伽celDefailhiApplyAnalysis(ran3?arriaisesens血match川協(xié)Jap.P33-FCpnolse卩即qpssqpnotseqp*fSweepVariaNeNoiseAnalysisACAnalysisSweep詢r(jià)iabte?FrequencyDesipVariableTemperalureCnnipDtiBtttP^ranwtarModelParameter■RcquencyDes腫VariableTemperaturCompoierilParameterModelftrameterSweepRange■SUl-SWfiCenter-SpanSweepTypeLogartttimicSlart1Stop■PointsPerDecadeNunberofStepssiueepRange?Start-Slop

tenter-StiarSiuee卩TypeLaganttttiik:1AQAddSjndficPointsSpeciaizBdAnalysesHd?b■HmAsftrDecadeHumbBrorstepsAddSpecificR)ntsOutputHotsePttsiUveOutputHudeSelectvoltageNegativeOutputNodeSelectInfiiitNoisevoltage呻ulVoltageSource朋SelectEnaNed■Options...大家應(yīng)該注意到了，在電源的設(shè)置中直流電壓和瞬態(tài)偏置電壓（即DCvoltage和offsetvoltage）都設(shè)置了變量vin。在仿真之前需要在variable中選擇edit設(shè)置變量值。另一種方法如下圖。在tools項(xiàng)中選擇選擇parametricanalysis選項(xiàng)，合理設(shè)置rangtype和stepcontrolo然后選擇analysis中start就可以了。在設(shè)置一個(gè)電壓源時(shí)最主要會(huì)用到三類參數(shù)：交流仿真參數(shù)（acmagnitude是交流信號(hào)擺幅，一般設(shè)為1；acphase一般用在雙端放大器仿真，一端為0另一端為180）、直流仿真參數(shù)（dcvoltage）和瞬態(tài)仿真參數(shù)等。仿真器仿真時(shí)，這幾個(gè)狀態(tài)仿真是分開仿的，各參數(shù)互不影響。下邊兩圖仿真結(jié)果就是參數(shù)掃描的結(jié)果，直流dc仿真可以計(jì)算出直流偏置點(diǎn)，從而可以看各點(diǎn)的靜態(tài)電壓和直路的靜態(tài)電流。交流仿真可以仿真靜態(tài)工作點(diǎn)的交流特性，主要是直流增益和頻率特性，隨輸入的正弦激勵(lì)的直流偏置結(jié)果如下，上圖為幅頻圖，下圖為相頻圖：

<jck：_flu曲3etimp_cirrip_slmschematic：:Dec：1617:21155200BAC尺菲卩on陰0當(dāng)輸入的直流偏置為1.2V時(shí)的交流相應(yīng)如下，從圖中可以看出其直流增益為47dB,相位裕度為63。滿足穩(wěn)定性要求（相位裕度為180度減去增益0dB時(shí)的相移。另外在比較器應(yīng)用中并不一定滿足相位裕度的要求，因?yàn)楸容^器工作在開環(huán)狀態(tài)）。tl53r^2M-l50.-+74^m.l陽“：1-1卿X旳一"了倚斗j氐仃524摘權(quán)一11丁.辺卄舊u瞬態(tài)結(jié)果如下（瞬態(tài)電壓幅值為50mV,頻率為1K），從圖中可以看出輸出低電平不能達(dá)到0,且與輸入的直流電平有關(guān)，在不同的直流輸入下，輸出高電平確基本一樣。試分析這些影響并解釋原因。TransFentResponsed:\\n=^Z^.■■-'-"-Li：yin=H2.1—；vin=F!2,p;vin=,,pLSv\n="1.7-^:￥in="1.&?:￥fn=-'15aC■-e;vin=M13t：vin=r，1"直：昕門=*門」B：vin=-r'w：vfn=**&00噪聲分析主要包括閃爍噪聲和熱燥聲，其輸入等效噪聲如下:NoiseResponse口^-"2.3.-；■"込：詁門-吃.1■:vin--p2^*詁仃-叩呂,.v-;n--M.7.vin-"1[陰口.v[n-"1?5e>ii?口：vfn--M_3f：uird.2a.vln-^LI■vin-rhlr,;i!創(chuàng)仃?"9鉗1.斗國(guó)u_n40i3n2il0nEl月也IM10M1G100K0匚一冷跖」n40i3n2il0nEl月也IM10M1G100K0匚一冷跖」圖7輸入共模范圍仿真無論運(yùn)放的開環(huán)還是閉環(huán)模式都可以定義輸入輸出共模范圍，因?yàn)檫\(yùn)放常工作在閉環(huán)狀態(tài)，這種測(cè)量使輸入輸出CMR更敏感。單位增益結(jié)構(gòu)對(duì)于測(cè)量和仿真輸入CMR是有用的,

如圖7所示為運(yùn)算放大器的輸入CMR仿真。其中對(duì)輸入vl從0到VDD進(jìn)行參數(shù)掃描，觀測(cè)輸出結(jié)構(gòu)，傳輸曲線的線性部分對(duì)應(yīng)于輸入共模電壓范圍的斜率是1。仿真設(shè)置和結(jié)果如下：ChoosInganalyses一一virtuoso?anslogDeslgnEnyIronrOKCeuicelDefaultsApplyOKCeuicelDefaultsApplyAnalysis」tran■de」acnoiseJxfsensdcmatchsto_)envlpP33」pacpnoise」pspJqpacqpnoiseJqpxfJqpspDCAnalysisSaveDCOperatingPointSweepVariaiileITemperature■DesignVanaiilcDCAnalysisSaveDCOperatingPointSweepVariaiileITemperature■DesignVanaiilcCompcncntParameterIModelParaniotorVanaiilchaiTievinSelectDesignVariableSweepRange■Stfirt-StopCenter-SpanStart尬SweepTypeIJnearSweepRange■Stfirt-StopCenter-SpanStart尬SweepTypeIJnearStepSize)NumterofStepsStopAcidSpecificPoints_lAcidSpecificPoints_lEnai)Enai)led■Options..?DCR陰jwnDCR陰jwn盟別dX7qndVGUt*CI-1—^=100.01=別dX7qndVGUt*CI-1—^=100.01=圖8輸出共模范圍仿真在單位增益結(jié)構(gòu)中，傳輸曲線的線性受到ICMR的限制。若采用高增益結(jié)構(gòu)，傳輸曲線的線性部分與輸出電壓擺幅一致。圖8為反相增益為10的結(jié)構(gòu)可用來測(cè)試輸出CMR。設(shè)置同上，結(jié)果如下：DCResponse圖9所示為運(yùn)放共模抑制比的仿真電路結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相同的電壓源Vcm，與單位增益結(jié)構(gòu)的運(yùn)放的兩輸入端連接，VI提供輸入共模電平。對(duì)輸出的結(jié)果取倒數(shù)可以得出CMRR,這可以用計(jì)算器完成原理見Allen運(yùn)算放大器仿真。仿真設(shè)置如上，結(jié)果如下：掃描輸入直流電壓時(shí)得到的CMRRV7vo=0-va=Wni~rcq=-[iZoom—IV'III,0K1?/J：_—<?ii7-andC-c=100.0fV7vo=0-va=Wni~rcq=-[iZoom—IV'III,0K1?/J：_