1、國家集成電路人才培養基地培訓資料(3)2006-X-XX簡單差動放大器實驗簡單差動放大器實驗本實驗包括對簡單差動放大器進行DC 掃描、 AC 分析，并學習根據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 cadence啟動電腦，進入 solaris9 系統， 打開終端Teminal， 輸入cds.setup后按回車，再輸入 icfb&按回車，candence啟動成功。在自己的Library 中新建一個cellview ，命名為amp。2. 電路圖輸入2.1 簡單差動放大器電路圖按下圖輸入簡單差動放大器電路圖，其中的元件

2、參數我們在下一步中設置，元件（ vdc, pmos4,nmos4,vdd,gnd,cap）都在analogLib 庫中能找到。3. 計算、設置元件參數根據放大倍數，功耗，輸出擺幅等要求確定各個mos 管的寬長比（W/L ）和柵壓。由于我們實驗時間有限，請同學們直接按下面的步驟設置好元件值（選中元件后按q 鍵調出如下的元件屬性設置框）：M0， M1 ， M2： 于 Model name 欄輸入n18， 于 Width 欄輸入4u， 于 Lenth 欄輸入 700n，最后點擊ok。圖 3.1 M0、 M1 、 M2 管的參數設置M3， M4：于Model name 欄輸入p18，于Width 欄輸

3、入10u，于Lenth 欄輸入3u，最后點擊ok。圖 3.2 M3、 M4 管參數設置第 3 頁，共 15 頁西安交通大學國家集成電路人才培養基地直流電壓源V0， V1 的值分別設為1.8， 0.6。設置完畢后點擊工具欄上的進行保存。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 4.2 添加 Model Library第 5 頁，共 15 頁圖 4.1 Simulation 窗口點擊Setup Model Libraries 在彈出的對話框中設好Model Library

4、。 點擊 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，點Add，再點 ok 退出。西安交通大學國家集成電路人才培養基地點擊 Setup Stimuli ，彈出如下圖所示對話框，在其中可以設置輸入信號。我們可以看到 VIN1 和 VIN2 前面有“ OFF”字樣，表示此時它們都不起作用。圖 4.3 設置輸入信號第 19 頁，共 15 頁選中 VIN1 ，此時該行處于高亮狀態。點擊Enabled 后的方框，當其變

5、為黑色時表示已經選中，然后在 DC voltage 欄輸入 VCM1 ， 最后點擊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 VIN1 和 VIN2 前面的“OFF”應該變成了“ON”，表示它們都被激活了。最后點擊OK 退出。圖 4.4 VIN1 設置圖 4.5 VIN2 設置點擊右邊工具欄上的， 將 VCM1 ， VCM2 添加為設計變量，值設為0.9。 點 ok 保存。圖 4.6 添加并設置變量VCM設置直流掃描參數，點擊右邊工具欄上的，按圖 4.7 設置好，點ok 保存。這里我們讓 VCM1 從 0v

6、掃描到 1.8V。圖 4.7 直流掃描參數設置設置輸出信號，依次選擇Outputs To Be Plotted Select On Schematic。圖 4.8 選擇輸出信號點擊電路圖中的VOUT PIN ，然后按ESC。我們可以看到Outputs 欄里已經有了剛才選擇的 VOUT 。圖 4.9 選擇好的輸出信號依次點擊Simulation 窗口的 Tools Parametric Analysis 彈出參數分析窗口，按圖 4.10 設置好：圖 4.10 參數分析設置依次點擊參數分析窗口的Analysis Start，可以看到如圖4.11 所示的結果：圖 4.11 參數分析結果VGS1+(

7、V GS0- VTH0) V in,CM 輸出共模范圍應為：V DD-(VGS3- VTH3)+ V TH1(1.1)V OD0+V OD1 Vout,CM V DD-|VOD3|本實驗中最小輸入共模電壓為0.8V 左右，小于0.8V 的輸入共模電平會使(1.2)M0 進入線性區， M1 ， M2 進入亞閾值導通狀態；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 ， M2 進入線性區。從圖4.11 中我們可以觀察到隨著VCM2 的增大，輸出擺幅越來越小。4.24.2 AC 分析,觀察相位裕度/本例需要將頻率掃描范圍擴大到 1G.點擊Setup Stimuli ，將VIN

8、1 的 AC magnitude 為 0.5，將VIN2 的 AC magnitudee 設置為 -0.5（別忘了點Change保存修改！） 。圖 4.12 VIN1 參數設置圖 4.13 VIN2 參數設置設置交流分析參數，頻率范圍從10 到 200M ，點 ok 保存點擊圖 4.14 交流分析參數設置圖 4.15 交流分析結果依次點擊波形顯視窗的ToolsCalculator，彈出如圖4.16 所示窗口，在Caculator 窗口PhaseMargin，然后點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， 點擊Set

9、up Stimuli ， 將 VIN1 ， VIN2 的 AC magnitude 都設為1。點擊開始仿真，得到如下波形圖：圖 4.17 VIN2 參數設置從圖 4.17 我們可以看到，即使電路是完全對稱的，輸出信號也會因為輸入共模變化而變差， 這個缺點在全差動電路中不存在。為了合理地比較各種差動電路，必須用所需要的差動增益與不希望的共模增益的比值來衡量對共模擾動的抑制能力。定義“共模抑制比”（ CMRR ）如下：CMRR=ADMACM1.3)圖 4.18 共模增益波形4.4 電源抑制比（PSRR),將 V0 的 AC Magnitude 設為 1，點擊 ok退出。本實驗中，低頻時ACM 大約為0.035， ADM 大約為185，因此CMRR 大約為 75dB。西安交通大學國家集成電路人才培養基地圖 4.19 V0 參數設置之后點擊保存電路圖。Simulation 窗口，點擊Setup Stimuli ，將 VIN1 ， VIN2 的 AC magnitude 設為 0。圖 4.20 VIN1 參數設置開始仿真，結果如圖4.21 所示。第 21