HSPICE分析综合实例——答案

1、简单跨导放大器分析,HSPICE分析实例,电路与网表,指标分析偏置电流与功耗、开环增益、GBW与相位裕度、压摆率、Swing Range、失调、噪声、工艺corner分析、温度特性分析等,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 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

2、 vdd penh l=2u w=12u m=2,存在文件 中,1、工作点分析Hspice执行网表（otas1.sp),.title ota operation point and ac analysis.options post nomod .param rzv=1k ccv=1p clv=1p.prot. 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.end,工作点分析,浏览并分析.lis文件的内容.prot与.unprot使用将使得其中的内容不在.lis中出现用oper查找，即可找到operating point information这一段，可看到电路各节点的电压、各元件的工作状态注意此时vo=4.8967对于提供电源的电压源v_vp，注意其功耗就是电路功耗，因此可查得电路功耗为2.3596mW对于MOS管，注意各参量的含义：region

3、、id、vgs、vds、vth、vdsat、gm、gmb、gds可查得流过M_U3的偏置电流为140uA，并注意到M_M3的region为Linear,2、直流扫描分析(otas2.sp),Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_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 2.45 2.55 0.001.end,粗扫,直流扫描分析,vo,vo1,dvo,对vo求导小信号增益Gain = d(vo)/d(v_vdc),确定精扫扫描范围,直流扫描分析,Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.para rzv=1k ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATHV_Vac vi

4、n 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,精扫,直流扫描分析,对于增益要求G0，存在对应的输出swing range，若用小信号增益gainG0作为swing range，则一定满足增益要求例如G0=300，则根据下图其swing range (0.574, 4.194),若取输出中心电压为vdd/2，而令vo=vdd/2时，可测得此时v_dc=2.4876V故ota的系统失调：Vos=12.4mV,3.交流扫描分析(otas3.sp),Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.probe 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 $sweep rzv 0 2k 0.2k.para rzv=0 ccv=1p c

5、lv=1p.inc NETLIST_PATH.end,表示没有补偿电阻Rz,交流扫描分析,GBW=99.5MHz相位裕度18.7度,直流small-signal gain,交流扫描分析,单位增益带宽 GBW gm1/(Cc+CGD3)主极点 p1 1/Ro1gm3Ro(Cc+CGD3)第二极点 p2 gm3/(CL+Co)零点 z 1/(Cc+CGD3)(gm3-1-Rz)查看.lis文件 可知gm3 2m gm1 0.83m gm1b 0.13m,由于零点的作用，相位裕度从60多度减小至39度！,gm1为输入管M_U1的跨导gm3为第二级输入管M_M3的跨导,交流扫描分析,Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.probe 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 0 5p 1p.para rzv=

6、0 ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATH.end,分析miller补偿效应,交流扫描分析,增加Cc， p1 向下移动，GBW减小相位裕度增加,增加Cc到5p时，相位裕度增加到约59度，而GBW已经减小到24.8MHz!,交流扫描分析,Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.probe 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.para rzv=0 ccv=1p clv=1p.inc NETLIST_PATH.end,分析零极点抵消效果,加Rz，可减弱零点的作用，提高相位裕度；当达到零极点抵消时，应满足：Rz (CL+Cc)/(gm3Cc)得出 Rz 1k,交流扫描分析,Rz增加到0.6k时，相位裕度增加到约55度，GBW约76MHz,Rz增加到1k时，相位裕

7、度增加到约67度，GBW约103MHz,4.噪声分析,Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.probe 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.inc NETLIST_PATH.end,分析热噪声,噪声分析,.lis文件中会给出每一个频率采样点上的噪声频谱密度，以及从开始频率到该频率点的等效噪声电压等找到如下一段： * the results of the sqrt of integral (v*2 / freq) from fstart upto 100.0000x hz. using more freq points results in more accurate total

8、 noise values. * total output noise voltage = 2.5009m volts * total equivalent input noise = 64.7944u 注意.lis文件中各个MOS元件的噪声大小对比，并根据电路图进行对应的分析,还可以改变Cc的值，来看总的等效输入噪声有什么变化,5.失调分析,系统失调之外的失调主要来源：输入差分对u1和u2、电流镜m1和m2的失配U1, u2电压失调为：M1, m2带来的失调为：,Vt, W为元件间的阈值电压和跨导之差,失调分析,晶体管随机失配在良好的版图设计条件下阈值电压(mV)栅宽(u)均与栅面积的平方根成反比,NMOS:tox=1.25e-08+toxnPMOS:tox=1.3e-08+toxptoxn, toxp的值与model的corner有关，在tt情况下，toxn=toxp=0,根据类似工艺的一个估计值,tox的单位为e-10,在MOS晶体管的参数中考虑失配例：原有的 W=30u, M=8 修改为W=30u+30u*0.04u*alfa/sqrt(2*30um*5um) M=8 delv

9、to=12.5n*alfa/sqrt(2*30um*5um)这里alfa为(0,1)高斯分布变量依次将网表的内容按照上面的方法修改,失调分析,失调分析,Ota simulation.prot.lib LIB_PATHcz6h_v28.lib tt.unprot.option post probe.probe 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 NETLIST_PATH.end,用monte-carlo仿真来分析失配导致的失调分布,失调分析,30次monte-carlo仿真结果,由此可见ota的失调分布可达(-10mV10mV),可增大晶体管来减小Vos，但是会带来速度问题,6.压摆率分析,在输入端输入一个较大的脉冲信号，以观察输出端的电压摆率,V_vac的定义换成：V_vpulse vin 0 PULSE 2 3 20ns 0.1n 0.1n 100n 200n,

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