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1、14基本两级运放分析与仿真分析下图所示两级运放大的指标：偏置电流与功耗、开环增益、GBW与相位裕度、压摆率、Swing Range、噪 声、 工艺corner分析、温度特性分析等vddvddM1IWRb fOOkvipvo+ vac+RzCL 1 civU5建立该放大器的网表文件存储在文件：中网表文件:Cc u*subckt opa .param rzv=1 k ccv=1 p clv=1 p .subckt opa vip vin vo 0 vdd ml 1 1 vdd vdd PENH w=12u l=2u m=2 m2 vol 1 vdd vdd PENH w=12u l=2u m=2
2、m3 vo vol vdd vdd PENH w=12u l=0.6u m=8 mu1 1 vin 2 0 NENH w=12u l=2u m=2 mu2 vol vip 2 0 NENH w=12u l=2u m=2 mu3 2 vb 0 0 NENH w=12u l=6u m=1 mu4 vo vb 0 0 NENH w=12u l=6u m=8 mu5 vb vb 0 0 NENH w=12u l=6u m=1 rb vdd vb 100k rz vol 3 rzv cc 3 vo ccv cl vo 0 civ cb vb 0 10p.ends1. 工作点分析由仿真结果查得电路的功耗是
3、多少？各个mos管的工作区域，以及MOSf的漏极电流为多少？该放大器的偏置电流为多少？网表如下：*opa fivea.sp.optio ns post=2.lib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, TT.in elude Vhome/fzu/example/zuoye/opa. net"xa1 vip vin vo 0 vdd opavdd vdd 0 5vin1 vin 0 de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.op.end(1) 电路的功耗：totalvoltage source powerdissip
4、ation=器蓝盍 T/cilt:age sourceswattssubekt element0 : vdd0:vinl0:viplvol t 吕5.00002.48762.4S76current -357.9266u0.0.power1.7&96m0.0.电路功耗为1.7896mW(2) 各个mos管的工作区域,MOS管的漏极电流，以及放大器的偏置电流:aubektxalxalxalxalelement1 : ml11 : m31 : mul1 : mu21 : rau3model0:penh0 :penh0 :penhO:nenh0:nenh0 : nenhregionSarura
5、tiSaruratiSaruratiSaruratiSaturatiSaturatiid-17.2O45U-17.2O45U-?S8.8356u17.2O45U17.2O45U34.4089Usubektxalxalelementl:mu41;model0:nenh0: nenliregionSat u ratiSaturatiid2S0.8355U34,602lu2. 直流分析仿真该运放的输入输出特性曲线，求小信号增益、输出摆幅(output swing range)网表如下：*opa fiveb.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/c
6、z6h_v28.lib, TT .in elude7home/fzu/example/zuoye/opa .n et" xa1 vip vin vo 0 vdd opa vdd vdd 0 5vin1 vin 0 de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.de vip1 2.484 2.491 0.0001? O Q m 辽匕 口 匚卩 h : r uj 丄 r w j lII. "I.心小丿今'Ms、W 亠L0Y：IZ I kl * 】Y iJ'hl9,a k - »t*;r i.« '<*
7、 Q «W 1-7*-hr rter ； v7l、rl3 X g' J z:LQca：.end iMfcMoea Acsm。化 U 峪06初3 2人 112B AWa筲,CT rxrr:Ovn Irx£LQ"o|() dw iced wftwfanaa | MM输入输出特性曲线、小信号增益(2)输出摆幅由输入输出特性曲线图可得输出摆幅为：4.9112V-0.01057V=4.90063V3. 交流分析(调整管子尺寸使运放的增益大于60dB,调整补偿电容使相位裕度大于60)在没有 补偿电阻(Rz),补偿电容(Cc)为1pf的条件下求该放大器单位增 益带宽(G
8、W/B相位裕度；网表如下：*opa fivec.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib' TT.in elude '7home/fzu/example/zuoye/opa. net".param rzv=Oxa1 vip vin vo 0 vdd opa vdd vdd 0 5vin1 vin 0 de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.ac dec 100 100 200meg.print ac vdb (vo) vp (vo).end仿真波形如下:laM
9、2(d£d E<J»-Jcimri hrimSHCF FxpIHIFf FKtnn 7HC-. I CMlljhi"Z 呼 n I nt. PMHWI hl 叭 yR.jhmuhMnJrrij Is、. HI伸呼 SA I , EEv 加百 Vim ns 2DC F?呼List文件截图：23.44229X2 9183m-IIO.3815由上图有，该放大器单位增益带宽(GWB为：23.44229MHz,相位裕度为：180-110.3815=79.6185分析没有补偿电阻，补偿电容在(05pf)变化的时候对GWB 口相位裕度的影响；网表如下：*opa fivec
10、.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, TT.in elude '7home/fzu/example/zuoye/opa. net”.param rzv=0xa1 vip vin vo 0 vdd opavdd vdd 0 5vin1 vin 0 de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.ac dec 100 10 200meg sweep ccv 0 5p 0.5p.print ac vdb(vo) vp(vo).end仿真波形如下:hx杯 *1 |苏 .寸斗加 V *&
11、quot; 曲 *rr*ie« *-5 、* * w，ie 4： en < tlicw 吧 »*ror- “ ti“ <c< <:<* &、门 -!» 砖 ww < >:*List文件截图: ccv=0pf 165.958693(在'口HJw章他卫hub、48.2706miB? SFi CtEwiVrnJ 母 huccv=0.5pf161.8799I42.65795X93-S095m 122.3574ccv=1pfccv=1. 5pf23.44229X1.1939m-1 10.3fi2715.84893X8
12、jD. 7018m-105.5736ccv=2pfccv=2.5pf12 022fi4K«5.9371m-IDS.19339.5499SX175.8782m-101.5&22ccv=3pfccv=3.5pf& .12831X20.4489m-100.S0296.91&31X102.5128m99.9992ccv=4pfccv=4.5pf6.0256QX155.0402m 99.41295.37032X144.4577m 99.015Sccv=5pf4.B9779X37.0887m-98.7967由上知随着电容增大，单位增益带宽减小，相位裕度增大 分析补偿电阻在
13、(0-2K变化，补偿电容为1pf的时候对GWB 口相位裕度的影响。 网表如下：*opa fivec.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, TT.in elude '7home/fzu/example/zuoye/opa. net”xa1 vip vin vo 0 vdd opavdd vdd 0 5vin1 vin 0 de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.ac dec 100 1k 200meg sweep rzv 0 2k 0.2k.print ac vdb(vo)
14、 vp(vo).end仿真波形如下:L曰rflecMwXl丨匚MfwYeiKaJgTl UL 叫如洛 > 毀 SR I E Exp4uw Vunrw 20C 曲堰List文件截图:rzv=Okrzv=0.2k23 .44229X1,1935m-110.382722.90S68X191,4556m 108,3423rzv=0.4krzv=0.6k22.9086&X180 .力 43m-106.754622.9D868X177.2439m-105.1634rzv=0.8krzv=1k22.90B68X180a8920m-103.571422.90a68x191.7123m-101.9
15、814rzv=1.2krzv=1.4k23l44229x3 3645JW-100.633723 .44229X29.5362m-99.0198rzv=1.6krzv=1.8k23.44229X62.9624m 97.416523.44229X103.4B64ffl95.8264rzv=2k23.44229X150,9187m94.2522由上知随着电阻增大，单位增益带宽变化不大，稍微有点增大,相位裕度增大4 噪声分析：对放大器的输出节点做噪声分析，给出分析的结果网表如下:*opa fived.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_
16、v28.lib, TT.in elude '7home/fzu/example/zuoye/opa. net"xa1 vip vin vo 0 vdd opa vdd vdd 0 5vin1 vinO de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.ac dec 10 10 1g.no ise v(vo) vip1 20.endList文件截图:(l)f=10Hz"*圧 total output noise voltagetransfer function value: v(vo)/vipl equ-ivalent input noise
17、at vipl f=1KHz* total output noise voltagetransfer function valuer v(vo)/vipl equivalent input noise at vipl f=100KHz* total output noise voltagetransfer function value: v(vo)/vipl equivalent input noise at vipl f=10MHza total output noise voltagetransfer function value: v(vo)/vipl equivalent input
18、noise at vipl f=1GHz* total output noise voltagetransfer function value: v(vo)/vipl equivalent input noise at vipl由上知，随着频率的增大，噪声减小=20.9058U=4.5723m1.4974k=207.8938H=455.9537u1.4944k=305.104711=60.906 IP=7.8042U=235.5574=33.1309n=1.03S9f=32.2320n=2,3759=13.5662n二 1+1830a=l,0877n二 9.3601m= 116,2014nsq
19、 v/hz v/rt hz/rt hzsq v/hzv/rt hz/rt hzsq v/lizv/rt hz/rt hzsq v/hzv/rt hz/rth2sq v/hzv/rt hz/it hz5压摆率分析(提示：运放工作在闭环状态，用瞬态分析)输入激励信号为：PULSE 2 3 20ns 0.1 n 0.1 n 100n 200n测量上升和下降的压摆率分别为多少？网表如下：*opa fivee.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, TT.in elude '7home/fzu/example/zuo
20、ye/opa. net”xa1 vip vin vo 0 vdd opavdd vdd 0 5vin1 vin vo de 0vipl vip 0 de 0.4876 pulse 2 3 20n 0.1 n 0.1 n 100n 200n.tra n 5n 1u.end仿真波形如下：File MaveVieu Panel Axes Tools CcrFig Help越I创型亘回1刮團倒列因團国创昼LELal型包&QD0;5-55+tr0L囲瀚1上升和下降的压摆率分别为:05 I(vddI(vird I(viplJvddvinDTNOutput Viesslewrate( 101vo2t
21、9A2.1) slewrateClOlvo',2+1,2+9)=-2J4175e+07二 3724618+076.模型corner仿真求出模型在FF、SSFS、SF等情况下的小信号增益，以及GWB 口相位裕度。网 表如下:*opa fivef.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, TT.in elude '7home/fzu/example/zuoye/opa. net”xa1 vip vin vo 0 vdd opavdd vdd 0 5vin1 vinO de 2.4876vip1 vip 0
22、 de 2.4876 ac 1 0.de vip1 2.484 2.491 0.0001.ac dec 10 10 1g.print ac vdb(vo) vp(vo).alterJib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, FF.alterJib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, FS.alterJib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, SF.alterJib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib' SS .end (1)模型在
23、 TT、FF、FS、SF、 SS情况下的小信号增益5TKL CipktZI V-UBHM 21K、GbRIDM Sb fd'Ofk D6II1R Lt. f<*3iunl I frSOtf-團刮回旦色创剑昼旦乞盘g!坠捌團旦jg|y|列基1创劃厶盘glzlL|32 o(3 “I.7 tf '3 Z汐 & IhT, LV/1.1IMl .>1.1 O 加肿OFT®亦 |gi«jL.”H IQflvV,宦州-丄”, LviMPL-ia-rk»OvVi 4UWriuk ：tw： ti <IM 7mljrxlKUUAR.： Idf
24、clKHDClB -kanA-NV 5RCE EBT"> Varu-si JHFilihni !W- ksia CWilHir圏创回昼I团jjjg到白空Jjigj里蜀創旦旦y|昼刮列基也團占辽SmIL心0(3 询<i占TiMrlzw*.T1hT I MirCAH-lMiRbiV I >?Mfi ifllBLVXLWI 即 F.ZMUiM 升 IT Im I BP 呻 hTTV2btd 前 I vCEilWI I： IwV； H-iM&UiLH14l 金 BK)KK|ai 41 ff： ! I址K, ：»（吋却畔F>WWIE 模型在TT、FF、
25、FSSF、SS情况下的GWBAf >KKHB.UibUpr曲学氐.UH-L£±2由211匕“1爾上州曲比处血川血、血如I；寸薛SFIC E DpMU讥刃血2K HiIETIK:K.-.6J | (jl IIWJI8C JUiMBOHamtxanix(3) 模型在TT、FF、FSSF、SS情况下的相位裕度$P!C£ CxiIoih7iM>.»SxiiSAnH Deugn Inc PfrpFUal IyzsFl li fcrrtVIH 2d *Wt Tnli Cw/Lo hlrtfl*D H1A1 «hl !« aQj 啕卫列
26、闔世甸I M |£ JhWi nil kt2nhpiMi!u"&! faudJhML“"laaiijihMfaLJE彰gCJE矽汽电”别 SKJ3M1I ANeBTL 轻 ¥ 1 'i 环Fili內 El iWv Tnla CvLo 旳*APtCF F cplmFr7MC. I cnpyil|hiWkHtmil« Rugn" lnc Poflpruol色亘回旦I国Bln|*l色鱼1剖劇fe*#QE3i岀卫列垄刨创«0Kizn loirlBI仙L尅艸怡细an 必曲 6Mwrt 亦ar soy4l J2M| &#
27、171;ilx| IXQ腕JWil产vHlyA|«fau-txji hML 4 -i>< 比価 B8Wfe I I ST27.温度分析对放大器进行温度扫描，分析各种温度情况下小信号增益；分析随温度变化，单位增 益和相位裕度的变化情况。(温度扫描范围：0100,步长为20)网表如下：*opa fiveg.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib' TT.in elude Vhome/fzu/example/zuoye/opa. net"xa1 vip vin vo 0 vdd opavdd vdd 0 5vird vin 0 de 2.4876vip1 vip 0 de 2.4876 ac 1 0.de vip1 2.484 2.491 0.0001 sweep temp 0 100 20.ac dec 10 10 1g sweep temp 0 100 20.print ac vdb(vo) vp(vo).end(1)小信号增益1(2)单位增益和相位裕度LLI 王 FJ會 FEglDHja”W： 口 li z-* 曲匕中 + ?7