基本两级运放分析与仿真

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. netxa1 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 powerdissipation=

4、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 : nenhregionSaruratiSarurati

5、SaruratiSaruratiSaturatiSaturatiid-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/cz6h_v28.li

6、b, 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 iJhl9,a k - t*;r i. * Q W 1-7*-hr rter ； v7l、rl3 X g J z:LQca：.end iMfcMoe

7、a Acsm。化 U 峪06初3 2人 112B AWa筲,CT rxrr:Ovn IrxLQo|() 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(GW/B相位裕度；网表如下：*opa fivec.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v

8、28.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:laM2(dd EJ-Jcimri hrimSHCF FxpIHIFf FKtnn 7HC-. I CMlljhiZ 呼 n I nt. PMHWI hl 叭 yR.jhmuhMnJrrij

9、 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.sp.optio ns post=2Jib 7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib, TT.in elude 7home/fzu/example/zuoye/opa. net”.param r

10、zv=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 * 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

11、? SFi CtEwiVrnJ 母 huccv=0.5pf161.8799I42.65795X93-S095m 122.3574ccv=1pfccv=1. 5pf23.44229X1.1939m-1 10.3fi2715.84893X8jD. 7018m-105.5736ccv=2pfccv=2.5pf12 022fi4K5.9371m-IDS.19339.5499SX175.8782m-101.5&22ccv=3pfccv=3.5pf& .12831X20.4489m-100.S0296.91&31X102.5128m99.9992ccv=4pfccv=4.5pf6.0256QX155.04

12、02m 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(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

13、 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) 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-106.754622.9D8

14、68X177.2439m-105.1634rzv=0.8krzv=1k22.90B68X180a8920m-103.571422.90a68x191.7123m-101.9814rzv=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

15、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_v28.lib, TT.in elude 7home/fzu/example/zuoye/opa. netxa1 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 nois

16、e voltagetransfer function value: v(vo)/vipl equ-ivalent input noise 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 outp

17、ut noise voltagetransfer function value: v(vo)/vipl equivalent input 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.

18、03S9f=32.2320n=2,3759=13.5662n二 1+1830a=l,0877n二 9.3601m= 116,2014nsq 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/f

19、zu/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 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

20、:05 I(vddI(vird I(viplJvddvinDTNOutput Viesslewrate( 101vo2t9A2.1) 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

21、 0 vdd opavdd vdd 0 5vin1 vinO de 2.4876vip1 vip 0 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/

22、fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib SS .end (1)模型在 TT、FF、FS、SF、 SS情况下的小信号增益5TKL CipktZI V-UBHM 21K、GbRIDM Sb fdOfk D6II1R Lt. f1.1 O 加肿OFT亦 |gijL.”H IQflvV,宦州-丄”, LviMPL-ia-rkOvVi 4UWriuk ：tw： ti 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?Mfi ifllBLVXLWI 即 F.ZMUiM 升 IT

23、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FWWIE 模型在TT、FF、FSSF、SS情况下的GWBAf KKHB.UibUpr曲学氐.UH-L2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 hlr