东南大学 Hspice电流源负载共源放大器设计

1、直流分析：（1）考虑Iref一定时，扫描输入电压IN，得到输出VOUT的曲线从而确定，偏置电压VIN的选取。代码：* CS Amplifier .option post=2.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib tt.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib captypical.param iref_value=100uA.param Ln=1u m=1.param Wn1=m*10u Wn2=m*30u.param cl=10p* componentsm1 out vin 0 0 mn w=Wn1 l=Lnm2 out 1 vdd vdd

2、 mp w=Wn2 l=Lnm3 1 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=Lnc1 out 0 cl*the sourceiref 1 0 100uvdd1 vdd 0 dc 5vin1 vin 0 dc 5.dc vin1 0 5 0.01.measure dc ttrans when v(out)=2.5.print dc v(out).end由此可确定当nu，Iref00uA时，VIN1.33（2） 以iref为变量，得到一簇输出特性曲线。代码：* CS Amplifier .option post=2.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib tt.lib

3、 C:hspiceh05mixddst02v231.lib captypical.param iref_value=100uA.param Ln=1u m=1.param Wn1=m*10u Wn2=m*30u.param cl=10p* componentsm1 out vin 0 0 mn w=Wn1 l=Lnm2 out 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=Lnm3 1 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=Lnc1 out 0 cl*the sourceiref 1 0 100uvdd1 vdd 0 dc 5vin1 vin 0 dc 5*.dc vin1 0 5 0.01*

4、.measure dc ttrans when v(out)=2.5.dc vin1 0 5 0.01 sweep iref 0u 200u 20u.print dc v(out).end最左边为Iref=0的情况。从上图中可以看到，随着Iref的增加，输出曲线的陡峭程度（直流增益）慢慢在减小，即：随着偏置电流的增加，增益在变小，这与理论分析相吻合。交流分析：（1） 当Vin1.33V，WnLn10/1，CL10p时：增益（Av）-3db带宽（Mhz） GB(Mhz)-47.28(33.5db)0.1336.31代码：* CS Amplifier .option post=2.lib C:hs

5、piceh05mixddst02v231.lib tt.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib captypical.param iref_value=100uA.param Ln=1u m=1.param Wn1=m*10u Wn2=m*30u.param cl=10p* componentsm1 out vin 0 0 mn w=Wn1 l=Lnm2 out 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=Lnm3 1 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=Lnc1 out 0 cl*the sourceiref 1 0 100uvdd1 vdd 0 dc 5vin

6、1 vin 0 dc 1.33 ac 1*直流分析*.dc vin1 0 5 0.01*.measure dc ttrans when v(out)=2.5*.dc vin1 0 5 0.01 sweep iref 0u 200u 20u*.print dc v(out)*交流分析.ac dec 10 10 10000meg.measure ac Vdbmax max vdb(out) .measure ac Vdbmax-3db param=Vdbmax-3 .measure ac f_-3db when vdb(out)=Vdbmax-3db.measure ac gb when vdb(

7、out)=0 .op.print ac vdb(out).end增益以dB的形式：当没有把增益换算成dB值时的交流输出曲线于下图：(2) 改变沟道长度Ln代码：* CS Amplifier .option post=2.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib tt.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib captypical.param iref_value=100uA.param Ln=1u m=1 vin_dc=1.33v.param Wn1=m*10u Wn2=m*30u Iref=m*100uA.param cl=10p* compo

8、nentsm1 out vin 0 0 mn w=Wn1 l=Lnm2 out 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=1um3 1 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=1uc1 out 0 cl*the sourceiref 1 0 Irefvdd1 vdd 0 dc 5vin1 vin 0 dc vin_dc ac 1*直流分析*.dc vin1 0 5 0.01*.measure dc ttrans when v(out)=2.5*.dc vin1 0 5 0.01 sweep iref 0u 200u 20u*.print dc v(out)*交流分析.ac dec 10 10

9、 10000meg.measure ac Vmax max v(out).measure ac Vdbmax max vdb(out) .measure ac Vdbmax-3db param=Vdbmax-3 .measure ac f_-3db when vdb(out)=Vdbmax-3db.measure ac gb when vdb(out)=0 .op.print ac vdb(out)*.alter*.param m=2.alter.param Ln=5u vin_dc=1.97.alter.param Ln=10u vin_dc=2.5.alter.param Ln=15u v

10、in_dc=2.9.alter.param Ln=20u vin_dc=3.24.endAv=-Gm*Rout=-gm*(1/gds1+gds2)按照公式可知：gm 反比于沟道长度Ln1/2（M1的沟道长度）.rds1=1/(I*Lamda)而Lamda与沟道长度Ln成反比，所以rds与 沟道长度Ln成正比。注意：虽然Mn1的本征增益正比于Ln，但是由于Av=-Gm*Rout=-gm*(1/gds1+gds2)，此时Av并不正比Ln，而是反比与Ln。当没有把增益换算成dB值时的交流输出曲线于下图：增益以dB的形式：HSPICE仿真结果，验证了这一点。LnVIN（V）增益Av 输出阻out（k欧

11、姆）负载管gds2（u）放大管gds1（u）放大管跨导gm1（u）1u1.33-47.28117.74946.22662.2747402.22055u1.97-239357143.86486.32150.6347166.488010u2.5-17.4391147.79586.24000.5111118.049515u2.9-14.2670148.52886.25770.480096.091220u3.24-12.2320147.69486.26040.515282.8460HSPICE 仿真结果表明：Ln的增大，的确会使n管的rds增大，但负载管n的rds基本保持不变，这样两个rds并联后使总

12、的输出阻抗基本不变；而n增大使n管的gm变小，所以n增大使增益v减少。沟道长度LnAv（db）-3db带宽（KHz）GB（MHz）1u33.51326.385u27.61102.6310u24.81081.8715u23.11071.5620u21.81061.29注：这部分开始做的时候一直仿不出来，后面的做完了才回来继续看的，重新写了参数，致使和后面瞬态分析里的部分代码不同。原来参数里面M2和M3的沟道长度也设成了Ln，导致Ln改变时M2和M3的沟道长度也会跟着变化，从而产生错误的结果；重写了Iref=m*100uA，保证了m改变时iref和宽长比同时变化；重新在参数里面定义了vin_dc=

13、1.33v，这样更便于在下面的.alter语句中改变vin1的值；加了一句.measure ac Vmax max v(out)，可以查看当没有把增益换算成dB值时的增益。上面2个表格是我偷了个懒，粘贴的老师给的参考资料里的，内容我已经核对过了，是一样的。（3） 同时改变偏置电流iref和所有管子的宽长比 正是因为同时改变 ，使得在VIN不变的情况下所有管子的vDS,vGS基本没有发生变化。另外从理论分析上可得增益基本不变，而-3db带宽和增益带宽积GB都随着m正比例变化。 语句：.ac dec 10 10 10000meg sweep m 1 2.5 0.5瞬态分析：（1） 其中输入的分段线

14、性电源描述如下： vin in 0 pwl(0 0v 1u 0v 1.05u 3v 3u 3v 3.05u 0v 6u 0v)代码：* CS Amplifier .option post=2.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib tt.lib C:hspiceh05mixddst02v231.lib captypical.param iref_value=100uA.param Ln=1u m=1.param Wn1=m*10u Wn2=m*30u Iref=m*100uA.param cl=10p* componentsm1 out vin 0 0 mn w=Wn

15、1 l=Lnm2 out 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=1um3 1 1 vdd vdd mp w=Wn2 l=1uc1 out 0 cl*the sourceiref 1 0 100uvdd1 vdd 0 dc 5vin1 vin 0 pwl(0 0v 1u 0v 1.05u 3v 3u 3v 3.05u 0v 6u 0v)*直流分析*.dc vin1 0 5 0.01*.measure dc ttrans when v(out)=2.5*.dc vin1 0 5 0.01 sweep iref 0u 200u 20u*.print dc v(out)*交流分析*.ac dec

16、10 10 10000meg sweep m 1 2.5 0.5*.measure ac Vdbmax max vdb(out) *.measure ac Vdbmax-3db param=Vdbmax-3 *.measure ac f_-3db when vdb(out)=Vdbmax-3db*.measure ac gb when vdb(out)=0 *.op*.print ac vdb(out)*瞬态分析.tran 0.01u 6u.print tran v(out) vin1.end（2） 扫描Cload值得到下面一簇曲线，随着负载电容的增大，瞬态响应的上升和下降变得缓慢一些。语句：

17、.tran 0.01u 6u sweep Cl 10p 50p 10p（3） 同样我们可以通过改变输入的管子来观察瞬态响应的变化，理论上我们分析是：瞬态响应曲线的陡峭程度取决于输出的电阻和输出电容所决定的RC时间常数，RC越大，瞬态响应曲线越缓。这里我们同时改变M1和M2的宽度（记住，一定要同时改变和的宽度这样才能改变输出电阻，如果不同时改变将几乎看不到变化，因为out 等于rds1与rds2并联）。语句：.tran 0.01u 6u sweep m 1 5 1总结：总体来说还蛮顺利的，遇到问题的地方是交流分析里面改变Ln观察增益那里。那部分开始做的时候一直仿不出来，后面的做完了才回来继续看的，重新写了参数，致使和前面直流分析、后面瞬态分析里的部分代码不同。原来参数里面M2