spice运放

Spice设计与实践题目：二级运放的设计与仿真姓名：谢思怀学号：111200627学院：物理与信息工程学院专业：微电子学年级：2012级组员：指导教师：（签名）2014年11月15日2目录Spice设计与实践评分表----------------------------------------------------------------------3一.实验原理与任务要求----------------------------------------------------------------------41.1电路结构---------------------------------------------------------------------------------41.2设计指标及工艺参数--------------------------------------------------------41.3实验任务要求--------------------------------------------------------------5二.电路设计指标分析------------------------------------------------------------52.1直流增益，输入阻抗，输出阻抗----------------------------------------------52.2带宽、相位裕度和增益带宽积--------------------------------------------------62.3电源抑制比----------------------------------------------------------------72.4压摆率-------------------------------------------------------------------72.5输入，输出动态范围-----------------------------------------------------8三.电路参数计算---------------------------------------------------------------93.1相位补偿设计----------------------------------------------------------------93.2电流分配---------------------------------------------------------------------------------93.3过驱动电压设计--------------------------------------------------------------------------93.4宽长比设计------------------------------------------------------------------------------103.5运放部分性能参数计算------------------------------------------------------------------11四.spice仿真及结果分析-------------------------------------------------------124.1直流工作点和静态功耗----------------------------------------------------134.2直流增益、带宽、相位裕度、增益带宽积---------------------------------------144.3传递函数、输入阻抗、输出阻抗-----------------------------------------------154.4共模抑制比------------------------------------------------------------------164.5电源抑制比--------------------------------------------------------------174.6噪声---------------------------------------------------------------------194.7压摆率---------------------------------------------------------------------204.8输出动态范围--------------------------------------------------------------214.9失真分析，对输出进行FFT分析，得到总谐波失真量---------------------------22五.仿真结果与计算结果对比分析------------------------------------------------23结论----------------------------------------------------------------------------24参考文献-------------------------------------------------------------------------253Spice设计与实践评分表姓名谢思怀设计组其他成员设计题目二级运放的设计与仿真学号111200627出勤情况迟到次早退次旷课次事假次病假次项目评分标准得分学习态度（20分）熟知并遵守实验室的各项规章制度,有责任感，团队协作能力强。（10分）精益求精，善于学习与课程有关的新知识，提高学习能力。（10分）学习成果（50分）完成平时练习。（20分）明确了解设计任务，掌握电路的工作原理。（10分）完成spice的设计。（10分）设计过程演示，问题答辩。(10分)学习报告（30分）文本结构规范，格式统一。行文表述规范准确，文理通顺流畅，打印或书写工整；标点、符号、计量单位正确；图表、曲线等符合国家标准或工程要求。（10分）理论分析与计算正确，实验数据准确可靠，结构严谨，逻辑性强，论述层次清晰。（10分）报告有独特见解，富有新意或有较深刻的分析，有较高的学术价值或较强的应用价值。（10分）总分（100分）总分：100分。优：90-100分；良：80-90分；中：70-80分；及格：60-70分；不及格：0-60分。导师点评导师签名：备注无故缺勤3次为不合格。4一.实验原理及任务要求1.1电路结构两级运放电路如图，包括提供静态偏置的电流镜和两级放大电路。第一级为单端输出的差分镜像放大器，第二级则为电流源作负载的共源级放大器。其中第二级放大电路加上了密勒补偿，以满足电路的稳定性能。1.2设计指标及工艺设计要求：1.相位裕度达到61°2.静态功耗小于1.2mW3.放大器负载电容为2pF4.供电电源为单端1.8V5.电源抑制比，增益，压摆率满足基本要求。本运放采用SMIC0.18工艺文件进行仿真工艺参数(粗略)：N：VTN=0.4Un*Cox=320uL=1u时，lamda=0.05P：VTP=0.5Up*Cox=70uL=1u时，lamda=0.0351.3实验任务要求对二级运放做如下仿真：1)直流工作点和静态功耗。2)直流增益、带宽和相位裕度，增益带宽积。3)传递函数、输入阻抗、输出阻抗。4)共模抑制比。5)电源抑制比。6)噪声。7)压摆率。8)输出动态范围。9)失真分析，对输出进行FFT分析，得到总谐波失真量。先手动计算出个性能理论值，然后与仿真结果进行比较分析。二.电路设计指标分析2.1直流增益，输入阻抗，输出阻抗电路等效模型如图6其中，因此，可以将增益表示为：2.2带宽、相位裕度和增益带宽积可以算得，电路传递函数如下：得到两个近似极点：72.3电源抑制比计算可得低频下有：正电源抑制比若器件完美匹配，则低频下正电源抑制比为无穷大负电源抑制比在低频下，负电源抑制比与M1和M6的过驱动电压成反比。2.4压摆率8同理可得2.5输入，输出动态范围输入范围：如图，输入范围上限为VDD减去M5的过驱动电压和M1的栅源电压，下限为M3的栅源电压。输出范围：输出动态范围下限为M6的过驱动电压，上限为VDD减去M7的过驱动电压。9三.电路参数计算3.1相位补偿设计首先是补偿电容Cc的选择，Cc增大有利于相位裕度的提高，减小噪声，但是会使GBW和SR下降，根据相位裕度达到61°的要求，第二极点要在大约2GBW处。即gm6/gm1约等于2CL/Cc。由于GBW可以通过增大gm1来提高，而本放大器输出电压摆幅受电源电压限制，所以压摆率可以适当减小，所以将Cc的值适当增大。负载电容CL为2p，所以选择Cc为1p，根据上述要求，则gm6/gm1约为4。3.2电流分配根据功耗小于1.2mW的要求，已知电源电压为1.8V，可以算得最大总电流约为666uA，留一定余量，取580uA，则有如下电流分配。令Id8=Id9=20uA，Id5=9Id8=180uA，Id7=2Id5=360uA.3.3过驱动电压设计由于本电路供电电源电压较小，又为了使电路非线性减少，所以将过驱动电压定在0.15~0.2V之间，减小M1的过驱动电压有利于增大增益带宽积，增大电源抑制比，因此设置M1的Vod=0.15V，M5的Vod=0.2V。M3,4取Vod=0.2V。由于对称性，Vod7,8,9=Vod5=0.2V，Vod6=Vod4=0.15V。可以得到共模输入范围：0.05Vin，cm0.95取中间值，Vin,cm=0.5V得到各点计算电位如下：103.4宽长比设计根据电流和过驱动电压算出各个管子的宽长比如下：管子尺寸W（um）L（um）W/LMM12.50.5114.323M22.50.5114.323M32.50.5255M42.50.5255M51.20.25128.627M62.50.510020M71.20.25257.254M81.20.2514.33M91.20.2514.33M105.515.51M115.515.51M125.5122.24M135.515.51M142.50.5255Cc1pfRB3.6K113.5运放部分性能参数计算(1)直流增益：（Lp=Ln=0.5u）由以上式子算得A0约为76.83db(2)GBW：算得GBW约为190MHz(3)相位裕度：相位裕度设计的最低值为61°(4)PSRR：PSRR+约为无穷大，PSRR-约为80.91db(5)功耗：由总电流电压可得静态功耗为1.044mW(6)压摆率：算出SR约为90V/us12四.spice仿真及结果分析设计好的运放电路图网表如下（作为下面分析的子电路）：*amplifiertotalcircuit.LIBAMP_1.SUBCKTampV+V-OUTVDDGNDM12V+11p18e2rW=2.5uL=0.5uM=23M23V-11p18e2rW=2.5uL=0.5uM=23M322GNDGNDn18e2rW=2.5uL=0.5uM=5M432GNDGNDn18e2rW=2.5uL=0.5uM=5M516VDDVDDp18e2rW=1.2uL=0.25uM=27M6OUT3GNDGNDn18e2rW=2.5uL=0.5uM=20M7OUT6VDDVDDp18e2rW=1.2uL=0.25uM=54M866VDDVDDp18e2rW=1.2uL=0.25uM=3M976VDDVDDp18e2rW=1.2uL=0.25uM=3M10678GNDn18e2rW=5.5uL=1uM11779GNDn18e2rW=5.5uL=1uM128910GNDn18e2rW=5.5uL=1uM=4M1399GNDGNDn18e2rW=5.5uL=1uM14473