基本两级运放分析与仿真.docx
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基本两级运放分析与仿真
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、SwingRange、噪声、工艺corner分析、温度特性分析等
vdd
建立该放大器的网表文件存储在文件:
中网表文件:
*subcktopa.paramrzv=1kccv=1pclv=1p.subcktopavipvinvo0vddml11vddvddPENHw=12ul=2um=2m2vo11vddvddPENHw=12ul=2um=2m3vovo1vddvddPENHw=12ul=0.6um=8mu11vin20NENHw=12ul=2um=2mu2vo1vip20NENHw=12ul=2um=2mu32vb00NENHw=12ul=6um=1mu4vovb00NENHw=12ul=6um=8mu5vbvb00NENHw=12ul=6um=1rbvddvb100krzvo13rzvcc3voccvclvo0clvcbvb010p
.ends
1.工作点分析
由仿真结果查得电路的功耗是多少?
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:
*opafivea.sp
.optionspost=2
.lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT
.include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net"
xa1vipvinvo0vddopa
vddvdd05
vin1vin0dc2.4876
vip1vip0dc2.4876ac10
.op
.end
(1)电路的功耗:
subckt
element
0:
vdd
0:
vinl
0:
vipl
volt吕
5.0000
2.4876
2.4S76
current
-357.9266u
0.
0.
power
1.7&96m
0.
0.
■st蓝盍盖
T/cilt:
agesources
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:
aubckt
xal
xal
xal
xal
element
1:
ml
1
1:
m3
1:
mul
1:
mu2
1:
rau3
model
0:
penh
0:
penh
0:
penh
O:
nenh
0:
nenh
0:
nenh
region
Sarurati
Sarurati
Sarurati
Sarurati
Saturati
Saturati
id
-17.2O45U
-17.2O45U
-?
S8.8356u
17.2O45U
17.2O45U
34.4089U
subckt
xal
xal
element
l:
mu4
1;
model
0:
nenh
0:
nenli
region
SaturatiSaturati
id
2S0.8355U34,6021u
2.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(outputswingrange)
网表如下:
*opafiveb.sp
.optionspost=2
.lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT.inelude"/home/fzu/example/zuoye/opa.net"xa1vipvinvo0vddopa
vddvdd05
vin1vin0dc2.4876
vip1vip0dc2.4876ac10
.dcvip12.4842.4910.0001
.end
(1)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=4.90063V
3.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)①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:
*opafivec.sp
.optionspost=2
.lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT
.include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net"
.paramrzv=0
xa1vipvinvo0vddopavddvdd05
vin1vin0dc2.4876
vip1vip0dc2.4876ac10
.acdec100100200meg
.printacvdb(vo)vp(vo)
.end
SHCFFxpIfflFr^n-Kinn7HC-.ICn^iljhi"z呼nInr.P^ip^nalhi■叭y
■M"S-HWViHJ?
«I*^|HW的HMWIM3SiI:
I--Fi**JM¥T**iR+1"iLI!
:
I'M*!
*
WYV^iM+]>iMPW3*i>*A,WV^jlH*E壬,b«Vr>iW4?
VVWi*国tawjR
[d£de : *|.JR,jhmuhMnJrrij讥■皿摯>|呼SR匚EEv加百Vimns2DC序呼 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 ②分析没有补偿电阻,补偿电容在(0~5pf)变化的时候对GWB口相位裕度 的影响; 网表如下: *opafivec.sp .optionspost=2 .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT .include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net" .paramrzv=0 xa1vipvinvo0vddopa vddvdd05 vin1vin0dc2.4876 vip1vip0dc2.4876ac10 .acdec10010200megsweepccv05p0.5p .printacvdb(vo)vp(vo) .end : *|在“口.巾w章他卫hui.、jB? SF1C£ExdniVrn』母hu" List文件截图: ccv=0pf ccv=0.5pf 165.958693( 48.2706m 161.8799 |42.65795X 93-S095m -122.3574 ccv=1pf ccv=1.5pf 23.44229X 1.1939m -110.3fi27 15.84893x 8jD.7018m -105.5736 ccv=2pf ccv=2.5pf 12022fi4K «5.9371m -IDS.1933 9.5499SX 175.8782m -101.5&22 ccv=3pf ccv=3.5pf &.12831X 20.4489m -100.S029 6.91&31X 102.5128m -99.9992 ccv=4pf ccv=4.5pf 6.0256QX 155.0402m -99.4129 5.37032X 144.4577m -99.015S ccv=5pf 4.B9779x 37.0887m -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 ③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: *opafivec.sp .optionspost=2 .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT .include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net" xa1vipvinvo0vddopa vddvdd05 vin1vin0dc2.4876 vip1vip0dc2.4876ac10 .acdec1001k200megsweeprzv02k0.2k .printacvdb(vo)vp(vo) .end : *|』[LEirffecNwiLal|匚『hjrwuTruiKaJgTij讥叫■如洛>|毀SR匚EExp4uwVunns20C曲堰 List文件截图: rzv=Okrzv=0.2k 23.44229X 1,1935m -110.3827 22.90S68X 191,4556m -108,3423 rzv=0.4k rzv=0.6k 22.9086&X 180.7743m -106.7546 22.9D868X 177.2439m -105.1634 rzv=0.8k rzv=1k 22.90B68X 180a8920m -103.5714 22.90a68x 191.7123m -101.9814 rzv=1.2k rzv=1.4k 23l44229x 3・3645jw -100.6337 23.44229X 29.5362m -99.0198 rzv=1.6k rzv=1.8k 23.44229X 62.9624m -97.4165 23.44229X 103.4B64ffl -95.8264 rzv=2k 23.44229X150,9187m-94.2522 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: *opafived.sp .optionspost=2 .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT .include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net" xa1vipvinvo0vddopavddvdd05 vin1vin0dc2.4876 vip1vip0dc2.4876ac10 .acdec10101g .noisev(vo)vip120 .end List文件截图: ⑴f=10Hz "*氐totaloutputnoisevoltage transferfunctionvalue: v(vo)/vipl equ-ivalentinputnoiseatvipl ⑵f=1KHz ****totaloutputnoisevoltage transferfunctionvaluerv(vo)/vipl equivalentinputnoiseatvipl ⑶f=100KHz ****totaloutputnoisevoltage transferfunctionvalue: v(vo)/vipl equivalentinputnoiseatvipl =20.9058U =4.5723m 1.4974k sqv/hzv/rthz /rthz =207.8938H =455.9537u 1.4944k =305.104711 =60.9061P =7.8042U =235.5574 =33.1309n sqv/hzv/rthz /rthz sqv/hzv/rthz ⑷f=10MHz atotaloutputnoisevoltage transferfunctionvalue: v(vo)/vipl equivalentinputnoiseatvipl ⑸f=1GHz ****totaloutputnoisevoltage transferfunctionvalue: v(vo)/vipl equivalentinputnoiseatvipl 由上知,随着频率的增大,噪声减小 =1.03S9f =32.2320n =2,3759 =13.5662n 二l+1830a =l,0877n 二9.3601m =116,2014n sqv/hzv/rthz /rth2 sqv/hzv/rthz /ithz 5.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: PULSE2320ns0.1n0.1n100n200n 测量上升和下降的压摆率分别为多少? 网表如下: *opafivee.sp .optionspost=2 .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT .include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net" xa1vipvinvo0vddopa vddvdd05 vin1vinvodc0 vip1vip0dc0.4876pulse2320n0.1n0.1n100n200n .tran5n1u .end FileMaveVieuPanelAxesToolsCcrFigHelp 越I创型亘回>1刮團倒列因團国⑥创昼LELal型包列 ®②①①©©©© &QD0;5-55+tr0 L囲瀚1 上升和下降的压摆率分别为: slewrate(,10lvo\2t9^2.1)=-2J4175e+07 slewrate('lOlvo',2+1,2+9)=3^024618+07 6.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: *opafivef.sp .optionspost=2 .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT .include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net" xa1vipvinvo0vddopa vddvdd05 vin1vin0dc2.4876 vip1vip0dc2.4876ac10 .dcvip12.4842.4910.0001 .acdec10101g .printacvdb(vo)vp(vo) .alter .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'FF .alter .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'FS .alter .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'SF .alter .lib7home/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 5TKLCipktzrV-ubhm2IK、C^rr'*4^iGbRIDM5■rd*orkDelianLt: .r«-3iunll_risntf« 團刮回旦色创剑暨旦乞盘g! 坠捌團旦jg|y|列基1创劃 BOHamlx ||]■M|£JhWi皿i/t2nhpi^ti! u^^忑! ■faudJhML»~^taaiijih^ifaL|・^5]BEE Af|3iKJ3M1lAcfeBTL轻¥1雪鼻 Fili內eIiWvTnlaCv^Lq旳* ^PICFFcpIniFr7MC.ICnpyiljhi7H-&-.? £ 色亘回旦I国■ln|*l色鱼1剖劇fe]*]#]Q]E]3i出卫]列垄]刨创 »0 Kiz nI0irl BI仙L尅glMfl©Man ©曲 6* C•" Mwrt亦 ar・soyiM/JzMjanlx I*]IX#腕JWiI产wflyiA||■fau*buihML4«1><比価BBWfe曰扁( 7.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: 0~100,步长为20)网表如下: *opafiveg.sp .optionspost=2 .lib7home/fzu/hspice/models/cz6h_v28.lib'TT .include"/home/fzu/example/zuoye/opa.net" xa1vipvinvo0vddopa vddvdd05 vin1vin0dc2.4876 vip1vip0dc2.4876ac10 .dcvip12.4842.4910.0001sweeptemp010020 .acdec10101gsweeptemp010020 .printacvdb(vo)vp(vo) .end (1)小信号增益 0RiHaZl, i.p”l 11占ph.n|u也肌 11、口glMl (2)单位增益和相位裕度 空]田回创乌lk]zi]211Th)J W: ■■□liz-*曲匕中+? 7uLLt■王F」 FeMNbRWfl曲兌dUHJf n■出瞅 |审G.n u生mk*I i»雪勉Bl+H仍Gjg“i FegIDHJIM0 : i^M
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