《ASIC设计实践》
实 验 指 导 书
仪器与电子学院
运算放大器
一、实验目的
1、了解CMOS运算放大器主要指标的仿真方法；
2、理解和掌握CMOS运算放大器主要指标的设计方法，能够按照所需要求设计运算放大器。
二、实验器材
1.台式计算机；
2.模拟集成电路仿真设计EDA工具。
三、实验内容
1、在给定的仿真测试电路中仿真测量功耗（电流大小）、增益、增益带宽积、相位裕量、噪声等运算放大器的主要参数。
图11
各参数含义如下：
“Type”：计算噪声的方式
“spot noise”：给出某个频率点上的噪声报告。这实际是反映功率谱密度。
“integrated noise”：将频段内的噪声带权重的积分后给出噪声报告。这是给出的带内噪声功率值。带权重是指在某些频带内
“noise unit”：噪声的单位是采用电压单位“V”或是功率单位“V2”。
2、按照要求设计一个两级运算放大器。
注意：
1、从虚拟机Cadenc's Home进入st02文件夹，将test文件夹中的文件拷贝到虚拟机的test文件夹中，然后启动cadence可以进行仿真。
2、仿真电路添加库文件与前面的实验不同：1、仿真文件在文件夹05MIXDTSSA01V10中；2、需要添加三次，section中分别添加tt（晶体管工艺角）、restypical（电阻工艺角）、captypical（电容工艺角），具体如下图红框内所示：
图16
图17输出范围仿真电路图18失调仿真电路
“Filter”：用户可以选择性的给出部分器件的噪声报告。在列表中给出了可供选择的器件。
“include All Types”：自动选择列表中的所有。
“include None”：将列表中所有项目都删除。
“include instances”：列出包括在噪声报告中的器件。
“Select”：选择器件
“Clear”：删除器件
图8频率特性仿真结果
查看噪声仿真结果
点击菜单栏“results”—>“direct plot”—>“Equivalent Input Noise”，然后可以看到等效输入噪声仿真结果，如下所示。
图9Βιβλιοθήκη 图10点击菜单栏“results”—>“Print”—>“Noise Summary”，然后弹出图11。
“exclude instances”：列出不包括在噪声报告中的器件。
“Truncate & Sort”：
“truncate”：根据每个器件的噪声大小，限制在噪声报告中列出的器件个数。
“none”：所有器件都将列出。
“by number”：根据器件贡献噪声的大小排名，限制列出的器件个数。
“by relative threshold”：将贡献噪声超过总噪声规定百分比的器件列出。
“Frequency Spot（Hz）”：计算噪声的频率点，默认频率点是1KHz。报告给出该
频率点的功率谱密度。
“From（Hz）”，“To（Hz）”：频率积分的范围。
“weighting”：是否需要对某些频率的积分施予权重。
“flat”：在整个频带内均匀积分。
“from weight file”：依据权重文件中的定义对频带内的噪声积分。
点击菜单栏“results”—>“Print”—>“DC Operating Point”，然后进入电路原理图。
图14
在如下所示电路图中，点击电压源，可以在弹出的窗口中看到电流、电压、功耗三个参数。
图15
“Shift + e”，然后点击运算放大器的symbol，点击弹出窗口的OK，进入运算放大器电流原理图。点击晶体管，可以在弹出的窗口中看到晶体管的各个直流工作点参数，如下所示。
四、实验要求：
1、在给定的仿真测试电路中仿真测量功耗（电流大小）、增益、增益带宽积、相位裕量、噪声等运算放大器的五个参数。
2、设计一个两级运算放大器（运算放大器的结构可自由选择），具体指标如下：
设计负载电容为10pF的条件下
功耗小于30μA
增益大于100dB
增益带宽积大于3MHz
相位裕量不小于60°
“by absolute threshold”：将贡献噪声超过某个绝对数值的器件列出。
“Sort by”：设置根据贡献噪声的大小或是器件名称的字母顺序等报告显示的
对红框内内容做如下设置，得到各个器件的噪声贡献（列表中没有显示器件的具体值，但按照噪声贡献大小依次列出器件）：
图12
图13
查看直流工作点（功耗）
1kHz处噪声密度小于200nV/
五、作业
1、整理实验结果，完成实验报告。
附录
图2增益、增益带宽积、相位裕量测试仿真电路
图3噪声仿真电路
仿真类型设置：
图4交流仿真设置图5直流仿真设置
图6噪声仿真设置
查看幅频特性、相频特性
图7
点击菜单栏“results”—>“direct plot”—>“AC gain&phase”，然后在电路原理图中依次点击“out”，“in”，然后可以看到频率特性仿真结果，如下所示。