运放的仿真与分析1.基本仿真流程(1)电路仿真界面：进入UNIX系统，按键“Ctrl+t”出现下图窗口：图1输入“icfb&”回车后出现下图窗口。

图2注：有关镜像的操作：图2中选择“Library Path Editor”出现下图窗口:图3左栏为文件名，右栏为路径；或者打开文件cds.lib 按下图编写文件图4图5File→New→Library(opam)→(New)Cell View进入电路图编辑界面，画相应的放大器电路，如下图图6(2)调用相关器件器件的调用操作：按快捷键“i”，选择library，以及相应的器件（nmos，pmos，res，cap等）注：模型名要与模型库中的相应名称相同。

打开模型库的.scs文件，查看模型名和器件的基本参数（,,t V ）：ox th// Models included in this release ://// Model Name Description// ----------- ----------------------------------------------------------------------// nmos_1p8 BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) NMOS transistor// pmos_1p8 BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) PMOS transistor// nmos_3p3 BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) NMOS transistor// pmos_3p3 BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) PMOS transistor// nmos_1p8_nat BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) Native NMOS transistor// nmos_3p3_nat BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) Native NMOS transistorsection nmos_1p8_tmodel nmos_1p8 bsim3v3 {0: type=n+ lmin=1.8e-007 lmax=3.5e-007 wmin=2.2e-007………………………………………………………….+ xw=0 tox=3.5e-009 toxm=3.5e-009…………………………………………………+ xpart=0 vth0=0.39851301 lvth0=1.1573677e-008…………………………………………………..+ cdscd=0 cit=0.0017786 u0=0.035597185………………………………….//***************************************************************************** section pmos_1p8_tmodel pmos_1p8 bsim3v3 { 0: type=p+ lmin=1.8e-007 lmax=3.5e-007 wmin=2.2e-007………………………………………………….+ xl=0 xw=0 tox=3.5554e-009…………………………………………….+ cgdo=3.051e-010 xpart=0 vth0=-0.39889023…………………………………………..+ u0=0.0078211697 lu0=1.2538533e-010 wu0=5.1065658e-010…………..…………………………….注：在sim.scs 文件中没有表示沟道调制效应的参数λ，因而需要测量计算： 修正后的漏电流为 2()(1)D n GS T DS i K v V v λ=-+图7如图可求出λ。

10.1()V Lλ-≈计算出以下常见参数值：1430,9,8.8510 3.99.866103.510rox nmos ox nmosF cm C F t mεε---⨯⨯===⨯⨯1430,9,8.8510 3.99.712103.555410rox pmos ox pmosF cm C F t mεε---⨯⨯===⨯⨯'32,0.0355971859.8658910351.20(/)n o x n m o sK n C A V μμ-==⨯⨯≈ '32,0.00782116979.712161075.96(/)p ox pmos Kp C A V μμ-==⨯⨯≈(3) Analog Environment如下图7选择Tool→ Analog Environment图8 图9图8中选择Setup→Simulator/Directory/Host…如出现下图窗口，可选相关的仿真器。

（我们选择默认的spectre）图10仿真库的添加：图8中Setup→Model Library图11出现上图界面，点击“Browse”，选择路径和sim.scs文件。

其中sim.scs文件，即编写的Include文件：include"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=diode_typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=bjt_typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=res_typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=typ_mimcap（4）选择仿真的类型图8中选择Analyses Choose图12如下图选择相应的仿真类型：tran，dc，ac等（此为DC仿真）图132.运放的仿真与分析(1)仿真平台图14 偏置电路设计中往往是给一个模块电路提供一个由带隙基准产生的电流，或者由经过温度补偿的稳定电流源电路提供的一个电流，并由该模块自身产生各MOS管的偏置电压。

图14中的偏置电路可由镜像电流源的W/L比确定各支路的电流，如之路上端所示，根据GS TH V V 计算出偏置电压。

例如，可求出Vm7150和Vm7151，Vm7150=Vgs （M29）=0.625V ，Vm7151=Vgs （M27）=0.924V 静态仿真后发现Vm1751差别比较大，因为M29工作在线性区。

实际设计中，应该根据运放的所需要的偏置电压来设计符合要求的偏置电路。

在提供的基准电流源下，根据22()ox GS TH W IL C V V m =-，计算偏置电路的尺寸。

图15 两级运放（包含米勒补偿电路）这是一个两级运放，第一级为共源共栅差分输出的套筒式结构，第二级为电流源负载的差分结构，还设计了密勒补偿，保证电路的稳定工作。

第一级增益 1111313557(//)m o m m o o m o o A G R g g r r g r r =-=-第二级增益222991(//)m o m o A G R g r r=-=- 整个运放的增益1213135579911(//)(//)m m o o m o o m o A A A g g r r g r r g r r ==密勒补偿：第一极点（主极点） 12211cP gm R R C -=第二极点 222gm P C -=第三极点 311z P R C -=零点 ()1211c z Z C gm R =-1C ，2C 分别为运算放大器的第一级输出电容，第二级输出电容,在补偿电容c C 前馈通路中插进与c C 串联的调零电阻z R 消除零点的影响.221c z cC C R C gm 骣+琪=琪桫,c C由gm =1214.782gm gm mA V ==，5396.149, 2.347gm gm mA V gm mA V ===由010.1,D r I Lλλ≈=，计算得01030507090111.607,2.6791.531, 2.551r r r k r k r k r k ===Ω=Ω=Ω=Ω有静态分析可得，理论值与实际值相差不大。

图16 CMBF 共模反馈电路在高增益放大器中，要求p 型电流源与n 型电流源相平衡是不可能实现的，因而要求“共模反馈（CMFB ）”。

其原理是：当共模输出电压增大时，使反馈到尾电流源的电压增大，尾电流增加从而使输出电压降低，趋近于Vcm 。

图14 中，M13、M15偏置在固定的电流，M14、M16由共模反馈电路的输出驱动。

图17 负载电路此为电路的模拟负载，包含CMFB和下一级的负载。

注：以上是开环电路，未使用反馈回路(2)运放的相关性能参数仿真a) dc仿真如图12所示设置。

查看静态工作点，如下图：Result→Print→DC Node V oltages图18选择需要查看的某一器件的静态工作点，显示下图,region 为2饱和区，1为线性区，0为截止区，4为亚阈值区。

还有vgs，vds，vth等都可查看图19若选择Result →Print →DC Operating Points ，在电路图中，可以看到所有器件的工作状态，静态电流，电压以及静态功耗等。

静态功耗：各支路电路电流的和与电源电压的乘积。

理论计算：I=70uA(130.5 1.44 2.40.4316216.224 1.62)84.3470 1.810.63P w r I V W m W μ=+⨯+++⨯+⨯+⨯+⨯++⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 仿真值：7.287mWb) ac 仿真（如下图设置，频率从0到10G ，间隔0.1）图20输入ac激励源和电源:查看结果：Result→ Direct Plot→AC Magnitude & Phase图22 AC仿真结果如下图图23调整曲线显示方式：双击曲线弹出下图对话框图24图25由图24可得到，增益为1（或0dB ）时的相位，即相位裕度为46°，需提高到60°左右，增益为95.28dB ，单位增益带宽2.14GHz 。