第八讲 跨导运放的分析与设计.ppt

第八讲_B跨导运放的分析与设计 李福乐 lifule@tsinghua.edu.cn 清华大学微电子学研究所 主要内容 跨导运放的仿真分析 各种电路指标和相应的仿真分析方法 通过对电路和仿真结果的对应分析，加深对电路工作原理的掌握和理解 跨导运放的电路设计 从抽象指标到具体电路的映射过程 电路原理、设计经验和仿真验证的迭代过程 通过设计，加强工程化设计思维和能力 第一部分简单跨导运放的仿真分析 电路与网表 指标分析 偏置电流与功耗、开环增益、GBW与相位裕度、压摆率、Swing Range、失调、噪声、PSRR、CMRR、corner分析等 Hspice执行网表 工作点分析 工作点分析 浏览并分析.lis文件的内容 .prot与.unprot使用将使得其中的内容不在.lis中出现 用oper查找，即可找到operating point information这一段，可看到电路各节点的电压、各元件的工作状态 注意此时vo=4.8916 对于提供电源的电压源v_vp，注意其功耗就是电路功耗，因此可查得电路功耗为2.47mW 对于MOS管，注意各参量的含义：region、id、vgs、vds、vth、vdsat、gm、gmb、gds……可查得流过M_U3的偏置电流为149.8uA，并注意到M_M3的region为Linear 直流扫描 直流扫描 直流扫描 直流扫描 直流扫描 交流扫描 交流扫描 交流扫描 单位增益带宽 GBW ? gm1/(Cc+CGD3) 主极点 ?p1 ? 1/[Ro1gm3Ro(Cc+CGD3)] 第二极点 ?p2 ? gm3/(CL+Co) 零点 ?z ? 1/[(Cc+CGD3)(gm3-1-Rz)] 查看.lis文件 可知gm3 ? 2m gm1 ? 0.83m 交流扫描 交流扫描 交流扫描 交流扫描 噪声分析 噪声分析 随机失调分析 系统失调之外的失调主要来源：输入差分对u1和u2、电流镜m1和m2的失配 U1, u2电压失调为： M1, m2带来的失调为： 失调分析 晶体管随机失配 在良好的版图设计条件下 阈值电压(mV) 栅宽(u) 均与栅面积的平方根成反比 失调分析 失调分布分析 失调分布分析 压摆率分析 压摆率分析 压摆率分析 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 模型corner仿真 温度分析 温度分析 温度分析 温度分析 温度分析 温度分析 温度分析 PSRR与CMRR 完整的corner分析 典型情况分析 第二部分跨导运放设计实例 Specifications CSMC 0.6um DPDM CMOS Process GBW 100MHz, PM 60 when CL=2pF (Including common-mode feedback caps) DC Gain 80dB Output swing 4V (differential) Full differential architecture Low Power (Large FOM) Power Supply: 5V Design flow MOST parameters of the specified process Deciding the optimal structure Main stage circuit design Bias design Common-mode feedback design Layout design and verification LPE Post-sim MOST parameters u? Cox? Find out un, up, toxn and toxp from model library K’? MOST parameters u? Cox? Find out un, up, toxn and toxp from model library K’? Equations to remember Mostly used amplifiers Example2: 2-stage cascode OTA Simulation circuit for ota’s main stage Step 1: 确定B Step 2: 确定输入MOST Step3: 确定cascode MOST Step4: 确定电流镜 MOST Step5: 仿真验证GBW,PM Step6: 增益与摆幅 Step7: 改善低输出电平下的增益 Step7的仿真结果 Step8: 改善高输出电平下的增益 Step8的仿真结果 Step9: