一级运放性能指标仿.doc

一级运放仿真总结报告2 模 电 2010级 姓 名 姚 评 实训内容 一级运放仿真 实训时间 2013年7月22号 一级运放各指标仿真总结报告 一、本次一级运放的仿真大概包括以下13个指标： 1、增益Av （1）、开环增益，闭环增益。 （2）、差模增益，共模增益。 2、输入范围 （1）、共模输入范围。（确定工作区间，即是放大器有放大功能、确定各管子饱和的条件） （2）、差模输入范围。（电路能够处理的最大差模信号输入范围） 3、摆幅 输出量最大值减最小值。 4、压摆率 又叫压摆，即转换速率（Slew Rate）简称SR 是大信号特性，定义为，在大信号阶跃发生转换时的斜率。 电路接法：单端输出负反馈（输出与输入短路），另一个输入端加上阶跃信号，阶跃信号为共模电压的0.1倍，且输出端与地之间加上电容CL。 也可通过Calculator计算得到。 其仿真结果如图6.4（有超链接） 5、建立时间 Settling time，简称ST。 小信号特性，是输入发生阶跃到输出信号进入最终稳定带的时间间隔。 电路接法：单端输出负反馈结构，不接输出负载CL。另一输入端所加的阶跃信号为共模信号的0.001倍。也可通过Calculator计算得到。 仿真结果如图7.2 6、带宽 （1）、3dB带宽 Bandwidth，通频带增益下降了3个dB时所对应的频率大小，通常对应主极点。 （2）、单位增益带宽GB 增益下降为1，即20lgAv=0时的带宽。 这两个概念可以通过图1.0的仿真结果看到。 7、输入、输出阻抗 （1）、输入阻抗 在输出短路时，输出电流与输入电压之比。 （2）、输出阻抗 输入短路时，放大器的本征阻抗。 8、噪声 （1）、热噪声 （2）、闪烁噪声 噪声。 （3）、散弹噪声 载流子之间碰撞所产生的噪声。 9、功耗 一般要求的指标是指功率：PS=UI *增益线性度：在整个输入信号范围内，增益的变化率。 10、共模抑制比 CMRR（Common Mode Reject Ratio） ，即差模增益与共模到差模的转换系数比，它表示了差动放大器中对共模扰动影响的抑制能力。（只适用于全差动放大器）。 求值方法有两种：（1）、通过公式分别求出差模增益差模增益从而得出；（2）、将电路接成单位增益负反馈结构后，小信号分析，然后列出方程求解。 11、电源抑制比 PSRR（Power Supply Rejection Ratio） 差模增益与电源到输出的增益之比，（其中和vin=0是指电压源和输出电压的交流小信号为0，而不是直流电平）。求值方法： 、通过公式，特殊情况是，当差分信号为0时Add=1，则； （2）、当电路接成单位增益负反馈结构后，根据小信号电路列方程求解。 12、失调 V offset（V os）(5~10mV)。 当小信号输入为0时，输出偏移工作点的幅度与差模增益之比——输入失调（无法通过仿真得到） 13、相位裕度（Phase Margin）PM 在给定负载下，增益下降为1时，相位变化的剩余量。 PM=Av(w1)-(-180。)=Av(w1)+180。 概念图如图11.1（有超链接） *非线性失真：期间的非线性特性和非线性的变化引起（无法通过仿真得到）。 现在对各个指标进行仿真 1、仿真前的准备，设计规则如下： (、SMIC：0.35 mix signal：2P3M 电源：=3.3v (、设计指标： a、增益Av50dB b、输出端节点对地总电容：CL=5pF c、带宽：GB≥500MHz d、输出摆幅：1.8v e、功耗：Ps10mW (、在0.35工艺下各器件数据： PMOS 0.6247 8.08 12.8 54.6 NMOS 0.4215 794 40.5 175.9 六种电路图如下： 、P管为二极管连接，如图1 、电流源连接，如图2 、电流镜负载，如图3 、套筒式单端输出，如图4 、套筒式双端输出，如图5 、折叠式双端输出，如图6 图1 图2 图3 图4 如图5 图6 1、功耗 对于一个一级运算放大器，首先要满足的指标是电路的功耗，要求的功率，又Ps=U*I，在0.35工艺中U==3.3V，可算得：I，这在开始设置尾电流源（栅极加有电压源的MOS管）各参数（管子宽长比，偏置电压大小）时是十分重要的。 增益 接下来是调节各管子饱和，首先要估算各层管子分得的电压（详情见LZW书p246例9.5），然后算出偏置电压，通过公式：计算