模拟集成电路设计实习讲义_SCUT_ICC

模拟集成电路设计实习培训内容介绍

培训目的

经过本培训，学员将会学到在模拟集成电路设计过程中的绝大部分环节。

1.学会使用数模混合集成电路设计EDA工具进行简单的模拟集成电路设计的流程，包括

Cadence的Virtuoso原理图输入、版图设计，Cadence的Spectre电路仿真，及Mentor Graphics 的Calibre版图规则检查（DRC）、电路图版图一致性检查（LVS）。

2.学会使用三大常用的仿真方式（DC，AC，以及Transient）来对电路进行性能的验证与设

计参数的调整

培训内容

本培训首先设计一个运算放大器，在该放大器中采用了一个理想的电流源做偏置。接着设计一个带隙基准源（Bandgap reference）来提供这个运算放大器中用到的电流源，然后对整个电路进行仿真验证。整个电路Lab_top电原理图以及仿真激励如下图所示。最后，参加培训的学员要求对所设计的Bandgap reference进行版图设计以及DRC、LVS检查，时间充裕的学员进一步设计运算放大器的版图及对其进行DRC/LVS的检查。

图1-0 Lab_top 原理图

上图中的运算放大器（opam）电路如下图所示，值得注意的是，该运算放大器需要一个current sink做偏置，该current sink由上图中的NM1来提供。

其中的bandgap电路如下图。

这里看上去好像电压源并没有和电路直接连在一起，但是由于系统中所有标记相同的点电位都相同，所以，图中的这种接法等效于直接把V4接到电路的正负极。

图1-14 加入激励源后的图

二、Spectre 仿真 (opam)

（1）直流分析(DC Analyses)

我们在共模输入管脚接一个可以调节的电压源VCM ，使得这个电压源的电压从0升到高到3.3v 然后我们测量output 端的电压。 从图1-14中的Tools 菜单->Analog Environment 调出spectre

V4

AnalogLib/vsource/DC

Ibias

AnalogLib/isource/DC

V0与V1 AnlogLib/vsin

VCM

AnalogLib/vsource/DC

图2-1 spectre仿真界面

。2-1 setup菜单->model librarys调出模型库设置窗口。

点击Browse找到使用的仿真文件“sm083006-1k.scs”，

Section那栏填入：typical，然后点击ADD 。依次在Section栏中加入bjt, capacitor, diode,resistor并点击加入，结果如图：

图2-2 setup result

点击ok,回到spectre的主窗口。

提示：我们在创建库lab_practice的时候已经指定了工艺库为chrt35rf，因此这里的模型库是自动设置好的。

现在我们要进行dc分析的设置了，从analyses菜单->choose调出分析设置窗口。选择DC分析，变化类型选择Component Parameter，Component name 填入VCM参数为dc ,变化范围是0到3.3（见图2-3）.

图2-3 dc分析设置

点击ok.回到了spectre主界面。到此，已经把仿真环境设置好了。现在我们要观察output端的波形，如何才能做到呢？从spectre的outputs菜单->to be plot->select from schematic,这个时候，会切换到schematic窗

口，用鼠标点击一下output那条连线，看看发生了什么？

output端的颜色变了，标识出它的波形将会被显示，spectre的窗口已经变成了下面的

图2-5设置后的spectre

图2-6 Output波形(结果显示共模输入电平在2.0V以下输出直流工作点基本不变)

DC分析，除了包含器件参数的仿真外，还可以进行温度仿真，设计变量仿真和器件模型参数仿真。有兴趣的话可以自己摸索一下。

(2)AC分析

我们必须先明确一下ac分析的目的，所谓的ac分析，就是在一定的静态工作点上，施加一个小信号，然后分析输出的的交流信号，可以看出放大系数，频率响应等的特性。

先进行AC分析激励设置，将输入交流信号V1（正端）和V0（负端）的交流幅值设置为500mV，相位都为0。由于两端反向连接，故反向，差分交流输入的幅值为1V。

现在进行分析设置，重新调出图2-3的窗口，。

图2-8 ac分析设置

设置频率从1变到1G，点击ok，然后netlist & run:

图2-9 输出波形查看设置

图2-10 输出运算放大器的波特图

现在测量一下图2-10中的运算放大器的低频增益（Av0）、3dB带宽（f0）、相位裕度（PM）等参数。有两种测量方法：Trace工具条测量法及calculator精确计算测量法

图2-11 用Trace工具条进行仿真参数的测量，此图读出低频增益为51.27dB

-3dB带宽和相位裕度也可测出。

图2-12 用Trace工具条测量-3dB带宽（51.27dB-3dB=48.27dB），测出为484.83 kHz

图2-13 用Trace工具条测量相位裕度，定义为增益为1（0dB）时对应的相位与-180 o C的距离。先从幅频特性中找出增益为0dB（此处为99.45dB，近似0dB）对应的频率（121.91MHz），再在相频特性中找出此频率对应的相位，与-180 o C相减即为相位裕度（-125.82 o C -（-180 o C）=54.18 o C）