MOS运放性能参数仿真规范
实验三 两级运放原理图设计及仿真
• 参考过程：
(1)选取电路结构； (2)确定工作点：由功耗、增益等要求选取各支路的工作电流； 如参考电路2:
g m 2 Cox (W / L ) I DS / 2 1 1 ro go I DS
压摆率：SR = M1过驱动电压 × 单位增益带宽 (3)确定MOS尺寸
(4)仿真验证
静态功耗≤5mW 电源电压:|1.8V|±10%; 工作温度范围 -20～80℃; 工艺：SMIC 0.18um CMOS
输出摆幅≥ ±1V;
失调≤ ±10mV; 噪声≤ 200(1kHz时);
参考电路1：
VDD M3 x iref vin1 M1 Vn Id5 M8 3 M5 M2 vin2 CL M7 y M4 M6
实验报告： 描述设计仿真过程；
描述参数估算过程； 描述性能参数仿真过程及结果，并进行分析；
• 设计指标要求：
开环增益≥60dB; 单位增益带宽≥50MHz; 摆率(Slew Rate)≥ 5V/us; 相位裕度≥50 ICMR ≥ ±0.8V; CMRR ≥50dB; PSRR ≥50dB;
实验三 两级CMOS运放的原理图设计及仿真
Hale Waihona Puke 验目的： 掌握采用cadence实现模拟IC原理图设计的方法； 掌握集成运算放大器设计的参数估算方法； 掌握集成运算放大器主要参数的仿真方法；
运放的仿真与分析报告
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。
mos管仿真参数模块
mos管仿真参数模块mos管仿真参数模块是一种用于模拟和分析mos管性能的工具。
mos管是一种常见的半导体器件，广泛应用于集成电路和电子设备中。
在设计和优化mos管电路时，了解和准确设置mos管的各种参数非常重要。
mos管仿真参数模块可以帮助工程师们更好地理解mos管的特性，并优化电路性能。
mos管的参数模型是mos管仿真参数模块的基础。
mos管的参数模型描述了mos管的电流-电压特性和电容特性等重要参数。
mos 管仿真参数模块可以根据这些参数模型，模拟mos管在不同工作条件下的电流-电压特性和电容特性。
mos管的参数模型包括了很多参数，其中一些重要的参数包括沟道长度调制系数、沟道宽度、漏极电流等。
沟道长度调制系数是mos 管的一个重要参数，它描述了沟道长度对mos管电流的影响程度。
沟道宽度是mos管的另一个重要参数，它决定了mos管的电流承载能力。
漏极电流是mos管的电流参数，它描述了mos管的漏极电流大小。
在mos管仿真参数模块中，工程师们可以通过设置这些参数来模拟mos管的性能。
通过调整沟道长度调制系数，工程师们可以改变mos管的电流-电压特性。
通过调整沟道宽度，工程师们可以改变mos管的电流承载能力。
通过调整漏极电流，工程师们可以改变mos管的漏极电流大小。
通过这些设置，工程师们可以优化mos 管的性能，提高电路的工作效率和可靠性。
除了这些基本参数外，mos管仿真参数模块还可以模拟mos管的温度特性和频率特性。
温度对mos管的性能有着重要影响，mos 管仿真参数模块可以根据温度变化来模拟mos管的电流-电压特性。
频率对mos管的性能也有着重要影响，mos管仿真参数模块可以根据频率变化来模拟mos管的电流-电压特性。
在实际应用中，mos管仿真参数模块可以帮助工程师们进行电路设计和优化。
工程师们可以通过模拟mos管的性能，预测电路的工作情况，减少实际测试的时间和成本。
工程师们还可以通过模拟不同参数下的mos管性能，进行参数优化，找到最佳的设计方案。
mos管仿真参数模块
mos管仿真参数模块摘要：1.MOS 管仿真参数模块简介2.MOS 管的工作原理3.MOS 管仿真参数模块的作用4.MOS 管仿真参数模块的构成5.MOS 管仿真参数模块的应用实例正文：一、MOS 管仿真参数模块简介MOS 管（金属- 氧化物- 半导体场效应晶体管）是一种广泛应用于集成电路中的半导体器件。
为了更好地理解和研究MOS 管的性能，我们需要对其进行仿真。
在这个过程中，MOS 管仿真参数模块扮演着至关重要的角色。
二、MOS 管的工作原理MOS 管主要由n 型或p 型半导体、金属导电层和氧化物绝缘层组成。
当栅极施加电压时，栅极与源极、漏极之间的半导体区域会形成一个导电通道，从而实现信号的传输。
MOS 管的性能参数主要包括输入电阻、输出电阻、跨导等。
三、MOS 管仿真参数模块的作用MOS 管仿真参数模块主要用于模拟MOS 管在不同工作条件下的性能参数，为研究人员提供便捷、高效的分析手段。
通过对MOS 管进行仿真，可以预测其在实际应用中的性能，为集成电路设计提供有力支持。
四、MOS 管仿真参数模块的构成MOS 管仿真参数模块主要包括以下几个部分：1.输入参数：包括栅极电压、源极电压、漏极电压等，用于设定MOS 管的工作状态。
2.输出参数：包括电流、电压等，用于描述MOS 管的性能。
3.模型：用于描述MOS 管的工作原理和性能参数之间的关系。
五、MOS 管仿真参数模块的应用实例在实际应用中，MOS 管仿真参数模块可以广泛应用于以下几个方面：1.电路设计：通过仿真MOS 管的性能参数，可以为电路设计提供参考依据。
2.集成电路研究：通过对MOS 管的性能进行深入研究，可以提高集成电路的性能和可靠性。
3.教育教学：通过MOS 管仿真参数模块，可以帮助学生更好地理解MOS 管的工作原理和性能特点。
MOS放大电路设计仿真与实现实验报告
MOS放大电路设计仿真与实现实验报告实验报告：MOS放大电路设计、仿真与实现一、实验目的本实验的主要目的是通过设计、仿真和实现MOS放大电路来加深对MOSFET的理解，并熟悉模拟电路的设计过程。
二、实验原理MOSFET是一种主要由金属氧化物半导体场效应管构成的电流驱动元件。
与BJT相比，MOSFET具有输入阻抗高、功率损耗小、耐电压高、尺寸小等优点。
在MOS放大电路中，可以采用共源共源极放大电路、共栅共栅极放大电路等不同的电路结构。
三、实验步骤1.根据实验要求选择合适的电路结构，并计算所需材料参数（参考已知电流源和负载阻抗）。
2.选择合适的MOS管，并仿真验证其工作参数。
3.根据仿真结果确定电路的放大倍数、频率响应等。
4.根据电路需求，设计电流源电路和源极/栅极电路。
5.仿真整个电路的性能，并调整参数以优化电路性能。
6.根据仿真结果确定电路的工作参数，并进行电路的实现。
7.通过实验测量电路性能，验证仿真结果的正确性。
8.对实验结果进行分析，总结实验的过程和经验。
四、实验设备和材料1.计算机及电子仿真软件。
2.实验电路板。
3.集成电路元器件（MOSFET、电阻等）。
4.信号发生器。
5.示波器。
6.万用表等实验设备。
五、实验结果与分析通过仿真和实验，可以得到MOS放大电路的电压增益、输入输出阻抗、频率响应等参数。
根据实验结果，可以验证设计的合理性，并进行参数调整优化。
在实际应用中，MOS放大电路被广泛应用于音频放大器、功率放大器、运算放大器等场合。
因为MOSFET具有较大输入阻抗，所以MOS放大电路可以在输入端直接连接信号源，而不需要额外的输入电阻。
此外，MOS放大电路的功率损耗较小，适用于各种功率要求不同的应用场合。
六、实验心得通过设计、仿真和实现MOS放大电路的实验，我更加深入地理解了MOSFET的原理和应用。
在实验过程中，我通过不断调整电路参数和元器件选择，逐步提高了电路的性能。
通过与实验结果的对比，我发现仿真和实验结果基本吻合，验证了仿真的准确性。
virtuoso运放基础参数仿真方法
virtuoso运放基础参数仿真方法Virtuoso is a type of operational amplifier, also known as op-amp, used in electronic circuits to amplify weak electric signals. It is essential to understand the basic parameters of the Virtuoso op-amp in order to effectively simulate its performance and behavior in various circuit designs.Virtuoso运放是一种运算放大器，也称为运放，用于电子电路中放大弱电信号。
在有效地模拟Virtuoso运放在各种电路设计中的性能和行为之前，了解其基本参数是至关重要的。
The first basic parameter to consider when simulating the Virtuoso op-amp is the open-loop gain, which is the gain of the amplifier when there is no feedback in the circuit. This parameter is crucial in determining the overall amplification capability of the op-amp and understanding its linear behavior. To simulate the open-loop gain, one can use SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) software to create a test circuit with the op-amp and measure the gain using the simulation results.模拟Virtuoso运放时首先要考虑的基本参数是开环增益，即在电路中没有反馈时放大器的增益。
运算放大器的测量和仿真
运算放大器的测量和仿真1.概述仿真是运放设计的一项重要内容，运放的仿真与运放的应用环境是不可分割的，在仿真之前一定要首先确定运放的实际负载，包括电阻、电容负载，还应包括电流源负载，只有负载确定之后，仿真出的结果才是有意义的：不同的应用场合对运放的性能指标要求也不一样，并不需要在任何时候都要将运放的所有指标都进行仿真，所以，在仿真之前要明确应该要仿真运放的哪几项指标，哪几项指标是可以不仿真的。
在仿真时，要对不同的指标分别建立仿真电路，这样有利于电路的检查；DC、AC分析是获得电路某一性能指标信息的一种手段，它需要一些相关的条件来支持，当我们忽略了某一条件或根本没有弄清还有哪些条件时，DC、AC分析的结果就可能与实际情况不一致，导致错误的发生。
瞬态仿真则是反映出电路工作的现象，只有瞬态仿真通过，才能说明电路具备了相应的能力。
如：我们在仿真运放的频率特性时，所设计的仿真电路是建立在输入源的输出电阻为零（或很小，几百ohm以下）的基础之上，此时仿真出的运放稳定性很好，但如果实际电路前级的输出电阻不为零（此时应考虑运放输入级的寄生电容），这时，在做实际电路的瞬态仿真时，会发现输出有较大的过冲，瞬态仿真必不可少！而且，每一个AC、DC分析结果都可以用瞬态仿真加以验证。
以下仿真电路，只画出了电阻、电容负载，没有给出电流源负载，在进行电路的仿真时，要根据实际情况，酌情考虑电流源负载的影响（实际上电路动态工作时，一定有输出电流）。
一般情况下，电阻、电容负载是相对于共模电压的（不是GND），不会引入静态电流，但在某些场合，如输出驱动电路，其电阻负载是对地的，此时会引入静态电流，这些东西在实际仿真时都是要考虑的。
运算放大器的测量和仿真类别包括：开环增益、开环频率响应（包括相位裕度）、输入失调电压、共模增益、电源抑制比、共模输入输出范围、开环输出电阻和瞬态响应（包括摆率）。
AC相当于小信号仿真，步骤是先进行直流工作点仿真再进行小信号仿真，对于直流电源相当于短路DC可以仿真工作点，范围等相当于现实物理模型的仿真，接近真实情况表1 MOS运算放大器技术指标总表2.概述总体电路：Symbol：3.双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范3.1 直流参数仿真3.11 失调电压（voltage offset ）的仿真差分放大器性能一个重要的方面就是所能检测到的最小直流和交流差模电压。
CMOS运放的仿真经验总结
图2 共模电压输入范围仿真电路
双端输入、单端输出运放——直流仿真
输出动态范围(output swing)的仿真
输出动态范围是在额定的电源电 压和额定的负载情况下，运放可 提供的没有明显失真的输出电压 范围。 显然，输出摆幅是受负载电阻的 影响。当负载电阻太小时，输出 摆幅将由输出级的电流决定，为 Io*RL。
参数名称 转换速率 建立时间 总谐波失真 全功率带宽 电源电压 允许功耗 差模输入电压范围 偏置端直流输入电压 工作温度
单位
V/μS S
MHz V mV V V OC
主要内容
运算放大器的技术指标总表 双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范
全差分运放性能参数仿真规范 跨导运放OTA性能参数仿真规范 运放其它特性参数仿真
对理想运放，当输入共模电压时， 输出应为零，而对实际运放，输 入共模电压时，输出不为零，当 共模电压超过一定值时，运放不 能再对差模信号进行正常放大。 在共模电压不断增大时，使得 CMRR下降6dB的共模电压为正向 共模电压Vicm(+)，同理，CMRR 下降6dB时的负向共模输入电压为 Vicm(-)，则共模输入范围为： Vicm(-)~Vicm(+)
双端输入、单端输出运放——交流仿真
共模抑制比(CMRR)的仿真
CMRR即为差模电压增益与共模 电压增益之比，并用对数表示。 CMRR=20log(Aid/Acm) CMRR越大，则运放的对称性越 好。
对右图电路进行AC分析时，观察 Vout的波形。1/Vout即为CMRR值
图6 共模抑制比仿真电路
运算放大器的技术指标总表参数类型符号参数名称单位cc电流电源maid线性输入范围bias跨导与偏置电流的比值icmr共模输入范围os输入失调电压mvos输入失调电压温度系数opp输出峰峰电流maopp输出峰峰电压参数类型符号参数名称单位vo开环增益dbgbw单位增益带宽mhzpm相位欲度psrr电源电压抑制比dbcmrr共模抑制比dbid差模输入电阻参数类型符号参数名称单位sr转换速率thd总谐波失真bwfull全功率带宽mhzcc电源电压允许功耗mvidr差模输入电压范围bi偏置端直流输入电压主要内容运算放大器的技术指标总表全差分运放性能参数仿真规范双端输入单端输出运放性能参数仿真规范跨导运放ota性能参数仿真规范运放其它特性参数仿真双端输入单端输出运放直流仿真失调电压voltageoffset的仿真在实际运放中当输入信号为零时由于输入级的差分对不匹配及电路本身的偏差使得输出不为零而为一个较小值该值为输出失调电压折算到输入级即为输入失调电压vos输入失调电压仿真电路双端输入单端输出运放直流仿真失调电压温度系数vos的仿真输入失调电压随温度的变化率仿真电路同输入失调电压的仿真
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CMOS运放性能参数仿真规范(保密文件，内部使用)芯海科技有限公司版权所有侵权必究目 录224其它..................................................................223.3.4其它性能的仿真测试.. (22)3.3.3最坏情况仿真测试 (21)3.3.2极限参数仿真测试 (21)3.3.1工艺容差及温度特性的测试 (21)3.3运放其它特性参数仿真规范 (21)3.2.3瞬态参数仿真 (21)3.2.2交流参数仿真 (20)3.2.1直流参数仿真 (20)3.2跨导运放(OTA)性能参数仿真规范 (19)3.1.4瞬态参数仿真 (18)3.1.3交流参数仿真 (17)3.1.2共模输入范围的仿真 (16)3.1.1直流参数仿真 (16)3.1全差分运放性能参数仿真规范 (13)3.2.3瞬态参数仿真 (8)3.2.2交流参数仿真 (5)3.2.1直流参数仿真 (5)3.2双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范 (5)3.1MOS 运算放大器技术指标总表 (5)3CMOS 运放仿真规范.......................................................42概述...................................................................41前言...................................................................4MOS 运放性能参数仿真规范..................................................表目录5表1 MOS 运算放大器技术指标总表.............................................图目录10图10 共模抑制比仿真电路...................................................10图9 闭环频响曲线.........................................................9图8 幅频、相频曲线图......................................................9图7 开环增益仿真电路......................................................8图6 输出摆幅与负载电阻的关系曲线............................................8图5 输出动态范围的仿真电路.................................................7图4 共模输入范围输出结果参考图..............................................7图3 共模电压输入范围的仿真电路..............................................6图2 Vos 温度特性参考图.....................................................6图1 输入失调电压仿真电路...................................................21图35 正向跨导幅频特性仿真电路..............................................20图34 全差分运放正向跨导和线性范围仿真电路...................................20图33 正向跨导和线性范围仿真电路............................................19图32 全差分运放转换速率仿真电路............................................19图31 全差分运放电源电压抑制比仿真电路.......................................18图30 全差分运放共模抑制比仿真电路..........................................18图29 全差分运放频率响应仿真电路............................................17图28 全差分运放输出动态范围仿真电路........................................17图27 全差分运放共模输入范围仿真电路........................................16图26 全差分运放失调电压仿真电路............................................16图25 THD 与输出信号幅度的关系..............................................16图24 THD 与频率的关系曲线.................................................15图23 建立时间曲线........................................................15图22 大信号瞬态响应曲线...................................................14图21 小信号瞬态响应曲线...................................................14图20 转换速率仿真电路.....................................................14图19 电路瞬态响应曲线示意图...............................................13图18 输出噪声频谱密度曲线.................................................13图17 噪声分析仿真电路.....................................................12图16 输出阻抗的频率曲线...................................................12图15 输出阻抗仿真电路.....................................................12图14 PSRR 温度曲线.......................................................11图13 PSRR 频率曲线.......................................................11图12 电源电压抑制比仿真电路...............................................10图11 CMRR 频率曲线.......................................................MOS运放性能参数仿真规范1前言为配合模拟电路的仿真流程，本文介绍了有关MOS运算放大器（包括OTA）的性能参数的定义及其仿真测试电路。
MOS运算放大器的仿真包括直流特性仿真、交流特性仿真、瞬态特性仿真、工艺容差仿真、温度特性仿真及极限（最坏情况〕仿真。
本文对上述各种类型的仿真方法逐一进行了详细介绍，在进行运放的仿真测试时可供选择参考。
2概述仿真是运放设计的一项重要内容，运放的仿真与运放的应用环境是不可分割的，在仿真之前一定要首先确定运放的实际负载，包括电阻、电容负载，还应包括电流源负载，只有负载确定之后，仿真出的结果才是有意义的；不同的应用场合对运放的性能指标要求也不一样，并不需要在任何时候都要将运放的所有指标都进行仿真，所以，在仿真之前要明确应该要仿真运放的哪几项指标，哪几项指标是可以不仿真的。
在仿真时，要对不同的指标分别建立仿真电路，这样有利于电路的检查；DC、AC分析是获得电路某一性能指标信息的一种手段，它需要一些相关的条件来支持，当我们忽略了某一条件或根本没有弄清还有哪些条件时，DC、AC分析的结果就可能与实际情况不一致，导致错误的发生。
瞬态仿真则是反映出电路工作的现象，只有瞬态仿真通过，才能说明电路具备了相应的能力。
如：我们在仿真运放的频率特性时，所设计的仿真电路是建立在输入源的输出电阻为零（或很小，几百ohm以下）的基础之上，此时仿真出的运放稳定性很好，但如果实际电路前级的输出电阻不为零（此时应考虑运放输入级的寄生电容），这时，在做实际电路的瞬态仿真时，会发现输出有较大的过冲，瞬态仿真必不可少！而且，每一个AC、DC分析结果都可以用瞬态仿真加以验证。
以下仿真电路，只画出了电阻、电容负载，没有给出电流源负载，在进行电路的仿真时，要根据实际情况，酌情考虑电流源负载的影响（实际上电路动态工作时，一定有输出电流）。
一般情况下，电阻、电容负载是相对于共模电压的（不是GND），不会引入静态电流，但在某些场合，如输出驱动电路，其电阻负载是对地的，此时会引入静态电流，这些东西在实际仿真时都是要考虑的。
3CMOS 运放仿真规范3.1MOS 运算放大器技术指标总表表1 MOS 运算放大器技术指标总表o C工作温度T A V 偏置端直流输入电压V BIV 差模输入电压范围V IDRmW 允许功耗P DV 电源电压VCC极限全功率带宽BW full总谐波失真THD建立时间T SV/µs 转换速率SR瞬态k Ω输出电阻R Ok Ω差模输入电阻R IDdB 共模抑制比CMRRdB 电源电压抑制比PSRRo C 相位裕度PMMHz 单位增益带宽GBWdB 开环增益A VO交流V 输出峰－峰电压V OPPmA 输出峰－峰电流I OPPµV/o C 输入失调电压温度系数αV OSmV 输入失调电压V OSV 共模输入范围ICMR1/V 跨导与偏置电流的比值g m /I biasV 线性输入范围V IDµS 正向跨导g mmA 电源电流I CC直流单位参数名称符号参数类别3.2双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范3.2.1直流参数仿真3.2.1.1失调电压（voltage offset ）的仿真定义：实际运放中，当输入信号为零时，由于输入级的差分对不匹配及电路本身的偏差，使得输出不为零，而为一 较小值 ，该值为输出失调电压，折算到输入级即为输入失调电压（V OS ）。