【运算放大器仿真方式记录】

提示：本文档记录仿真设置的方式和结果

1. 直流仿真（dc）

Iprobe 通直流，阻隔交流
不同电压的含义: vdsat, vds。仿真中vds需大于vdsat才会位于饱和区

razavi: 工作在饱和区的所需最小VDS=VD,sat=VGS−VTHV_{DS} = V_D,sat = V_{GS} - V_{TH}VDS=VD,sat=VGS−VTH
- MOS电流公式推导：
- Q=Id×vQ = Id \times vQ=Id×v Id=电荷密度×速度=电荷密度×μEId = 电荷密度 \times 速度 = 电荷密度 \times \mu EId=电荷密度×速度=电荷密度×μE 平均电荷密度=12CoxW(Vgs−Vth)平均电荷密度= \frac{1}{2}C_{ox}W(V_{gs} - V_{th}) 平均电荷密度=21CoxW(Vgs−Vth) Id=12CoxW(Vgs−Vth)μVgs−VthLeffId = \frac{1}{2} C_{ox} W (V_{gs} - V_{th}) \mu \frac {V_{gs} - V_{th} }{ L_{eff}}Id=21CoxW(Vgs−Vth)μLeffVgs−Vth
- 速度饱和时，v=μEv = \mu Ev=μE需要改变 Id=12CoxW(Vgs−Vth)∗速度饱和的速度Id = \frac{1}{2} C_{ox} W (V_{gs} - V_{th}) *速度饱和的速度Id=21CoxW(Vgs−Vth)∗速度饱和的速度
- vds>vdsat管子工作在饱和区
  vds<vdsat管子工作在线性区
  对于短沟道：Vdsat = (Vgs -Vth)/(L*Esat)
跟随特性测试：

2. 稳定性stb仿真（包含工艺角仿真）

工艺角仿真（stb）：在ADE中launch ADE XL，随后选择corners 下的click to add corner，选取工艺角文件并命名，随后运行

3. 失调电压仿真（dc & monte carlo）

连接成单位增益负反馈，dc下vp-vn

4. 共模电压仿真（stb & 扫描vp）

在接成单位增益负反馈的stb仿真中，扫描vp电压，通过观察其他指标是否满足要求确定共模电压范围。（0.7-0.9V之间最合适）

5. 输出电压范围仿真（tran）

运放接成同相放大器的形式，vp与vn直流电压相同，vn接入正弦交流电

提示：两个电阻尽可能大，防止影响输入电阻大小，降低增益

6. 共模抑制比CMRR（ac）

在输出端与负输出端之间加入一个单位的交流小信号 vcm，正输入端也加一个相同的vcm，同时加上正输入端加入直流偏置电压 vp 。交流时vp 被视为短路.加在运放正端电压为 vcm，负端电压为 vout+vcm，测量vout/vcm

vp 电压= dc(vp = 0.7) + ac(vcm = 0.2)
vn电压 = vout +ac(vcm = 0.2)
vout=Acm×(vcm)+Av×(vcm−(vout+vcm))vout = Acm \times (vcm) + Av \times (vcm -(vout +vcm))vout=Acm×(vcm)+Av×(vcm−(vout+vcm))
voutvcm=Acm1+Av≈AcmAv=1CMRR\frac{vout}{vcm} = \frac{Acm}{1+Av} \approx \frac{Acm}{Av} = \frac{1}{CMRR} vcmvout=1+AvAcm≈AvAcm=CMRR1
计算CMRR的公式为：
abs(dB20((mag(v(“/vout” ?result “ac”)) / mag(v(“/vp” ?result “ac”)))))
图中为40dB

6. 电源抑制比PSRR（ac）

输出电压是【输入电压与运放增益】与【电源电压与电源增益】的叠加
PSRR=差模增益Av共模输入为0时电源到输出的增益AddPSRR = \frac{差模增益Av}{共模输入为0时电源到输出的增益Add}PSRR=共模输入为0时电源到输出的增益Add差模增益Av
PSRR=Av,vdd=0Add,vin=0PSRR = \frac{Av, vdd =0}{Add,vin =0}PSRR=Add,vin=0Av,vdd=0
将电源电压设置为1.1V直流叠加1V的交流

vout=Av×(0−vout)+Add×vdd=>voutvdd=1+AvAdd≈1PSRRvout = Av \times ( 0 - vout) + Add \times vdd => \frac{vout}{vdd} = \frac{1+Av}{Add} \approx \frac{1}{PSRR}vout=Av×(0−vout)+Add×vdd=>vddvout=Add1+Av≈PSRR1
−20log(voutvdd)=20log(PSRR)-20 log(\frac{vout}{vdd}) = 20log(PSRR)−20log(vddvout)=20log(PSRR)

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