【模拟IC】使用Cadence的运算放大器参数（GBW Noise CMRR PSRR ICMR SR）测试仿真实例
运算放大器仿真实例
- 前言
- 建立运放的Cellview
- 瞬态仿真
- 摆率 Slew Rate
- 功耗
- 输入共模范围 ICMR
- 稳定性仿真 相位裕度 DC增益 GBW
- 共模抑制比 CMRR
- PSRR
- 噪声
前言
本文介绍了使用Cadence Vrituoso对初步设计完成的运算放大器进行一些重要参数测试的方法，同时也作为自用备忘录。
网上常见的运放参数仿真例子中经常缺少噪声分析和STB稳定性仿真，因此做教程一篇进行分享。
测试的参数包括了直流增益（DC Gain），相位裕度（Phase Margin），增益带宽积（GBW），摆率（Slew Rate），输入共模范围（ICMR），共模抑制比（CMRR），电源抑制比（PSRR），输入噪声（Input Reference Noise），瞬态仿真，功耗。
建立运放的Cellview
一般来说，在运放的设计过程中会直接在Schematic中进行仿真，以调好工作点和mos的Region。但对于参数测试来说，最方便的是把运放包装在Cell里面再进行测试。建立Cellview的方法是在原理图中Create→Cellview→From Cellview。此处不多赘述。
本示例中采用3.3V供电的轨对轨输入，ClassAB输出的单端二级运算放大器。
注意，在原理图中已经挂了负载电容，因此在接下来的图中并不会看到。
瞬态仿真
在ADE中添加tran，时间设置为1mS。在OP输入端接入DC Voltage=1.65V，Amplitude=500mV，Frequency=1KHz的Vsin，反馈接入20MΩ电阻，负输入端接入10MΩ电阻与1.65V直流电。观察输出端瞬态仿真结果可见运放对输入信号放大了3倍。
瞬态仿真结果：
摆率 Slew Rate
将运放接为单位反馈形式，输入端放置一个Vpwl，提供一个从0到3V的快速上升（如1nS），保持一定时间后从3V到0V快速下降的信号。观察Tran仿真结果。
Vpwl参数示例：
根据仿真结果，可以计算Vout上升时间，从而求得摆率，或使用自带Calculator的函数生成。在此提供可直接复制的表达式：
slewRate(v(“/Vout3” ?result “tran-tran”) 0 nil 3 nil 10 90 nil “time”)
功耗
功耗可以通过直接读每个支路的静态工作电流相加，或是更准确地通过Tran仿真求出，计算一段时间的VDD电压源端点电流平均值即可。表达式见下图。
输入共模范围 ICMR
输入共模范围可通过单位反馈接法的运放输入可变的Vdc得到，接法如下。
仿真设置如下：
观察输出结果，从图中可见，ICMR基本是从0到3.3，因为采用了轨对轨结构。
稳定性仿真 相位裕度 DC增益 GBW
由于ClassAB输出级的特性，通过AC仿真去计算GBW和PM并不方便，因此采用stb仿真，放入一个iProbe，将输出端与负输入端相连，选择stb仿真。
stb仿真设置如下：
仿真结果可通过Results → Direct Plot → Main Form → stb → Stability Summary观察。
伯德图和增益可以从LoopGain → Magnitude and Phase → db20 → Plot 生成并观察。选择Add To Outputs可以直接生成图片。
增益和相位图：
共模抑制比 CMRR
共模抑制比接法如下所示，提供DC = Vcm，AC Magnitude = 1（选择1V可以直接读出结果），进行AC仿真。
AC仿真设置：
读出dB20的输出端即可，表达式为：- dB20(VF(“Vout4”))
PSRR
正负PSRR的测试电路如下所示，正输入端输入Vcm直流电，测+PSRR就将VDD输入的3.3V电压增加一个1V的AC Magnitude。-PSRR就将GND接入一个0V的DC和1V的AC Magnitude。同样进行AC仿真。
从结果中可读出PSRR值。表达式- dB20(VF(“Vout5”)) 和 - dB20(VF(“Vout6”))
噪声
输入噪声是经常关注的问题，网上常见教程中让使用port元件，但使用普通Vdc也可以进行仿真，电路如下所示，输入为标准Vdc+Vac，单位反馈接法。
Noise仿真设置如下：
仿真结束后从Results → Direct Plot → Main Form → noise可输出图像
从Results Print Noise → Summary中可以求一定范围内的噪声的积分，并观察每个元件贡献噪声的大小和比例。
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