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Cadence可以實(shí)現(xiàn)電路圖輸入(Schematic Input)、電路仿真(Analog Simulation)、版圖設(shè)計(jì)(Layout Design)、版圖驗(yàn)證(Layout Verification)、寄生參數(shù)提取(Layout Parasitic Extraction)以及后仿真(Post Simulation)。
這篇文章我們來(lái)學(xué)習(xí)對(duì)共源放大器（包括純電阻負(fù)載和有源負(fù)載）做DC、AC和Tran分析，驗(yàn)證它的輸入輸 出特性曲線，學(xué)習(xí)如何在cadence軟件中觀察放大器的增益和各種波形，學(xué)習(xí)在Results Displaying Window中查看各種電路參數(shù)，以及對(duì)放大器做參數(shù)化掃描。
01 電阻負(fù)載仿真
（總電路圖）
1）DC仿真
（DC仿真參數(shù)設(shè)置）
（仿真結(jié)果）
對(duì)電阻值進(jìn)行參數(shù)掃描
（參數(shù)設(shè)置）
（仿真結(jié)果）
從圖中可以看出，共源放大器的增益（圖中斜線的斜率）隨輸出電阻的增大而增大，而輸入輸出擺幅卻隨輸出電阻的增大而變小。因此在增益和擺幅之間存在折中。
2）AC仿真
（參數(shù)設(shè)置）
（仿真結(jié)果）
從圖中可以看出此時(shí)放大器低頻時(shí)的增益為5.6，當(dāng)頻率超過(guò)447Hz時(shí)，增益開(kāi)始下降。由公式
Au＝－RDμnCoxW/L（Vin—VTH）＝－gmRD
可知在偏置電壓不變的情況下，固定輸出電阻和mos管的寬長(zhǎng)比兩個(gè)參數(shù)中的一個(gè)，則放大器增益與另一個(gè)呈正比?？梢宰约赫{(diào)節(jié)這兩個(gè)參數(shù)，來(lái)觀察增益的變化情況。
但是當(dāng)RD大于一定的值，MOS管會(huì)進(jìn)入線性區(qū)，例如當(dāng)RD=100K時(shí)，MOS進(jìn)入線性區(qū)，可以看到管子的增益下降。
3）瞬態(tài)仿真
（參數(shù)設(shè)置）
（仿真結(jié)果）
從圖中正弦的幅度可以看出，輸入的小信號(hào)0.1mv被放大了5.6倍。
當(dāng)RD=50K時(shí)，VDS即靜態(tài)工作點(diǎn)VOUT輸出在191mv附近。（仿真電路交流輸入有問(wèn)題）
02 對(duì)二極管負(fù)載電路仿真
（總電路圖）
（參數(shù)設(shè)置）
（仿真結(jié)果）
從圖中可以發(fā)現(xiàn)以二極管為負(fù)載的共源放大器的輸入輸出曲線在起始部分，即v1的時(shí)候，并不像以電阻為負(fù)載時(shí)那樣平直，請(qǐng)大家考慮出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。<>
二極管接法的MOS管存在體效應(yīng)，所以其在電壓小于VTH時(shí)其存在增益
在schematic中將負(fù)載pmos管的寬w設(shè)為變量w1，其余參數(shù)不變，保存后在ADE環(huán)境下重新調(diào)入變量w1，并對(duì)它設(shè)置初始值1u。然后對(duì)w1進(jìn)行參數(shù)化掃描，使w1的變化范圍為1u→15u，仿真步數(shù)設(shè)為15。
（參數(shù)設(shè)置）
（仿真結(jié)果）
W越小其等效電阻越小，其余量越大
根據(jù)DC分析的結(jié)果，重新設(shè)置v1和w1的值，以使增益盡量提高。v1=0.6v，w1=1u。點(diǎn)擊Analysis->choose，選中AC項(xiàng)，頻率掃描范圍為1k→200M。
（仿真結(jié)果）
在Results Displaying Window中可以看到此時(shí)作為負(fù)載的pmos管的gm=86.57u。
作為輸入器件的mos管的跨導(dǎo)gm=82.57u
Au≈－gm1/gm2
可以通過(guò)改變兩個(gè)mos管的寬長(zhǎng)比來(lái)調(diào)節(jié)放大器的增益。事實(shí)上放大器的增益還受到輸出擺幅的影響，在改變寬長(zhǎng)比的同時(shí)，適當(dāng)改變放大器的偏壓才有可能達(dá)到理想的放大倍數(shù)。
03 對(duì)電流源做負(fù)載仿真
（電路圖）
將M1的偏置電壓v1設(shè)為0.9 v，工藝庫(kù)下的閾值電壓Vth≈0.4v，所以M1管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓vod≈0.5v。若使M2管也有相同的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓，則可估算出M2管的偏置電壓v2為0.9 v。
（仿真結(jié)果）
點(diǎn)擊Analysis->choose，選中AC項(xiàng)。由于這種結(jié)構(gòu)會(huì)引入大的寄生電容，因而會(huì)影響到高頻特性，所以頻率掃描范圍改為0.01k→200M。
開(kāi)始仿真。
（仿真結(jié)果）
仿真結(jié)果顯示一電流源做負(fù)載對(duì)增益有很大的提高。
04 總結(jié)
| ? | 輸出阻抗 | 放大器增益 | 擺幅 | 其他 |
|---|---|---|---|---|
| 純電阻作負(fù)載 | 輸出阻抗??；電阻阻值誤差較大，且大阻值電阻占用面積大 | 增益較??；通過(guò)增大輸出電阻來(lái)提高增益會(huì)使mos管很快進(jìn)入線形區(qū) | 輸入輸出擺幅小，和增益間存在矛盾 | 一般用作低增益高頻放大器 |
| 二極管作負(fù)載 | 輸出阻抗大，在制造中容易精確控制 | 增益較小，且相對(duì)精確穩(wěn)定，是器件尺寸的弱相關(guān)函數(shù) | 輸入輸出擺幅小，和增益間仍存在矛盾 | ? |
| 電流源作負(fù)載 | 輸出阻抗很大 | 增益很大 | 擺幅較大；解決了擺幅與增益間的矛盾 | 引入了寄生電容，影響頻率特性 |
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論