基于Spectre运算放大器的设计
Spectre仿真器在集成电路设计的应用
卢小冬 大唐微电子，集成电路设计部
摘要: Spectre是一个非常重要的、非直接继承SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）的电路数值模拟器之一。通过一个众所周知的集成电路单元-CMOS运算放大器的参 数仿真提取，本文简要介绍了如何在模拟集成电路的设计自动化中使用Spectre工具。总的来说， Spectre仿真器不但能以更快的速度和更好的收敛特性支持现有的所有SPICE分析，还能提供很 多额外的功能。通过将Spectre工具引入集成电路设计自动化，好处远不止得到一个强大的分析 工具本身。
两个网表分别存储在文件 model.scs 和 ova.scs 中。可以使用 Spectre 仿真器的“include”语 句将这两个网表包含中仿真的网表文件中，这样通过在仿真文件的电路网表中实现图 2 的不同 配置电路即可进行所有的仿真。
Vdiff/2 +
Vcom
+ + Vdiff/2
_ A
+
Vout Cload
本文介绍了在CMOS模拟电路仿真中如何使用Spectre仿真器进行基本的分析。一个CMOS 的电压运算放大器（OVA）被用来作为介绍仿真器使用的电路实例。为了简单起见，文章不涉 及AMS设计环境，而是用Spectre的网表（Netlist）仿真模式。由于难以在此详尽展示Spectre仿 真器的强大功能，因此在结尾又额外添加了一段独立强调了Spectre的重要特性。
（Miller-effect）补偿电容 Cm 。电路单元的管脚包括：电源（VDD 和VSS / GND ）， 差分信号 输入Vin− 和Vin+ ，信号输出Vout 。
2.Spectre电路特性仿真
并 配 备相 应 的人 员 对 财 务 风 险进 行 预 测 、 析 、 控 ， 便 及 时 发 现 分 监 以 及化解风险， 建立 健 全 风 险 控 制 机 制 。另 外 ， 理 结 构 和 内控 制 度 治 弱 化 本 身就 是 高 风 险 的表 现 ， 因此 ， 首先 要 完 善 公 司治 理 结 构 ， 高 提
机 构 或 部 门 。 将 财 务 风 险 部 分 或 全 部 转 移 给 他 人 承 担 避 免 了 企 业 独 家 承担 风 险 损 失 而 产 生 的 财 务 风 险 。
险 、 高 效益就 显得具 有十 分重要 的 意义 。 提 【 键 词 】 业 ； 务 风 险 ； 范 关 企 财 防
而 蒙 受 损失 的 可 能性 。它 从 企 业 理 财 活 动 的 全 过 程 和 财 务 的整 体 概 念 透 视 财 务本 质来 界 定 财 务 风 险 的 。在 市 场 经 理 和 内部 审计 。再 次 是 财 务 和会 计 应 该 分 设 ， 单位 分 管 领 导 分 开 ， 别 设 置 管 理 中 心 ， 行 其 责 。 最 后 要 充 分 发 分 各 挥 内部 审 计 机 构 和人 员 的作 用 ， 好 内 部控 制 的评 审 和风 险估 计 。 搞
是 指企 业 由于举 债而 给 企业 财 务 成 果 带来 的不 确 定 性 。它 存 在 于 负 债 经营 的企业 ， 没有 负 债 ， 企业 经 营 的全部 资 本 南投 资 者 投 入 ， 不存 则 在 财务 风险 。举债 筹资 一 方 面 为满 足 投 资 需 要 、 大 规模 、 高 收益 扩 提 创 造 了前提 条件 ； 一方 面 也增 加 了按期 还本 付息 的筹 资 负担 。 另
可靠性仿真典型案例(模拟)
一、模拟电路的仿真案例1. 整体电路功能说明过流检测电路用于监视电路工作电流的大小，当电路负载上的电流超过某一数值，电路会给出报警信号。
检测电流可以在流入负载一侧取样，也可以在流出负载一侧取样，这两种检测方法可以分别称为高端和低端电流检测。
它们都是通过取样电阻采样电流然后通过电压放大器放大，都要求放大器有较高的输入阻抗、放大倍数线性度和一定的共模范围。
以下时一个可能的应用场景，0.1欧姆的电阻串接在1.8V电源和负载之间，一个仪表放大器将0.1欧姆电阻上的电压放大100倍（实际略低）后输入给运放的正相输入端，带隙电路产生的基准电压输入给运放的反相输入端，3.3V的电源给仪表放大器、基准和运算放大器供电，其中仪表放大器是由三个运算放大器组成的。
该电路一共由4个运算放大器模块和1个带隙基准模块组成，电路元件总数超过300个。
1.8V电源上的负载电流超过某一个设定值，运算放大器会输出一个高电平的报警信号。
总体电路的电路图如图1-1所示，总电路包括偏置电压模块bandgaptest1、由3个基本运放组成的仪表放大器yifang和输出级运放cmop。
图1-1 过流检测总电路图2.使用自建模型进行可靠性仿真本方案使用reliability.scs可靠性模型文件传递所需的模型参数，建模的所有步骤都是基于Cadence软件的Spectre中的URI接口，接下来分别用自建模型对偏置电压模块、运算放大器、总体电路进行可靠性仿真。
2.1 带隙基准电压电路可靠性仿真打开已经设计完整的带隙基准电压电路，界面显示如图1-2：图1-2带隙基准电压源电路图图1-3 等效电路结构图(a)图1-4 等效电路结构图(b)错误!未找到引用源。
-2是详细电路图，该电路是一个带隙基准结构。
带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电压和温度无关的特性，利用△V BE的正温度系数与双极型晶体管V BE的负温度系数相互抵消，实现低温漂、高精度的基准电压。
Spectre电路设计
进入CadenceStep1:进入工作站，在窗口下方的一排上拉菜单中选择Hosts菜单，左键单击Console项，如图1所示，打开Console窗口。
图1 运行xtermStep2：在Console窗口中，确认当前路径为用户的工作目录，在提示符后输入“icfb &”并回车，如图2所示，运行Cadence软件。
图2 在Console窗口中输入icfbCadence软件成功启动之后会弹出如图3所示的Command Interpreter Window（CIW窗口）。
图3 CIW窗口查看库管理器（Library Manager）Step1：左键单击CIW窗口的“Tools”菜单，将出现如图4所示的上拉子菜单。
图4 Tools上拉菜单Step2：左键单击“Library Manager”，打开库管理器，如图5所示，若取消选择“Show Categories”与“Show Files”项，则窗口中只包括Library、Cell、View相应的内容。
若将“Show Categories”与“Show Files”选中，则还会包括Library内的Category以及除Cell文件以外的其它文件信息，如图6所示。
图5 库管理器窗口（Show off）图6 库管理器窗口（Show on）Step3：双击需要打开的View名或在该View名处点鼠标右键并从弹出菜单中选择“Open”即可打开相应的文件。
该右键菜单中还包含“Delete”、“Rename”等项，可进行删除和重命名操作。
Step4（optional）：在Library Manager窗口上排的下拉菜单中选择“File/New/Category”将弹出如图7的窗口，此步操作可在当前所选中的Library中建立Category用来将库中的Cell和现有目录分类。
在“Category Name”栏中填入预建立的目录名，如“myCategory”。
在“Cells”栏中，左边“Not in Category”框内显示的是所有不在myCategory目录下的Cell名。
基于Spectre运算放大器的设计讲解
《集成电路CAD》课程设计报告课题：基于Spectre运算放大器的设计一：课程设计目标及任务利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。
二：运算放大器概况运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示：图1.1运放示意图运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。
然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。
今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。
早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。
但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。
三：原理图的绘制及仿真3.1原理图的绘制首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下：图3.1电路原理图原理图中MOS管的参数如下表：Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbolM4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbolM5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM6 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol 另：图中所使用的电压源为5v3.2运算放大器的增益仿真首先绘制测试电路原理图如下：图3.2.1运算放大器增益仿真电路图图中包含运算放大器电路和偏置电路两部分。
基于CMOS全差分运算放大器的全集成有源滤波器的设计_解读
天津大学硕士学位论文基于CMOS全差分运算放大器的全集成有源滤波器的设计姓名:刘莉申请学位级别:硕士专业:电路与系统指导教师:滕建辅20090501摘要随着集成电路技术和通信技术的发展,全集成有源滤波器的设计已经成为国际学术界所关注的前沿课题之一。
特别是近年来,片上系统(System…on a Chip 的发展也迫切需要解决有源滤波器的全集成问题。
本文在全面归纳总结国内外全集成有源滤波器的研究现状和发展动态的基础上,从网络综合理论出发,较系统地研究了基于信号流图模拟法的全集成有源滤波器的设计技术,利用双端接载的无源LC梯形滤波电路具有响应对元件变化灵敏度低的优点,将其作为原型滤波器,详细地推导了六阶Butterworth低通滤波器和六阶Chebyshev带通滤波器的信号流图,并实现了相应的基于反相积分器的有源RC滤波器和全差分有源RC滤波器。
并从全集成的角度出发,着重研究了作为滤波器的关键部分的全差分运算放大器的特性对全集成有源滤波器的性能的影响,在此基础上设计了一种适合于本文中所设计的全集成有源RC低通和带通滤波器的宽摆幅、低功耗的全差分运算放大器。
在设计及仿真过程中,具体的研究了运算放大器的各项性能指标对全集成有源滤波器的选频特性和稳定性的影响,给出了在滤波器设计过程中如何选择适当的运算放大器的方法。
滤波器电路采用了特许半导体(Chartered0.35urn CMOS工艺进行设计。
通过使用Cadence设计环境下的Spectre工具仿真,运放单位增益带宽达到 128MHz,相位裕度为61。
,低频增益78dB,功耗小于1.3mW,保证了全集成有源滤波器的选频特性和稳定性。
仿真结果表明,全集成有源RC低通和带通滤波器的各项性能指标都满足设计要求,并实现了滤波器的低功耗设计。
关键词:全集成有源滤波器信号流图CMOS全差分运算放大器AB STRACTWith the development of integrated circuit and telecommunication technologies, the design of full-integrated active filters has become one of the mo st important advances in analog VLSI and attracted much attention in the academic world. Particularly,in recent years,the problem,which cries for solving,isthe full.integration of the active filters,for the development of System-on-a-Chip.In this dissertation,the international and national researches status quo and the developing trends ofthe full-integrated active filters are systematically reviewed.The design technology of full-integrated active filters that based on the theory of network synthesis and signal flow graph is deeply studied.On the basis of the doubly terminated LC ladder prototype,whose magnitude response is extraordinarily insensitive to perturbations of the LC elements and to the terminating resistances,the detailed signal flow graphs of sixth-order Butterworth low-pass fiker and sixth—order Chebyshev band-pass filter are derived respectively,and the corresponding active RC filters based on inverting integrator and full-differential active RC filters are realized. Focusing on the full-integration,special emphasis is laid tO po缸OUt the influence that the performance of the fully differential operational amplifier makes to the active filters.According tO the analysis,a fully differential operational amplifier with wider unity・gain bandwidth and low power is designed for the sixth-order Butterworth low-pass filter and sixth-order Chebyshev band—pass filter inthis paper,and then a practical method for choosing the suitable operational amplifieris proposed.Filter ckcuk is designed with Chartered O.35I_tm CMOS technology ckcuit is simulated by the Spectre in Cadence,Unity-gain bandwidth of operational amplifier is reached 128MHz,phase margin is 61。
基于运算放大器设计电路
基于运算放大器设计电路运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种常见的电子元件，它能够对输入信号进行放大、滤波、积分等处理。
在电子电路设计中，基于运算放大器设计电路是一项重要的任务。
本文将介绍运算放大器的基本原理和设计方法，并以一个具体的电路设计案例加以说明。
首先，让我们来了解一下运算放大器的基本原理。
运算放大器一般由一个差分输入级、一个电压放大器和一个输出级组成。
它的输入端有一个非反相输入端（+）和一个反相输入端（-），输出端则与反相输入端相连。
当在非反相输入端加上一个正电压（V+）时，在反相输入端就会产生一个相等但与V+相反的负电压（V-），这个电压差将被放大并输出。
运算放大器具有高放大倍数、输入阻抗高、输出阻抗低等特点，使得它在电子电路中有着广泛的应用。
基于运算放大器设计电路时，首先需要明确电路实现的功能和需求。
例如，如果需要设计一个放大器电路，要求输入信号经过放大后输出，并能满足一定的增益和频率响应要求。
在这种情况下，我们可以选择一个合适的运算放大器芯片，并根据其参数来确定外围电路的设计。
在选择运算放大器芯片时，需要考虑输入电压范围、供电电压、增益带宽积等参数。
根据需求，如果需要放大带宽较高的信号，则需要选择增益带宽积较大的运算放大器。
进一步，我们可以根据电路设计的增益要求来确定运算放大器芯片的放大倍数。
接下来，根据所选运算放大器芯片的数据手册，我们可以找到相应的电路连接方式。
常见的连接方式有反相放大器、非反相放大器、仪表放大器等，根据具体需求选择合适的电路连接方式。
以反相放大器为例，该电路的输入信号与反相输入端相连，输出信号则取自反相输入端。
通过适当设置反馈电阻和输入电阻，可以调整放大倍数以满足设计要求。
此外，为了保证电路的稳定性和可靠性，还需要考虑功耗、温度特性、输入偏置电流等因素。
可以选择具有较低功耗和温漂的运算放大器芯片，并通过合适的设计来降低输入偏置电流对电路性能的影响。
运算放大器设计.ppt
总的输入噪声： VOUTENTGNBW
输出噪声：
计算例：
运放
LT1028,BW=0-1000Hz,电 阻 值 如 图
E n 0 .9 ( n V / E I = I N （ R 1 / / R
E
R
R / 8(nV /
Hz )
2 )= 1 p A
Hz
Hz ) 1/8
E NT
E N 2 E I2 E R2
3应用技巧调零电路运算放大器性能扩展技术提高输出电压提高输入电阻单电源供电问题三应用举例1信号放大反相放大同相放大差动放大u1alf347nu2alf347nr110kr210kr310kr410kr510kr610kr710kr820ku3alf347nr920kv211121314xsc1xda1thdxfg115仪表放大仪器放大器输人端的屏蔽防护方法2模拟运算反相型加法器基本积分器对数运算器具有温度补偿的指数运算器乘除发器对数逆对数幂运算器电流电压变换器3电流电压转换电荷放大器5滤波电路u1741bal1bal2vsvsr120kr220kr310kc1470nfc2470nfv112v212vovivpk1000hzr410k6电压比较以及波形产生过零比较器741xfg11k1kxsc102bz2250002bz22反相滞回比较器c147nfr220k50220kkeyarw2r451kr520kd102dz47d202dz47u1741bal1bal2vsvsv112v312r120k用反相滞回比较器实现的方波电路其他波形发生电路7低噪声运放电路噪声模型手册已知op的宽带噪声输入电压密度输入电流噪声密度给定电阻阻值
微功耗 仪表放 大器
USD 1.05
0.0 12
250
5+2 12 0/G 0
低电压高速CMOS全差分运算放大器设计
低电压高速ＣＭＯＳ全差分运算放大器设计作者：阮颖来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：设计了一种低压高速CMOS全差分运算放大器。
该运放采用了折叠式共源共栅放大结构、连续时间共模反馈电路以及低压宽摆幅偏置电路，以实现在高稳定性下的高增益带宽、大输出摆幅。
在Cadence环境下,基于TSMC 0.25 μm CMOS 标准工艺模型,对电路进行了spectre仿真。
在2.5 V电源电压下，驱动1 pF负载时，开环增益71.6 dB，单位增益带宽501 MHz，功耗4.3 mW。
关键词：折叠共源共栅;全差分;共模反馈中图分类号：TN432 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-150-Design of a Low-Voltage and High Speed Fully Differential CMOS Op-Amp(Shanghai University of Electric Power,Shanghai,201300,China)Abstract：A low-voltage and high speed CMOS fully differential operational amplifier is designed.The operational amplifier based on the structure of folded cascade,a continuous time CMFB and a low-voltage and wide output swing bias circuit to obtain a high unity-gain bandwidth,a wide output-voltage swing.The operational amplifier is designed in a standard TSMC 0.25 μm CMOS process and simulated with spectre under Cadence environment.With a single 2.5 V power supply,the amplifier achieves a open-loop gain of 71.6 dB with a 501 MHz unity gain frequency and dissipats 4.3 MW power.Keywords：folded cascade;fully differential;CMFB;CMOS运算放大器（运放）作为数模转换器（ADC）、模数转换器（DAC）、开关电容滤波器、带隙电压基准源等电路系统的关键基本单元得到了广泛应用。
运算放大器电路及版图设计报告
目录摘要 (3)第一章引言 (4)第二章基础知识介绍 (5)集成电路简介 (5)CMOS运算放大器 (5)理想运放的模型 (5)非理想运算放大器 (6)运放的性能指标 (6)CMOS运算放大器的常见结构 (7)单级运算放大器 (7)简单差分放大器 (8)版图的相关知识 (9)版图介绍 (9)硅栅CMOS工艺版图和工艺的关系 (9)Tanner介绍 (10)第三章电路设计 (11)总体方案 (11)各级电路设计 (11)第三级电路设计 (11)第二级电路设计 (12)第一级电路设计 (13)三级运放整体电路图及仿真结果分析 (15)第四章版图设计 (16)版图设计的流程 (16)参照所设计的电路图的宽长比，画出各MOS管 (16)布局 (18)画保护环 (18)画电容 (18)画压焊点 (19)整个版图 (20)第五章 T-Spice仿真 (22)提取T-Spice文件 (22)用T-Spice仿真 (25)仿真结果分析 (27)第六章总结 (28)参考文献 (29)摘要本次专业综合课程设计的主要内容是设计一个CMOS三级运算跨导放大器，该放大器可根据不同的使用要求，通过开关的开和闭，选择单级、两级、三级组成放大器，以获得不同的增益和带宽。
用ORCAD画电路图，设计、计算宽长比，仿真，达到要求的技术指标，逐级进行设计仿真。
然后用L-Edit软件根据设计的宽长比画版图，最后通过T-Spice仿真，得到达到性能指标的仿真结果。
设计的主要结果归纳如下：（1）运算放大器的基本工作原理（2）电路分析（3）设计宽长比（4）画版图（5）仿真（6）结果分析关键词：CMOS运算跨导放大器；差分运放；宽长比；版图设计；T-Spice 仿真第一章引言众所周知，微电子技术、电力电子技术和计算机技术在相互渗透、相互支撑和相互促进的紧密关系中，均得到了飞速的发展。
现代信息社会的支柱——计算机和通讯，其主要硬件设备是集成电路。
集成电路_Spice,Spectre仿真总结
集成电路_Spice,Spectre仿真总结集成电路_Spice,Spectre仿真总结Designers-Guide to Spice and Spectre 1995 USA Designers-Guide to Spice a nd Spectre — Ken Kundert 11.1 绪论 1. 为什么要读这本书①该书是介于算法和教你如何操作软件之间的一本书可以帮助你更好的使用Simulator的设置。
② Simulator仿出的结果可靠不精确不是否收敛应该如何处理如何设置③读完这本书你应该会 1 Simulator如何计算结果 2 Simulator 会产生何种错误如何识别 3 如何提高仿真精度 4 如何克服不收敛的情况 5 对于一些特殊电路会产生什么错误如何识别 6 明白仿真器里设置convergenceerror control的一些重要参数 7 能知道仿真器的错误信息出在什么地方如何解决2. 电路仿真软件的发展历史①直接方法求出电路的微分方程组用数值积分方法差分化然后用牛顿迭代法求解非线性代数方程组。
?是最准确可靠最通用的方法② Explicit integration methods ?方法问题很多③ relaxiton methods ?方法问题很多 3. Spice Options ① Global Options: Abstol控制电流默认为1pA Vntol控制电压默认为1uV Reltol相对误差对于牛顿收敛准则和截断误差准则同时起作用默认10-3对于重要电路这个应该设置小一些比如说10-5或者10-6Gmin防止非线性器件关断后的浮空节点默认为10-12 Ω-1LimptsPivrelPivtol无用处② DC Analysis Options: ltl1DC工作点最大牛顿迭代次数默认100 ltl2DC Sweep最大牛顿迭代次数默认50 ltl6Source Stepping的最大步长数增加以上3个值可以增加DC牛顿迭代收敛但是会降低速度。
模拟集成电路设计(跨导运算放大器)【范本模板】
模拟集成电路课程设计跨导放大器学院：电信学院班级：微电子92组长:曾云霖（09053057）组员:黄雄（09053042）蒋仪（09053043）跨导放大器设计设计题目:基于所给的CMOS工艺设计一款跨导放大器.跨导放大器的特点是具有非常大的输出阻抗，将输入电压转换成电流输出，相当于压控电流源。
该电路的设计同样需要包括偏置电压电流产生电路。
设计指标:设计指标：（供参考）性能参数测试条件参数指标负载电容30pF电源电压范围 2.5～5.5V静态电流VDD=3。
6V，Temp=27℃〈250μA输出摆幅输入共模电压VDD =3。
6V，Temp=27℃VDD =3。
6V，Temp=27℃0.6～1。
2V0。
1～1V开环增益(低频）VDD =3。
6V，Temp=27℃1800~2200单位增益带宽VDD =3。
6V,Temp=27℃>3MHz相位裕度VDD =3。
6V，Temp=27℃〉60°PSRR（低频）VDD =3。
6V,Temp=27℃>65dB跨导（低频）VDD =3.6V，Temp=27℃（900～1100)μA /V 转换速率VDD =3。
6V，Temp=27℃>3V/μs设计要求：1．确定设计指标(以上指标供参考，可以进行适当修改,但需说明原因）; 2．根据设计指标,可以在参考电路结构基础上确定参数和改进设计，也可以查找文献采用其它结构的电路或创造新的电路结构进行设计；3．阅读模型文件,了解可以选用的器件类型与尺寸范围；4．手工设计:根据拟定的设计指标,初步确定满足指标的各元件的模型与参数：MOS：沟道长度与宽度，并联个数；电阻：宽度、长度、串并联个数；电容：宽度、长度、并联个数；三极管:并联个数.5．采用全典型模型，27℃，验证电路是否满足设计指标；6．设计偏置电路：a）选定电路结构；b) 手工设计：确定各元件的模型与尺寸；c）采用全典型模型，仿真验证偏置电流源的性能；7．将偏置电路和主体电路合在一起仿真，采用全典型模型,27℃，VDD=3.6V，要求电路达到“设计指标"要求，否则应对电路结构和参数进行修改与优化，直至满足要求（可能需要多次调整)，并应包括以下内容：a）一输入端固定为0。
基于运算放大器的峰值检测电路-----实用版
基于运算放大器的峰值检测电路设计目录第一章引言 (2)第二章基本原理 (2)2.1原理分析及原理框图............................ ...................... ... .. (2)2.2 电路功能分析 (3)2.2 电路分块设计 (4)第三章电路具体设计....... .. .. .. (7)3.1 峰值检测电路元件参数选取 (7)3.2 采样信号发生器........................................................... (8)3.3 总体电路图...................................................... .... . (9)第四章电路仿真测试 (10)4.1 输出波形multisim仿真 (10)4.2对于微小输入信号的分析 (14)第五章误差分析 (17)5.1 复位误差.......................................... ....... . (17)5.2 保持误差........ .... ........................................ .......... . (21)第六章整体电路图 .................... .. (22)第七章结论 (23)第八章心得体会..................... ..................... .. 24 参考文献.. (25)1第一章、引言峰值检测技术是数字存储示波器及数字采集卡中的重要技术之一，在科研、生产的很多领域都需要用到峰值检测设备，用来实现波形的毛刺捕捉或高占空比信号的检测、冲击信号峰值检测，比如检测建筑物中梁的最大承受力、钢材的最大允许拉力、轴承振动噪声的峰值检测等等。
相比正常采样给出信号的一个完整的波形显示，峰值检测只记录发生在每个采样间隔期间内的最大最小峰值，这样就可以不增加存储深度，还可以捕获毛刺或者偶发事件。
基于运算放大器的峰值检测电路-----实用版
基于运算放大器的峰值检测电路设计目录第一章引言 (2)第二章基本原理 (2)2.1原理分析及原理框图............................ ...................... ... .. (2)2.2 电路功能分析 (3)2.2 电路分块设计 (4)第三章电路具体设计....... .. .. .. (7)3.1 峰值检测电路元件参数选取 (7)3.2 采样信号发生器........................................................... (8)3.3 总体电路图...................................................... .... . (9)第四章电路仿真测试 (10)4.1 输出波形multisim仿真 (10)4.2对于微小输入信号的分析 (14)第五章误差分析 (17)5.1 复位误差.......................................... ....... . (17)5.2 保持误差........ .... ........................................ .......... . (21)第六章整体电路图 .................... .. (22)第七章结论 (23)第八章心得体会..................... ..................... .. 24 参考文献.. (25)1第一章、引言峰值检测技术是数字存储示波器及数字采集卡中的重要技术之一，在科研、生产的很多领域都需要用到峰值检测设备，用来实现波形的毛刺捕捉或高占空比信号的检测、冲击信号峰值检测，比如检测建筑物中梁的最大承受力、钢材的最大允许拉力、轴承振动噪声的峰值检测等等。
相比正常采样给出信号的一个完整的波形显示，峰值检测只记录发生在每个采样间隔期间内的最大最小峰值，这样就可以不增加存储深度，还可以捕获毛刺或者偶发事件。
spice和spectre软件使用和运放的仿真方法
【：缩小显示 】：放大显示 R：旋转 R+F3:水平或垂直镜像翻转 其它常用操作: W后按鼠标右键：改变连线方式，折线→直线 按住Ctrl左键拖动：不带连线关系拖动 按住Shift选择：同时选择
Cadence仿真
两种仿真工具：
Spectre(所用模型后缀为.scs) Hspice (所用模型后缀为.lib)
基本语法
1. 不区分大小写（case insensitive） 2. 注释：* or $ 3. 数量级表示符号:
T
E12
G
E9
MEG
E6
K
E3
M
E-3
U
E-6
N
E-9
p
E-12
F
E-15
（关键不要搞错M和MEG） 4.赋值单位可以省略
仿真网表的五个主要组成部分
1.电路网表 2.激励 3.仿真分析语句 4.输出命令 5.模型库文件
end用montecarlo仿真来分析失配导致的失调分布失调分布分析30次montecarlo仿真结果由此可见ota的失调分布可达10mv10mv可增大晶体管来减小vos但是会带来速度问题压摆率分析在输入端输入一个较大的脉冲信号以观察输出端的电压摆率在otanet中将vvac的定义换成
软件使用和运放主要 指标的仿真方法
电路网表
包含的内容有器件连接关系、模型名、参 数值、(赋值)、并联个数、(初始值） 例： R1 N1 N2 R W=10u L=1u R2 N1 N2 10K C1 N1 N2 C W=10u L=1u C2 N1 N2 10p C3 N1 N2 10p IC=1
电路网表
L1 N1 N2 1m D1 N1 N2 diode Q1 NC NB NE bjt M=8
一种运算放大器电路设计
一种运算放大器电路设计如何设计一种运算放大器电路。
一、简介运算放大器（operational amplifier，简称Op-Amp）是一种高增益、直流耦合的差分放大器电路。
它是现代电子设备中的关键组件，被广泛应用于信号放大、滤波、波形整形、模拟运算等领域。
本文将针对一种运算放大器电路的设计进行详细介绍和解析。
二、电路要求我们需要设计一种运算放大器电路，满足以下要求：1. 输入电压范围：±10V2. 增益：1000V/V3. 输入电阻：1MΩ4. 输出电阻：100Ω三、电路设计步骤1. 选择适当的运放芯片根据设计要求，我们需要选择一个适用的运放芯片。
常见的运放芯片有LM741、TL071等。
由于输入电压范围较大，我们选择TL071芯片。
2. 输入电路设计根据要求，输入电路的输入电阻应为1MΩ。
为了满足这一要求，我们以非反相输入端为例，设计一个基准电位器电路。
将电位器连接到非反相输入端，电位器两端接地，调节电位器的滑动片位置，使得输入电阻等于1MΩ。
3. 反相输入端接地运放电路的反相输入端非常接近地电位，即大部分情况下可以视作接地。
因此，将反相输入端接地的设计可以简化电路结构，提高整体稳定性。
4. 反馈电阻设计根据增益的要求，我们可以选择一个合适的反馈电阻。
根据运放的运算放大性质，我们可以利用反馈电阻来控制放大倍数。
根据增益公式A = -Rf/R1，我们可以选择Rf=100kΩ，R1=100Ω。
5. 输出电阻设计根据要求，输出电阻应为100Ω。
由于运放的输出电阻较小，一般远小于要求的输出电阻，因此无需特别设计输出电阻。
6. 供电电源设计运算放大器的工作电源一般为双极性直流电源。
根据芯片规格书，我们可以选择±12V的双极电源供电。
7. 连接线和电源线的布线一般情况下，要求输入电缆、反馈电缆和功率电缆分开布线，以避免相互干扰。
四、测试与验证完成电路设计后，我们需要进行测试和验证。
首先，我们可以将输入信号接入电路，观察输出信号的放大倍数是否符合设计要求。
使用spectre做Noise分析
据电路的实际需要来确定。 但无论如何设计， 目前很难将等效输入噪声降低到 3nV/ Hz以下。
m 1 1 2 2
W 2 4 4 8
L 0.5 1 1 2
total eq 1.15E-03 1.08E-04 7.63E-05 5.54E-05
4M 2.00E+03 2.00E+03 2.00E+03 2.00E+03
f2 2 f1 V
f2 −f1
(单位为 V/ Hz计算：
等效输入白噪声=7.63e-05V/2000=38nV/ Hz，这时一般的 MOS 管运放等效输入噪 声水平。
如果我们认为这个等效输入噪声（一般不用叫白噪声） ，可以进行调节，调节的依据在于以 下噪声计算公式： Kf 2 veq 2 = + 4KT fCox WL 3gm 以上公式表明不同的 W/L 可以得到不同的噪声水平，我们用 test 电路做一个统计说平，具体需要降低到什么水平，要根
2. 开始仿真，等待仿真结束。 3. 查看仿真结果。
3.1 plot 噪声功率谱密度
Result_Direct Plot_Equivalent Output Noise 和 Result_Direct Plot_Equivalent Input Noise， 如 下图，噪声单位为 V/ Hz。也可以 plot 出噪声功率，即单位为 V2/Hz。在这个图中可以 得到的信息为 1000kHz 之前主要是 1/f 噪声在起作用。
3.2 summary 噪声功率
选择 Result_Print_Noise Sumary 可以得到如下对话框，选择“integrated noise”可以在 关心的频率范围内积分，一般我们选择在运放的单位增益带宽内积分噪声，这里我们 选 1Hz 到 4MHz。 “noise unit”选择 V 或者 V^2。V^2 是标准的采用功率来表示的噪声 水平，V 是对其进行开方运算。 根据一定带宽内的噪声等于噪声功率在这个带宽内的功率积分，因此这里引出一般所 讲的 “运放的等效输出噪声为多少 V/ Hz” ， 这个讲法的前提条件为需要明确一定的带 宽，并且需要等效为输入白噪声。 因此可以得到计算公式，
一种高电流效率套筒式共源共栅运算放大器的设计
责任编辑：毛烁 2020.3一种高电流效率套筒式共源共栅运算放大器的设计Design of a high current efficiency sleeve cascode operational amplifier鲍占营（湘潭大学 物理与光电工程学院，湖南 湘潭 411105）摘 要：本文提出了一种非对称套筒式共源共栅放大器。
同传统对称套筒式共源共栅运算放大器相比，在相同的带宽和输入跨导情况下，非对称套筒式共源共栅结构具有更高的电流利用效率，该结构能够减小放大器的尺寸和功耗，同时不影响放大器的增益和输出摆幅。
基于Cadence Spectre对电路进行了仿真验证，仿真结果表明，非对称套筒式共源共栅结构具有接近单端放大器的电流利用效率。
关键词：非对称；套筒式共源共栅放大器；带宽；跨导0 引言放大器是最重要的集成电路之一，可以追溯到真空管时代。
由于放大器具有很多有用的特性，所以已经成为当代高性能模拟电路和混合信号的主要选择[1]。
工作于负反馈状态的放大器是模拟电路的基本单元之一，广泛应用于模拟电路，例如ADC 、仪表放大器、误差放大器等。
放大器可分为单端放大器与差分放大器。
单端放大器结构简单，电流效率高，易于计算和使用，但无法完成差分信号的处理。
差分放大器处理差分信号，有更高的电源噪声抑制比和更大的输出摆幅，但是相比于同类单端放大器有着更高的功耗和面积[1-2]。
共源共栅运放增益较高、结构简单、计算方便，是常用的差分放大器。
共源共栅运放有套筒式和折叠式两种，折叠式共源共栅结构共模输入范围较高[3-4]，但是多了输入对支路，有更多的电流消耗，电流利用效率较低。
套筒式共源共栅输入共模范围较低，但是省了额外的输入对支路，相比于折叠式共源共栅有更高的电流效率。
1 单端放大器与传统套筒式共源共栅结构分析１．１ 单端放大器单端放大器以电阻负载的共源极为例，如图 1（a ），M1为输入管，电阻R D 为负载电阻，C L 为负载电容，共源放大器工作原理简单，可以直接写出它的增益和增益带宽积。
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《集成电路CAD》课程设计报告课题：基于Spectre运算放大器的设计一：课程设计目标及任务利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。
二：运算放大器概况运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示：图1.1运放示意图运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。
然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。
今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。
早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。
但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。
三：原理图的绘制及仿真3.1原理图的绘制首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下：图3.1电路原理图原理图中MOS管的参数如下表：Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbolM4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbolM5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbolM6 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol 另：图中所使用的电压源为5v3.2运算放大器的增益仿真首先绘制测试电路原理图如下：图3.2.1运算放大器增益仿真电路图图中包含运算放大器电路和偏置电路两部分。
偏置电路为运算放大器提供电源电压（VDD）、共模电压（Vcm）以及偏置电流（Ibias），从而确定运算放大器的直流工作点。
输入电压加在运算放大器的两个输入端之间，大小设置为1V的交流信号，从而使得输出电压的大小与增益一致，从而减少了设计步骤。
在ADE窗口选择交流仿真，扫描变量为频率，扫描范围为0.1Hz~1GHz。
完成设置后进行仿真。
因为输入交流电压是1V，因此输出端“V out”的电压值等于运算放大器的增益。
为了观察幅频特性，需要计算输出端电压的幅值。
通过“Mag”，对“V out”进行取幅值的预处理，然后就可以将处理好的仿真结果输出到“Waveform”中观察。
得到如下图：图3.2.2增益的幅频特性对于运算放大器的幅频特性，除了直接显示幅值以外，更一般的是显示增益幅值的dB曲线，即对幅值作“20log(n)”变化，得到如下图所示：图3.2.3增益幅值的dB曲线对于运算放大器的相频特性，在“Results Browser”中选择“phase”函数对交流仿真结果进行预处理后输出得到。
并通过“Append”命令，将相频特性添加到原有的幅频特性中，如图所示：图3.2.4红色代表“幅频”，蓝色代表“相频”3.3运算放大器的带宽仿真这里说的带宽，主要是指运算放大器的小信号带宽。
常用的义有两个：3dB带宽和单位增益带宽。
仿真原理图如下：图3.3.1带宽仿真电路图3.3.1 3dB带宽定义：Av(w0)=20lgAv(0)-3dB首先观察增益的幅频特性曲线，并根据3dB带宽的定义测量得到3dB的带宽。
在“Waveform”窗口中，将光标移到增益幅频曲线的低频部分，点击快捷键“m”，在曲线上添加标签，给出标记点的横坐标和纵坐标（1.1118Hz，37.24dB）。
接着点击快捷键“V”，将光标切换成竖直光标类型，即光标变成一条垂直的直线，并且直线上方有一个红色的倒三角，通过拖动该三角，可以移动垂直光标。
如图3.3.2所示，垂直光标和运算放大器增益幅频曲线的交点的坐标（7.8915MHz，34.27dB）在波形的左上角给出，并随着垂直光标的左右移动实时改变。
当增益为34.27dB时，输入信号的频率为7.8915MHz，因此可以近似认为3dB带宽为7.8915MHz。
图3.3.2增益的幅频特性曲线精确获得3dB带宽的方法是使用“Calculator”软件中“bandwidth”函数。
在“Results Browser”中的“ac-ac”中选择“V out”仿真结果。
右键选择“Calculator”。
仿真结果被输送到“Calculator”中，选择“bandwidth”函数。
输入参数点击“OK”完成“bandwidth”的设置，点击“Eval”键，将在“Calculator”缓存窗口中显示计算的运算放大器的3dB带宽。
如下图所示：图3.3.3 3dB带宽从图3.3.3中科院看出该运算放大器的3dB带宽为8.256MHz。
3.3.2 单位增益带宽和3dB带宽一样，运算放大器的单位增益带宽也可以用“Calculator”中的“cross”函数计算，该函数是专门用来计算曲线经过一个特定阈值的横坐标。
对于计算单位增益带宽，只需要对运放的增益曲线使用“cross”，并将阈值设为“1”，函数返回的值即是运放的单位增益带宽。
设置好“cross”函数的参数后点击“Eval”的到：图3.3.4单位增益带宽从图 3.3.4可以看出该运算放大器的单位增益带宽约为556.4MHz。
3.4运算放大器的建立时间建立时间（settling time）是衡量运放反应速度的另一项重要指标，它表示从跳变开始到输出稳定的时间。
它主要是针对运算放大器的小信号特性，在跳变过程中，运放还保持线性。
在实际电路设置中，可以通过“Calculator”中的“settling time”函数来测量运算放大器的建立时间。
首先将运放连接成单位增益负反馈的形式，即将运算放大器的反相输入端和输出端短接，从而使得负反馈系统的闭环增益为1，即输入电压跟随加载在运算放大器同相端的输入信号。
在运算放大器的同相载一个幅度为2mV的阶跃信号，如下图所示：图3.4.1建立时间仿真电路图差分输入的阶跃信号电压源使用一个脉冲电压源来模拟。
该脉冲电压源可以在“analogLib”库中找到，其名为“vpulse”。
脉冲的低电平为0V，高电平为2mV，跳变延迟为10ns，上升和下降沿宽度为10ps，脉冲宽度为1s。
因此当瞬态仿真时间小于1s时，都可以将该脉冲电压看作10ns处跳变的阶跃电压。
因为建立时间是运算放大器在时域对输入信号响应的一个性能参数，因此为了对此进行仿真测量，需要进行瞬态仿真。
在ADE窗口中选择“tran”，结束时间设为“200ns”，仿真精度设为“conservative”，将“V out”作为输出端，开始仿真。
得到如下图：图3.4.2建立时间瞬态仿真在“Calculator”中保持“Select Mode”处于选择状态，在选择模式中选择“tran”里的“vt”项，点击电路图中的“V out”，将“V out”端的瞬态电压仿真结果捕获到“Calculator”中，设置好参数后点击“Eval”得到计算结果如下：图3.4.3建立时间计算结果从图中可以看出该运算放大器的建立时间为17.5ns。
3.5 运算放大器的相位裕度仿真图3.5.1 相位裕度仿真电路图相位裕度（phase margin,PM）是电路设计中很重要的一项指标，主要用来表示负反馈系统的稳定性，同时可以用来预测闭环系统阶跃响应的过程。
相位裕度的定义为：运算放大器增益的相位在增益交点频率时，与-180°相位的差值，表达式为：PM=∠Av（wl）-(-180°)=∠Av（wl）+180°，式中wl为运算放大器的增益交点频率（使增益幅值等于1的频率点为“增益交点”）。
利用“Calculator”的“phase-Margin”函数获得运算放大器的相为裕度如下图所示：图3.5.2相位裕度从图中可以看出该运算放大器的相位裕度为65.33°。
3.6 运算放大器的转换速率仿真图3.6.1转换速率仿真电路图进行瞬态仿真后，输出电压的时域响应如下图所示：图3.6.2 输出电压的时域响应从上图中可以看出，输出电压“V out”在跳变之后的一段时间内并没有按指数规律变化，而是表现出具有不变斜率的线性斜率。
这就是负反馈电路中使用的运算放大器表现出的所谓“转换”的大信号特性，图中输出响应中的“斜坡”部分的斜率称为“转换速率”。
通过使用“Calculator”中的“slew Rate”函数根据瞬态仿真结果计算运放的转换速率。
得到结果如下：图3.6.3 转换速率从图中可以看出该运算放大器的转换速率约为0.4729V/us。
3.7 运算放大器的共模抑制比仿真差动放大器的一个重要特性就是其对共模扰动影响的抑制能力（CMRR）仿真电路图如下：图3.7.1 CMRR仿真电路图再次进行交流仿真，得到输出端“V out”的增益曲线，即为运算放大器CMRR的倒数的幅频特性曲线，这里为了方便观察，采用了dB作为纵轴单位。
如下图所示：图3.7.2CMRR倒数的幅频特性曲线为了观察运算放大器CMRR 的幅频特性曲线，可以使用“Calculator ”中的“1/X ”函数，对仿真结果取倒数。
如下图所示：图3.7.3CMRR 的幅频特性曲线（蓝色曲线）3.8运算放大器电源电压抑制比仿真因为在实际使用的电源也含有噪声，为了有效抑制电源噪声对输出信号的影响，需要了解电源上的噪声是如何体现在运算放大器输出端的。
把运算放大器输入到输出增益除以电源到输出的增益定义为运算放大器的电源抑制比（Power supply rejection ratio,PSRR ），所以电源抑制比可以写为：/0=/V 0V dd DD in A V PSRR A == 式中的Vdd=0和Vin=0是指电压源和输入电压的交流小信号为零，而不是指它们的直流电平。
仿真电路图如下：图3.8.1 PSRR仿真电路图再次进行交流仿真，得到输出端“V out”的增益曲线，即为PSRR 的倒数的幅频特性曲线。
如下图所示：3.8.2 PSRR倒数的幅频特性曲线使用“Calculator”中的“1/X”函数，对仿真结果取倒数。
如下图所示：图3.8.3 PSRR的幅频特性曲线（蓝色曲线）由于电路仿真时，认为MOS管都是完全一致的，没有考虑制造时MOS管的失配情况，因此仿真得到的PSRR都要比实际测量时好，因此在设计的时候需要留有余量。
四：运算放大器的版图布局4.1 版图设计这次我们的版图设计采用的是对管的形式，即对角线为一个管子，采用并联的形式将两个管子并联起来作为一个管子。