Lab 5 差分放大器电路仿真

Lab 5 差分放大器电路仿真1.实验目的熟悉ADE环境设置。

掌握层次化设计方法。

了解仿真结果分析方法。

2.实验原理关于仿真部分的实验原理，在lab4中已有详述。

层次化（Hierarchy）设计：在较为复杂的电路中，因为电路元件个数相对庞大，所有电路单元不可能都以元件的形式出现在电路里。

为了简化电路形式，可采用特定的电路符号，每个符号代表一个电路单元，甚至在电路符号中再镶嵌符号，由此形成多层电路结构。

层次化设计简化了电路结构，便于电路设计与仿真，lab4所设计的ampTest测试平台就包含有Lab3所设计的放大电路Amplifier。

在lab11以后的版图设计中，层次化设计成为必然。

层次化设计的特点：①大量元件可以用一个符号代表②符号可以代表元件、单元电路模块③同一符号可以出现在不同层次④设计中不再需要特定的结构形式⑤方便了不同层次间的设计层次化方法（也可使用盲键）①选择要进入下层（或返回上层）的符号②进入下层：选择Design→Hierarchy→Descend Edit [E]③返回上层：选择Design→Hierarchy→Return [^e]④返回顶层：选择Design→Hierarchy→Return To Top3.实验内容运行仿真设置Analyses①在CIW窗口中，打开ampTest的Schematic Editing窗口，选择Tool→AnalogEnvironment，弹出ADE窗口。

②在ADE窗口中，选择Analyses→Choose，打开Choosing Analyses窗口。

③设置Analyses栏目中的ac：a.在Analysis里，选择acb.设置Sweep V ariable为Frequencyc.设置Sweep Rangs为Start－Stop，Start赋值为100，Stop赋值为150Md.设置Sweep Type为Logarithmic，选择Points Per Decade为20e.选择Enabledf.点击Apply④设置Analyses栏目中的tran：a.在Analysis里，选择tranb.设置Stop Time为3uc.设置Accuracy Defaults (errpreset)为Moderated.选择Enablede.点击Apply⑤设置Analyses栏目中的dc：a.在Analysis里，选择dcb.在DC Analysis里，选择Save DC Operating Pointc.选择Enabledd.点击Applye.点击OK设置Design V ariables图5.1 Edit Design V ariables窗口①在Simulation窗口（也即ADE窗口）中，点击Edit Variables图标，弹出Edit Design V ariables窗口如图5.1所示。

②点击Edit Design V ariables窗口中的Copy From按钮，列出包括CAP在内的所有变量。

③发现变量CAP：a.在Editing Design V ariables窗口中，点亮CAP，再点击Find，发现对应ampTest schematic窗口中，包含电容元件的amplifier显亮。

b.在ampTest schematic窗口中，选择Design→Hierarchy→Descend Edit[E]，弹出Descend form窗口。

c.在Descend form窗口中，设置View Name为schematic，点击OK，弹出amplifier schematic窗口，说明编辑环境进入ampTest 电路下一层的amplifier中。

d.在Design V ariables窗口中，再次点击Find，注意到amplifier schematic中的capacitor被显亮，说明变量CAP设置成功。

e.在amplifier schematic窗口中，选择Design→Hierarchy→Return[^e]，回到上层的ampTest schematic窗口。

④设置变量CAP：a.在Design V ariables窗口中，Name栏为CAP，给CAP赋值为V alue(Expr)：0.8p，点击change，注意Design V ariables窗口的变化。

b.在Design V ariables窗口中，点击窗口下方的Copy To按钮，将CAP 的值赋予schematic。

c.在Editing Design V ariables窗口中，点击OK。

d.在ampTest Design窗口中，点击tool bar栏中的check and save图标，完成存档。

保存仿真数据①在Simulation窗口中，选择Output→Save All，弹出Save Options窗口。

②在Save Options窗口中，确定Select signals to output（save）栏选择为allpub，点击OK。

③在Simulation窗口中，选择Outputs→To Be Saved→Select On Schematic，在ampTest schematic窗口中，点击连接inm与out之间20K电阻的两侧，出现两个椭圆，表示选择成功，之后按Esc键。

④在Simulation窗口中，选择Outputs→To Be Plotted→Select On Schematic，在ampTest schematic窗口中，点击vin与out，之后按Esc键。

⑤仔细检查Simulation窗口内容，尤其Outputs栏应与图5.2完全一致。

图5.2 Simulation窗口图5.3 仿真曲线提取网表①在Simulation窗口中，选择Simulation→Netlist→Create，若以上步骤的仿真参数设置合适，生成网表文件。

在CIW中也显示成功；否则，更正3.1.4以前步骤，直到网表提取成功。

②网表提取成功后，在Netlist窗口中，可以查看所有元件的参数，选择File→Close Window，关闭此窗口。

运行仿真①在Simulation窗口中，选择Simulation→Run来运行仿真，或在Simulation窗口下，点击Run图标；或者直接点击Netlist and Run图标，在提取网表的同时运行仿真。

②在运行仿真的输出窗口中，可以看到详尽的仿真数据，点击File→CloseWindow，关闭此窗口。

③仿真结束后，自动生成Transient和ac的仿真曲线，如图5.3所示。

④在Simulation窗口中，选择Session→Save State，弹出Saving State窗口，设置Save As为statel，确保What to Save栏下的所有选项按钮均点亮。

点击OK，完成仿真结果的存档。

Stimulus模板读取仿真结果①若仿真结果窗口已关闭，可在Simulation窗口中，选择Session→Load State，在弹出的Loading State窗口中，设置State Name为statel，设置What to Load 栏中Waveform Setup为Disable，点击OK。

②在ampTest schematic窗口中，选择Design→Probe→Remove All，用以取消以上步骤中对pins的操作。

③确认ampTest schematic设计窗口，Simulation窗口以及Waveform窗口都已打开。

采用Stimulus Template①改变ampTest schematic的原理图5.4中电源部分如图5.5所示。

图5.4 ampTest原理图（部分）图5.5 改变后的ampTest原理图a 在ampTest schematic中，删除vsin和inp之间、vdd和vss与电源supply之间的连线。

b 点击图标栏中Pin图标，给inp添加一个名称为vin的input pin。

c 添加一条连线，连接新的pin和inp。

d 点击Check and Save，保存修改。

e 暂时忽略因为电源supply与信号源vsin断开的警告，在Schematic Checkbox中点击Close。

②创建Stimulus 文件a 在Simulation窗口中，选择Setup→Stimuli，弹出Setup Analog Stimuli窗口。

b 在Setup Analog Stimuli窗口中，设置如下：Stimulus Type InputsEnabled 点亮Function sinType V oltageAC Magnitude 1Offset V oltage 0Amplitude 50mFrequency 1MSource type sine图5.6 Stimuli参数设置窗口图5.7 ampTest原理图c 与图5.6仔细对比后，点击窗口中的Change按钮。

在Setup Analog Stimuli窗口中，改变设置Stimulus为Global Sources，其它设置如下：input vssFunction dcDC voltage -5AC Magnitude 空白AC phase 空白点击Change按钮。

d 在Setup Analog Stimuli窗口中，改变设置Stimulus为Global Sources，其它设置如下：input vddFunction dcDC voltage 5AC Magnitude 空白AC phase 空白点击Change按钮。

e 点击Setup Analog Stimuli窗口中的OK，完成Stimulus设置。

③在Simulation窗口中，选择Simulation→Netlist→Recreate，因为电路的参数已经改变，所以必须重新提取网表，否则，导致仿真结果错误。

④在Netlist窗口中，选择File→Close Window，关闭窗口。

⑤在Simulation窗口中，选择Simulation→Run运行simulation，或者点击Run图标，在弹出的Waveform窗口可以看到仿真运行结果。

注意：步骤③的结果应当与步骤3.1.5中采用supply和vsin的结果完全一致，否则，表明Stimulus设置有误，应当重新设置Stimulus，再提取网表并运行仿真，直至结果一致。

⑥在output窗口中，点击File→Close Window，关闭窗口。

恢复设置在对比3.1与3.2的结果以后，恢复3.1所有设置，以下步骤即逆向设置3.2，并且恢复电路如图5.7所示。

①在Simulation窗口中，选择Setup→Stimuli，在弹出的Setup Analog Stimuli窗口中，设置Stimulus Type为Inputs，点亮entry为vin，关闭Enabled，点击Apply，entry改变为OFF。