基于Cadence仿真设计的两级跨导放大器电路

基于Cadence仿真设计的两级跨导放大器电路摘要：本文用Cadence软件仿真设计了CMOS两级跨导放大器电路，旨在为初学者介绍仿真思想。电路在设计与仿真时会出现的诸多问题，例如沟道宽长比与过驱动电压的确定、体效应的影响、频率特性的改善。针对以上问题，本文介绍一种简明实用的仿真思想。为了方便初学者学习使用Cadence, 还给出了具体操作步骤。

关键词：Cadence 仿真设计CMOS 跨导放大器

模拟电路设计（Design of Analog Circuit）是在IC设计中不可或缺的部分，而模拟电路设计完成后必须进行仿真验证，模拟、混合信号IC的仿真验证是IC设计成败的关键。Cadence软件提供非常完整的模拟、混合信号仿真验证的解决方案，因此现在工业界多使用Cadence软件，那么学会使用Cadence仿真设计并优化电路是非常有必要的。

刚开始学习使用Cadence仿真设计电路时一定会遇到不小的难题，不知道如何设置参数来达到电路指标。因此，本文旨在通过对CMOS两级跨导放大器的设计与仿真来介绍一种便于理解的仿真思想，帮助初学者理清头绪、抓住仿真精髓。

1 设定各管的直流工作点及参数

首先给出指标要求：，，电源电压3V，，,,输出电压摆幅:0.5～2.5V，

V，。

再查出所用模型库中NMOS和PMOS在没有体效应时的阈值电压：V，V。

由于要求最大共模输入电压是3V，则必须采用NMOS折叠式输入级，并且考虑较高增益，因而采用图1的电路（每个MOS管的沟道长度L设定为2mm）。

1.2 确定M2的参数

回到图1中，只要给M2的漏极加0.23V的固定电压，0.18+0.79=0.97V，根据大小扫描出W即可，但实际是在电路外的地方单独画出M2所在部分的电路来扫描出W，这样可以避免电压源上流过电流的影响(凡须扫描出W都是采用单独列图的方法，此后不再赘述)。

1.3 确定M3、M5的参数

回到图1中，给M5的漏极加2.68V的固定电压，根据大小扫描出W。M3的参数和M5完全相同。

1.4 确定M7、M8的参数

1.5 确定M6、M4的参数

因为M5和M6构成共源共栅结构，那么便可以认为变化非常小(屏蔽特性)，同样作者估计变化也很小，也就是说是V的任意值时的和变化很小。那么取V，根据mA扫描出W。为了验证作者的想法，将从1.3～3V变化，得到图3。从图3中可以看到和几乎是不变化的。

1.6 确定M9、M10的参数

由于改进的输出电压摆幅为V，那么V=1.61V。给M10的漏极加1.61V的固定电压，根据扫描出M10的W。再根据V扫描出M9的W。

2 仿真检验及优化

进行AC扫描，从结果来看，虽然差模增益达到要求，但相位裕度PM不能达标。不论如何修改参数，PM均为左右，这意味需要更改密勒补偿方式，所以作者将电路图更改为图4。

从图4可以看到，只是将Cc的左端从M4的漏极搬到了M4的源极，但仿真结果却表明频率特性得到很好的改善，这充分展现了模拟电路设计的乐趣所在。

仿真设计结果为：差模增益=89dB、相位裕度PM=、单位增益带宽GB=8.7MHZ、共模抑制比CMRR=101dB，均优于指标要求。

图5为差模频率特性（波特图），图6为共模抑制比与频率的关系。

3 结语

本文采用既联系数学公式又考虑实际电路效应的仿真思想，解决了怎样考虑沟道长度调制效应和体效应的影响；如何确定MOS管的沟道宽长比W/L和过驱动电压；如何改善频率特性等初学者很难应对的问题。本文阐述的仿真思想在诸多复杂CMOS模拟集成电路的设计与仿真验证中都可供初学者借鉴。

参考文献

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