两级运算放大器的仿真验证
实验一、两级运算放大器的仿真验证
一、实验目的
1、学习集成运算电路单元的设计参数的仿真、测试、验证。
2、学习采用Cadence工具实现IC电路设计的基本操作和方法，包括电路图的编辑以及仿真调试过程。
二、实验内容
本实验通过设计一个两级运算放大器电路学习Cadence工具下电路的设计和仿真方法。实验内容包括：
1.熟悉Cadence界面及基本的建立新的cell文件等基本过程；
2.完成两级运算放大器电路的设计；
3.利用Cadence的仿真环境得到波形，分析仿真结果。
该电路设计采用上华CSMC0.5umCMOS工艺设计，工作电压5V。
三、实验原理
运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。
它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。
1. 共模抑制比：差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用
共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。
2. 共模输入范围：是指在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相
等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。
3. 电源抑制比：是输入电源变化量（以伏为单位）与转换器输出变化量
（以伏为单位）的比值(PSRR)，常用分贝表示。通常把满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比。
4. 输出摆幅：指的是，当输出信号为电压的时候，外部量的变化引起的输
出电压变化。对于无源器件，这个变化通常是从某个负电压到某个正电压。而对于有源器件，这个变化是相对于某个固定电压，做一定幅度的上下偏移。（无源器件也可以看作是相对电压0做偏移）。
四、实验步骤
1、登陆到UNIX系统。
在登陆界面，输入用户名stu01和密码123456。
2、Cadence的启动。
登录进去之后，点击Terminal出现窗口，输入icfb命令，启动Cadence软件。
3、根据设计指标及电路结构，估算电路参数。
4、利用Candence原理图的输入。
（1）Composer的启动。在CIW窗口新建一个单元的Schematic视图。
（2）添加器件。在comparator schematic窗口点击Add-Instance或者直
接点i,就可以选择所需的器件。
（3）添加连线。执行Add-Wire，将需要连接的部分用线连接起来。
（4）添加管脚。执行Add-Pin和直接点p，弹出添加管脚界面。
（5）添加线名。为设计中某些连线添加有意义的名称有助于在波形显示窗口中显出该条线的信号名称，也可以帮助检查电路错误。点击Add-Wire Name，弹出新窗口，为输入输出线添加名称。为四端的MOS器件的衬底添加名称vdd！或gnd！，其中！表示全局变量。
（6）添加电源信号,根据不同的仿真电路设置不同的电源参数。
（7）保存并检查。点击schematic窗口上的Check and Save按钮，察看是否有警告或者错误。如果有，察看CIW窗口的提示。
5、电路仿真。
（1）启动模拟仿真环境。在comparator schematic窗口，选择Tools-Analog Environment，弹出模拟仿真环境界面。
（2）设置模型库。
（3）设置分析类型。在仿真窗口，点击Choose Analyses按钮，弹出Choose Analyses窗口，该窗口中列出了各种仿真类型，依次进行各种仿真，如ac、dc、tran，进行交流仿真、直流仿真、瞬态仿真。
（4）设置波形显示工具。Cadence中有两种波形显示工具：AWD和wavescane，在仿真窗口选择Session-assign，在弹出的窗口中可以选择波形显示工具为AWD或wavescane。
（5）选择输出结果显示信号。在Results中选择Main ,在电路图中点击输出确定输出波形信号。
（6）进行仿真。选择Simulation-Run，或者直接点击仿真窗口右下角的Run按钮来启动仿真，仿真开始过程中，在CIW窗口会出现一系列仿真信息，另外会弹出一个Spectre输出窗口。仿真结束会自动弹出波形显示窗口。 （7）观察波形，看是否满足设计要求。
五、实验结果
1.两级运放的实验过程及基本仿真
（1）电路图
（2）仿真参数设置
（3）仿真结果
①波形
②参数
2. 两级运放的实验过程及共模抑制比（CMRR）仿真
（1）电路图
（2）仿真参数设置
（3）仿真结果
3.两级运放的实验过程及输入共模范围（ICMR）仿真
（1）电路图
（2）仿真参数设置
（3）仿真结果
4.两级运放的实验过程及电源抑制比（PSRR）仿真
（1）电路图
（2）仿真参数设置
（3）仿真结果
5.两级运放的实验过程及输出摆幅仿真
（1）电路图
（2）仿真参数设置
（3）仿真结果
六、实验总结
在两级运算放大器的仿真实验中，学会了CAD软件Cadence的基本操作和快捷键的使用方法，实现了在Cadence中的电路图的设计流程以及仿真方法。
熟
悉了两级运算放大器的结构，了解了其参数的仿真。学会了如何在Cadence中对两级运算放大器进行交流仿真、共模抑制比、输入共模范围、电源抑制比、输出摆幅的仿真，对于书本上的理论，有了进一步的理解。