MOS运放性能参数仿真规范

MOS运放性能参数仿真规范CMOS运放性能参数仿真规范(保密文件，内部使用)芯海科技有限公司版权所有侵权必究目录224其它..................................................................223.3.4其它性能的仿真测试..(22)3.3.3最坏情况仿真测试(21)3.3.2极限参数仿真测试(21)3.3.1工艺容差及温度特性的测试(21)3.3运放其它特性参数仿真规范(21)3.2.3瞬态参数仿真(21)3.2.2交流参数仿真(20)3.2.1直流参数仿真(20)3.2跨导运放(OTA)性能参数仿真规范(19)3.1.4瞬态参数仿真(18)3.1.3交流参数仿真(17)3.1.2共模输入范围的仿真(16)3.1.1直流参数仿真(16)3.1全差分运放性能参数仿真规范(13)3.2.3瞬态参数仿真(8)3.2.2交流参数仿真(5)3.2.1直流参数仿真(5)3.2双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范(5)3.1MOS运算放大器技术指标总表(5)3CMOS运放仿真规范.......................................................42概述...................................................................41前言...................................................................4MOS运放性能参数仿真规范..................................................表目录5表1MOS运算放大器技术指标总表.............................................图目录10图10共模抑制比仿真电路...................................................10图9闭环频响曲线.........................................................9图8幅频、相频曲线图......................................................9图7开环增益仿真电路......................................................8图6输出摆幅与负载电阻的关系曲线............................................8图5输出动态范围的仿真电路.................................................7图4共模输入范围输出结果参考图..............................................7图3共模电压输入范围的仿真电路..............................................6图2Vos温度特性参考图.....................................................6图1输入失调电压仿真电路...................................................21图35正向跨导幅频特性仿真电路..............................................20图34全差分运放正向跨导和线性范围仿真电路...................................20图33正向跨导和线性范围仿真电路............................................19图32全差分运放转换速率仿真电路............................................19图31全差分运放电源电压抑制比仿真电路.......................................18图30全差分运放共模抑制比仿真电路..........................................18图29全差分运放频率响应仿真电路............................................17图28全差分运放输出动态范围仿真电路........................................17图27全差分运放共模输入范围仿真电路........................................16图26全差分运放失调电压仿真电路............................................16图25THD与输出信号幅度的关系..............................................16图24THD与频率的关系曲线.................................................15图23建立时间曲线........................................................15图22大信号瞬态响应曲线...................................................14图21小信号瞬态响应曲线...................................................14图20转换速率仿真电路.....................................................14图19电路瞬态响应曲线示意图...............................................13图18输出噪声频谱密度曲线.................................................13图17噪声分析仿真电路.....................................................12图16输出阻抗的频率曲线...................................................12图15输出阻抗仿真电路.....................................................12图14PSRR温度曲线.......................................................11图13PSRR频率曲线.......................................................11图12电源电压抑制比仿真电路...............................................10图11CMRR频率曲线.......................................................MOS运放性能参数仿真规范1前言为配合模拟电路的仿真流程，本文介绍了有关MOS运算放大器（包括OTA）的性能参数的定义及其仿真测试电路。MOS运算放大器的仿真包括直流特性仿真、交流特性仿真、瞬态特性仿真、工艺容差仿真、温度特性仿真及极限（最坏情况〕仿真。本文对上述各种类型的仿真方法逐一进行了详细介绍，在进行运放的仿真测试时可供选择参考。2概述仿真是运放设计的一项重要内容，运放的仿真与运放的应用环境是不可分割的，在仿真之前一定要首先确定运放的实际负载，包括电阻、电容负载，还应包括电流源负载，只有负载确定之后，仿真出的结果才是有意义的；不同的应用场合对运放的性能指标要求也不一样，并不需要在任何时候都要将运放的所有指标都进行仿真，所以，在仿真之前要明确应该要仿真运放的哪几项指标，哪几项指标是可以不仿真的。在仿真时，要对不同的指标分别建立仿真电路，这样有利于电路的检查；DC、AC分析是获得电路某一性能指标信息的一种手段，它需要一些相关的条件来支持，当我们忽略了某一条件或根本没有弄清还有哪些条件时，DC、AC分析的结果就可能与实际情况不一致，导致错误的发生。瞬态仿真则是反映出电路工作的现象，只有瞬态仿真通过，才能说明电路具备了相应的能力。如：我们在仿真运放的频率特性时，所设计的仿真电路是建立在输入源的输出电阻为零（或很小，几百ohm以下）的基础之上，此时仿真出的运放稳定性很好，但如果实际电路前级的输出电阻不为零（此时应考虑运放输入级的寄生电容），这时，在做实际电路的瞬态仿真时，会发现输出有较大的过冲，瞬态仿真必不可少！而且，每一个AC、DC分析结果都可以用瞬态仿真加以验证。以下仿真电路，只画出了电阻、电容负载，没有给出电流源负载，在进行电路的仿真时，要根据实际情况，酌情考虑电流源负载的影响（实际上电路动态工作时，一定有输出电流）。一般情况下，电阻、电容负载是相对于共模电压的（不是GND），不会引入静态电流，但在某些场合，如输出驱动电路，其电阻负载是对地的，此时会引入静态电流，这些东西在实际仿真时都是要考虑的。3CMOS运放仿真规范3.1MOS运算放大器技术指标总表表1MOS运算放大器技术指标总表oC工作温度TAV偏置端直流输入电压VBIV差模输入电压范围VIDRmW允许功耗PDV电源电压VCC极限全功率带宽BWfull总谐波失真THD建立时间TSV/μs转换速率SR瞬态k?输出电阻ROk?差模输入电阻RIDdB共模抑制比CMRRdB电源电压抑制比PSRRoC相位裕度PMMHz单位增益带宽GBWdB开环增益AVO交流V输出峰－峰电压VOPPmA输出峰－峰电流IOPPμV/oC输入失调电压温度系数αVOSmV输入失调电压VOSV共模输入范围ICMR1/V跨导与偏置电流的比值gm/IbiasV线性输入范围VIDμS正向跨导gmmA电源电流ICC直流单位参数名称符号参数类别3.2双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范3.2.1直流参数仿真3.2.1.1失调电压（voltageoffset）的仿真定义：实际运放中，当输入信号为零时，由于输入级的差分对不匹配及电路本身的偏差，使得输出不为零，而为一较小值，该值为输出失调电压，折算到输入级即为输入失调电压（VOS）。仿真电路：图1输入失调电压仿真电路注：对单电源运放，Vi取幅度为共模点的直流电压，对双电源运放Vi=0。对电路进行OP分析和工艺容差分析，测出Vo值（可在artist的Resultbroswer中查到Vo值）。则有：VOS=|Vo-Vi|(mV)3.2.1.2系统失调电压温度系数（）的仿真Vio定义：系统失调电压随温度的变化率。单位：uV/℃仿真电路同（图1）。仿真时对温度进行DC分析。在simulateincludefile菜单下加入以下语句：.DCtemp-401151-40——起始温度115——截止温度1——Step测试输出电压DC波形即可。以下为ADI公司产品AD8057电路的Vos温度特性。（摘自AD8057数据手册）图2Vos温度特性参考图注：图中分别给出了电源电压为±1.5V和±5V时的Vos温度特性。3.2.1.3共模电压输入范围（inputcommom-moderange)的仿真定义：对理想运放，当输入共模电压时，输出应为零（即保持共模电压不变），而对实际运放，输入共模电压时，输出不为零，当共模电压超过一定值时，运放不能再对差模信号进行正常放大。在正向共模电压不断增大时，使得共模抑制比（CMRR）下降6dB时的共模电压为正向共模输入电压（Vicm(+)），同理，CMRR下降6dB时的负向共模输入电压为Vicm(-)。则共模输入范围为：Vicm(-)~Vicm(+)。仿真电路：图3共模电压输入范围的仿真电