一、准备工作
1.1、对基本的PMOS,NMOS进行仿真测试。
设置变量,通过OP函数调出需要的参数,这里笔者调出了PMOS管的pid、pgmoverid、pvth、pfug、pvdsat和pself_gain。这里解释一下pfug是PMOS管的本证截止频率,pself_gain是本证增益。
1.2、使用wave vs wave函数
通过使用IC617以上版本直接调用wave vs wave函数。将gmoverid作为横坐标,得到不同gmoverid所对应的不同管子的性能参数。
下面是晶体管对应的pgmoverid vs pid和pgmoverid vs pfug。可以将所需要的其他参数用同样的方式表达出来,以备使用。此处不再描述。
二、设计
2.1 电路结构
使用最常见的差分输入单端输出的折叠式运算放大器。
2.2 设计步骤参数定义
本文以带宽为切入点进行仿真测试,定义GBW=100M,负载电容CL=5p。设计步骤如下所示:
2.3 计算
1、Gmoverid值得选取:通过nvgs vs ngmoverid可以得到以下所示的图形。
通常gmoverid在10-20之间是中等反型层,2-8之间是强反型层,在0.5V左右的曲线的斜率几乎不变的区间是弱反型层。根据不同电路应用选取不同值的gmoverid,比如低功耗应用可以取较大的gmoverid等。当然这个取值还要看个人的设计经验,以及工艺手册的参数等。
2、偏置计算:gmoverid的值取定就可以得到对应的vdsat的值,当vdsat的值知道后就可以计算出偏置电压的值。计算如下图所示:
3、L的选取
L的选取是一个trade off的过程,可以通过频率和增益进行求解,当然也可以通过其他参数求解。
4、电流计算
通过GBW,以及gmoverid的取值计算出输入对晶体管的gm的值和电流值。根据增益的要求还可以计算出PM3和NM2所流过的电流。
5、查表
所有参数计算完成后,通过查找第一章所对应的仿真图,计算所需要的W的值。最后再通过微小的参数调整,得到整个设计电路。
三、总结
在更先进的工艺中,管子的模型更加的复杂,动手计算的精准度进一步降低,通过直接仿真查表的方法能够使计算更加的精准。本文章是以GBW为切入点,简单的介绍了运放的设计过程,水平有限,还请指正。本文内容主要源于以下书籍。
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