Cadence IC 618 中如何在时域(TRAN)仿真的特定时刻进行 AC 仿真
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1. 前言

在对全差分放大电路进行设计时,可能会使用到开关电容共模反馈,如下图。由于开关电容共模反馈需要一定的时间来将输出电压稳定到共模电压,而普通的 AC 仿真是默认使用 DC 时的工作点来进行 AC 特性计算的,此时运放的输出还并未稳定到共模电压上,因此此时使用 AC 仿真计算的结果会与实际运放的增益有较大的偏差。

使用开关电容共模反馈的全差分放大器电路。

因此在使用开关电容共模反馈时,并不能直接使用 AC 仿真来对放大器的增益和相位特性进行仿真。一种可行的解决方案为先对该放大器电路进行时域(TRAN)仿真,并且通过对 TRAN 仿真进行设置,使用 TRAN 仿真中的某一个时刻的 TRAN 工作点(Transient Operating Points)来对运放的 AC 特性进行仿真。

2. 仿真方法

对于一个使用开关电容共模反馈的全差分放大电路,在对其进行 AC 特性仿真仿真时,可以先进行一次 TRAN 仿真,并从输出波形上查看何时输出电压能够稳定到共模上。随后通过仿真设置选择该时刻的工作点作为 AC 的工作点进行交流特性仿真。

例如,对于上图中的全差分放大电路,首先先对其进行一个 3 us 的 TRAN 仿真,仿真得输出端得电压波形如下图。

带共模反馈的全差分运放的时域仿真结果。

可以看出,该共模反馈电路在 0.8 us 之后就几乎可以达到稳定。因此可以选择 0.8 us 之后的时刻来作为 AC 仿真的工作点,这里选择 2 us 这个时刻。

接下来需要对 TRAN 仿真器进行一定的设置,以保证 AC 仿真可以使用 TRAN 仿真中某时刻的工作点。具体的设置方法为:

1. 首先打开 TRAN 仿真,并进入 Options 中,如下图。

TRAN 仿真设置

2. 在弹出的窗口中找到 Output 选项,并找到 ACTIMES SETTINGS 选项,设置 actimes 为之前选定的进行 AC 仿真的时刻,这里设置成 2 u,并且将下面的 acnames 填成 「ac」,即 AC 仿真器在 Cadence 中的名字,如下图。

TRAN 仿真中设置使用某一时刻的值进行 AC 仿真。

3. 按照常规的设置方式设置 AC 仿真,并确保 AC 仿真在 TRAN 仿真之后进行即可。

AC 仿真的设置。

以上全部设置好后,就可以对某个特定时刻的电路的 AC 特性进行仿真了。上图所示的电路的 AC 仿真结果如下图,可以看出这样是可以仿出来一个正常的 AC 结果的。

最终的 AC仿真结果
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评论

  1. 步风临
    Windows Edge
    11月前
    2023-4-05 20:30:43

    你好,我想请问一下仿真开关电容共模反馈时输入信号应该怎么加呀,还是DC+ac小信号或者加上什么正弦波或者方波吗

    • 博主
      步风临
      Windows Firefox
      11月前
      2023-4-05 23:28:26

      要加 DC + AC 小信号。因为在时域的特定时刻仿真 AC 本质上还是在进行 AC 的仿真,所以需要加 DC 确定直流工作点以及 AC 来进行AC 小信号计算。而前面跑的 tran 仿真只是为了让共模反馈电路稳定下来,保证运放有一个正确的偏置。

  2. 北风
    Windows Chrome
    10月前
    2023-5-15 13:58:53

    作为一名学生,看完您的文章如久旱逢甘霖,其中好几处问题都正好卡着我,非常感谢!!!

    • 博主
      北风
      Windows Firefox
      10月前
      2023-5-17 17:47:33

      谢谢支持!

  3. 弦律IC
    Windows Chrome
    3月前
    2023-11-22 17:19:45

    您好,想请教一下PSS+PAC的方法来仿真带开关电容共模反馈的全差分运放的幅频特性跟这种方法仿真出来的幅频特性结果比较,增益相差快40dB了,是什么情况啊|´・ω・)ノ

    • 博主
      弦律IC
      Windows Firefox
      3月前
      2023-11-28 21:31:46

      你好,我当时设计这个运放的目的是为了完成学校里的一个 ADC 课程的课程大作业,并没有进行详细的流片设计,也没有老师来给予指导,因此你说的这个情况我并不是很清楚。或许你可以试一试使用时域仿真,在运放输入施加一个幅值很小的低频正弦信号,看一下输出的正弦信号被放大了多少,通过这种方式或许可以进一步对比验证两种仿真的准确性。

      • 弦律IC
        干饭睡觉真君
        Android Chrome
        3月前
        2023-11-28 22:25:53

        好的,谢谢您

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