Cadence中运放性能参数仿真深度解析（二）

Cadence中运放性能参数仿真深度解析


引言

在模拟电路设计领域，运用Cadence进行放大器的仿真是学习电路行为与性能预测的关键步骤。本文将深入探讨利用Cadence仿真工具对放大器的关键性能参数进行分析，包括开环增益、闭环仿真、共模输出范围、升压速率（Slew Rate）仿真、零极点位置分析以及噪声仿真。通过这一系列的实验，读者将能够全面理解电路设计中所需考虑的性能指标及其相互间的影响。

第一节：开环增益仿真




开环增益(gain)是放大器在“开环”状态下放大输入信号的能力指标。实验中，首先通过设计专用于开环增益测量的电路结构，设置不同频率的激励信号，并利用Cadence的仿真功能捕捉输出信号的幅度。通过比较输入信号与输出信号的幅度比值，即可得到开环增益的具体数值。这一过程不仅验证了电路设计的正确性，也揭示了频率特性对该性能的影响。

第二节：闭环仿真与分析

闭环仿真是模拟放大器在反馈回路实际应用中的表现。实验设计中，引入反馈网络调整电路的阻抗比，进而实现闭环控制。借助Cadence的ZeBu仿真引擎，可以详细追踪闭环系统的稳定性和幅频响应特性。具体步骤包括设置不同反馈系数，运行仿真并分析系统在不同输入信号下的响应情况，包括频率响应曲线、稳定边界、相位裕度等关键参数，为设计者提供优化路径信息。

第三节：共模输出范围

共模输出范围是描述放大器在处理共模信号时能够输出的最大和最小电压范围的特性。通过设计实验电路，引入共模信号激励，并使用Cadence模拟观察输出电压的上下限。实验中，通过调整电路中的偏置和负载设计，可以探讨共模抑制比（CMRR）与输出电压范围之间的关系，从而优化设计以最大化有用的信号传输，同时抑制无关的噪声和干扰。

第四节：升压速率（Slew Rate）仿真

升压速率（Slew Rate）是衡量放大器随时间达到系列指定电压变化的能力。实验中，通过设计输入脉冲序列，观察输出电压随时间的实际变动速度。Cadence仿真结果显示了放大器在快速变化输入信号下的动态响应特性，对于高速应用和避免输出电平塌陷至关重要。通过对比不同的开关管和电路设计库存，分析哪种结构能提供最优的Slew Rate表现。

第五节：零极点仿真与分析

零极点位置对放大器的性能有深远影响，包括频率响应、振荡稳定性等。设计自定义的系统方块图（包括增益、积分、微分等基本模块），加入虚拟或实际的零极点，利用HyPerPro和SPICE仿真功能，详细研究这些模型的动态行为。分析不同零极点配置的仿真结果，设法优化零点和极点的位置，以改善电路的滤波特性、增强稳定性或是实现特定的响应特性。

第六节：噪声仿真与评估

噪声仿真是评估放大器性能时绝不容忽视的部分，它直接影响信号质量尤其是对微弱信号的检测能力。实验设计中，通过添加噪声源到输入信号中，并利用Cadence的电磁噪声分析工具，量化输入信号和最终输出信号之间的噪声影响。分析板图级的噪声密度，通过优化电路布局、选择低噪声元件以及调整电源和地的结构，以最小化总的系统噪声水平，提高信号的信噪比。