运用Cadence设计的0.18μm CMOS运放：仿真与指标挑战

在本次实验中，您将深入学习并实践Cadence软件在模拟集成电路（模拟IC）设计中的应用，特别是两级CMOS运放的原理图设计和仿真。实验的主要目标包括： 1. 掌握Cadence工具在模拟电路设计中的具体操作，如电路结构的选择、参数的估算以及仿真技术，这对于理解电路工作原理至关重要。 2. 设计指标要求非常严格，其中包括： - 增益：至少达到60dB，确保信号放大能力强，这对于信号处理的效率和信噪比有直接影响。 - 增益带宽：大于5MHz，保证信号处理的频率响应范围宽广，适合于各种频段的应用。 - 建立时间：小于1.5us，反映出电路的快速响应能力，对于实时性要求高的系统尤为关键。 - 摆率：至少5V/us，衡量电路动态性能，高摆率意味着更高的切换速度。 - 输入失调电压（IMCR）：±0.8V，表示输入信号对输出的影响较小，有助于提高电路的线性度。 - 共模抑制比（CMRR）：大于50dB，表明电路对共模噪声有良好的抑制能力。 - 电源抑制比（PSRR）：同样大于50dB，减少电源波动对电路性能的影响。 - 输出摆幅：±1V，确保输出信号强度足够且可调。 - 调制失调：±10mV，影响电路的线性度和精度。 - 噪声水平：在1kHz时，噪声限制在200个单位，这是衡量电路噪声性能的重要参数。 3. 设计过程中会涉及电源电压（1.8V±10%）、电流消耗（≤30mA）以及工作温度范围（-20℃至80℃），这些都考虑了实际应用环境的限制。 - 电路工艺采用SMIC 0.18um CMOS技术，这决定了器件的制造成本和性能特性。 实验步骤包括：确定电路结构，估算参数，使用Cadence进行DC、AC和瞬态仿真，评估电路性能，可能还需要引入相位补偿网络以增强稳定性，然后进行设计优化。实验报告需详细记录设计和仿真的全过程，以及性能参数的计算结果和分析。 实验中可能会参考以下文献资料： - 《模拟集成电路设计与仿真》（何乐年、王忆编著） - 《CMOS运放性能参数仿真规范》（芯海科技有限公司） - 《通信系统混合信号VLSI设计》（唐长文、菅洪彦）中的全差分运算放大器设计 - 关于CMOS运放设计和几何规划优化的研究论文 - 高级课程如VLSI设计方法中的CMOS运算放大器设计优化 通过这个实验，学生将不仅能提升CAD工具的使用技能，还能深入了解电路设计的实际挑战和优化策略，为未来在信号处理或通信系统等领域的工作打下坚实的基础。