（十三) 基于cadence 617 OTA五管共模输入范围、共模增益、差模增益、CMRR、电源抑制比PSRR仿真

对5管OTA进行共模输入范围DC扫描输入共模范围，用饱和区域扫描输入共模范围；对电路进行ac仿真得到差模增益，相位的曲线，验证其相位裕度；ac仿真的到共模增益，从而计算CMRR

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玖玖久

14444人浏览 · 2023-06-15 13:43:42

玖玖久 · 2023-06-15 13:43:42 发布

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

对5管OTA进行共模输入范围DC扫描输入共模范围，用饱和区域扫描输入共模范围；对电路进行ac仿真得到差模增益，相位的曲线，验证其相位裕度；ac仿真的到共模增益，从而计算CMRR；最后计算PSRR.

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、共模输入范围仿真

原理图

在这里插入图片描述

$V_{out} ≥ V_{in,CM} - V_{TH}$
随着 V_in,CM 越大 V_out的输出摆幅会越来越小

电路图

在这里插入图片描述

testbench电路图
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注意：Vin1、Vin2为变量

共模的输入范围扫描

设置ADE L

添加变量设置为1V
选择直流仿真，扫描V_in1从0~2.5V，步长0.1V
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建立输出Vout
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参数扫描

打开方式：tool ----- Parametic Analysis
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选择Vin2 扫描值从0.8~1.8V 步长为0.2V

V_OUT受输入共模电平V_IN,CM约束，V_OUT> V_IN,CM - V_TH
从图中可以看出：随着共模电平V_CM2的增大，V_OUT输出摆幅越来越小
当Vin1 = Vin2 相等时候斜率最大，也就是增益最大
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绘制大信号输出-输入特性（Vin1-Vin2与Vout关系曲线）

在以上的ADE 删除输出，现用计算器来添加Vin1-Vin2
选择功能面板，点击下图标显示Panel
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点击all 再搜索waveVsWave
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点击上部按钮vdc，点击原理图Vin

构建V_out1 - V_out2

同样点击Vout送入Y轴，点击右下角apply，点击齿轮

设置参数扫描
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Vin1 = Vin2 时候增益最大，本质一样，不同是X轴是Vin1 – Vin2
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扫描饱和区看共模范围

当电压太大或者太小都会使得管子进入线性或者截止区，现扫描主要管子的饱和电压范围，反应出输入共模范围

电路图

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设置输出管子region

打开计算器-----OS----点击管子-----选择regoin ----- 齿轮送入输出–
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当在V_CM在850m – 2.1m时管子全饱和，这也就是输入共模范围

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二、差模增益仿真，查看相位裕度

一个小信号变化叠加在两输入之间，对于放大器而言就是输入了一个差模信号，现设置差模信号幅值为1，那么输出的Vout就是差模放大倍数

电路图：添加 vsin ，频率为1M，AC magnitude为1V

在这里插入图片描述

选择ac仿真

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设置输出vout

我这里是用计算器输出dB形式，main from ------dB 也可以
打开计算器 —点击vf----点击输出—添加dB20—齿轮送到输出
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run

在这里插入图片描述
可以得到低频差模增益为27.6dB

观察相位裕度

稳定性仿真可以直接看相位裕度，而交流仿真可以看其某一点相位，从而计算出相位裕度 PM = 180 ° + 相位

打开计算器—vf ----点击原理图vout ---- all ----PhaseMargin
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点图标显示相位裕度为89.46°
现在用来看一下相位波形 main from -----phase ------点击Vout
可以看出当增益为0dB时候相位为-90.57°，与相位裕度PM = 180° – 90.57= 89.43° 对应

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三、共模增益仿真

在输入共模电平添加一个小信号，设置小信号幅值为1，那么输出的Vout就是共模放大倍数

电路图

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同差模一样设置一个ADE（下面Output可以不用设置，等会main from ，只是我当时忘记截图了拿这个来看）

仿真-----main form -----ac—选择幅度------得到幅值为0.065v，这也就是差模放大倍数

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四、共模抑制比 CMRR

即使电路是完全对称的，输出信号也会因为输入共模变化而变差，为了合理地比较各种差动电路，必须用所需要的差动增益与不希望的共模增益的比值来衡量对共模扰动的抑制能力。定义“共模抑制比”（CMRR）如下：
$\left | \frac{A_{DM} }{A_{CM} } \right |$
CMRR = 差模增益 / 共模增益 (把27dB转化成了24）
= 24/0.065
= 52.55dB

五、电源抑制比 PSRR

电源抑制比（PSRR）的定义为：从输入到输出的增益除以从电源到输出的增益，那么我们把电源添加幅值为1V的交流信号，将其余的ac magnitude置零，测输出的变化

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开始仿真-----main from ----点击Vout

我们可以看到在低频时从V_DD到V_OUT的增益接近1，因为V_OUT与V_DD变化量一样，所以电源到输出的增益为1
$V_{out} = V_{DD} - \left | V_{GS} \right |$
将输入到输出的增益（差模增益）除以电源到输出的增益 = 27.6dB
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