最近在补一些仿真方法学的问题，以及一些一直以来都有点模糊的概念，简单记录一下。
具体问题包括：

1. ac仿真和stb仿真的原理、区别，仿真得到的幅频响应是否一致，开关电容放大器只能使用stb仿真吗；
2. 放大器稳定性问题，涉及：开环/闭环放大器的区别，为什么用开环增益作为稳定性判据等；
3. 共模增益和差模增益，涉及：哪些情况共模增益应该在0dB附近，哪些情况共模增益和差模增益一致，反相器的共模/差模增益一样那采取何种措施使其共模抑制比增大——增大到什么程度才算理想？用AC仿真时只需要改变激励，而stb仿真共模和差模增益时，diffprobe的位置是否应该有所变化；
4. 共模反馈，区分共模反馈和普通的负反馈；
5. 直流开环增益和交流开环增益。

仿真实例

搭建一个以两个CMOS反相器构成的全差分放大器（28nm工艺，PMOS和NMOS尺寸一致）

激励的设置方便共模和差模仿真用同一个TB（最好不要用同一个TB，但是可以copy放进同一个schematic。注意要加容性负载）

这里有一个问题：这个放大器需要在开环下仿真还是闭环下？哪些放大器应用在开环，哪些闭环？这种应用场景不同会导致需要仿真得到开环还是闭环增益，或者环路增益？
（我知道放大器在设计的时候肯定都是闭环应用的多，但是什么时候没必要闭环应用？光验证ac和stb仿真是否一样的话有必要有回路吗？但是stb必须打断回路用，是不是必须在闭环中用，那ac为了保证一样的工作环境也要闭环连接吗？）
答：只有闭环存在稳定性问题，开环不存在。运放一般都是闭环使用，开环使用就是一个性能拙劣的比较器。所以对闭环
先不加反馈试一下~TB如图

开环连接（AC仿真）

先DC仿一下工作点

AC仿真设置和结果如下：

Q：为什么CM和DM完全一样？
A：因为这个伪差分运放没有尾电流管控制，不会存在共模抑制的效果。

STB仿真设置和结果如下：

好的，结果很离谱，说明stb不能开环连接使用。

闭环连接（AC仿真）

【参考以下连接：不能】
ac仿真本质上，大信号是闭环的，通过1G大电阻提供直流反馈，但是小信号还是开环的，因为1F大电容滤掉了交流小信号。ac仿真用的不多，个人感觉不好用，原则是不是闭环应用，小信号开环，大信号闭环，单纯仿真一下放大器的低频开环增益是可以用的，进行稳定性分析一般都是闭环的，开环的电路一般不进行稳定性分析，我们一般是哪里有环路，哪里进行稳定性分析，怕振荡。stb原则是都是闭环的，因此符合实际。

此处单端输出电路中跨接再输入/出的电阻作用：提供直流反馈，稳定输入的DC工作点，而不是共模反馈的作用，单端输出不需要共模反馈。

自己搭的TB：有个问题：输入AMP的直流工作点发生改变了，如果没有共模反馈可能没法正常工作

结果：差模和共模增益为-2.78dB，明显错误。

改成电压电压反馈

仿真结果：

后两个电路分别为差模输入和共模输入的TB，仿真结果得到幅频响应和相频响应都一致，只不过初始相位不同，是正确的。
具体得到闭环增益为14.31dB的计算方法：Aol=16.02dB，Acl=14.31dBdB，外围两电阻都是1K欧。

遍历VCM

闭环连接（stb仿真）

【参考连接一】：差分输入单端输出

【参考连接二】：诸如此类的全差分电路（这也是电压电流反馈）

“ 这里面有两个对称的闭环，其中每个闭环的环路特性应该是一样的，其增益和相位变化是由反馈系数决定的（R1并联C3得到的阻抗除以负的C1容抗），这很容易推导的。

如果想仿真单独一个闭环的频率特性，就直接把stb的probe放在这个单独的闭环路径上就可以跑仿真了。你应该知道怎么断开这个闭环做仿真的。总体上这个结构是双端进双端出，所以对差分信号的放大增益就是单独一个闭环的增益乘以2.
没别的了。

如果你想单独考察其中的放大器的环路增益，那testbench可以搭得比这个更简单，跟运用这个放大器的时候所设置的反馈系数没关系了，根据对称性原理，直接考察其中一个闭环的特性，然后因为是全差分的结构，乘以2就是最后的对单独这个放大器本身开环增益的仿真结果。”

Q1：“ 有一个问题就是因为放大器的输入端串联了电容，那这样的话直流时输入端相当于断开的，低频增益还是为0，这样的话增益随频率的变化一开始就是0 ”？
A1：输入端串联了电容会有什么问题？你的MOS管输入差分对的栅极难道不就是一个电容嘛？直流电压加在输入端仅仅是提供了直流偏置，建立支流工作点而已。在这个工作点基础上做小信号线性模型，进行交流信号的分析，所有的环路分析考虑的都是交流信号。低频增益应该是怎么样，你可以先把传输方程推导出来看一下就知道仿真出来什么样的结果是对的了。
Q2：我现在的问题是在直流偏置的情况下，输入端串联电容之前差分对的输入端MOS管能够正常工作在饱和区，但是串联了电容之后，栅极的电压明显减小了很多，导致MOS管截止了，而且我认为串联了电容后栅极的电压与加在输入端上的电压就没关系了。所以串联了电容后的交流分析总是出现问题。
A2：从外围电路上看，输入端栅极上得到的电压和C1（C2）相对于栅极到地的寄生电容之比有关。

自己搭一个

这个波特图明显出大问题，问了一圈发现两个问题：

1. 输入端接地的两个电阻形同虚设，没有用，跨接在放大器输入/出端的电阻相当于接成了单位增益的形式，实际上全差分是无法接成单位增益负反馈的（？）
2. 应该要把接地的两个电阻接输入信号，就是接地的那头接输入信号

更改如下：

结果分析：

1. 把电阻接到输入之后确实曲线变正常了，但是放大器输入端的直流工作点就不是500mV了，有必要让输入输出最好都在理想的共模，也就是1/2VDD附近吗。
2. 仿真得到的差模和共模增益都是-42dB，感觉不对，怎么样变成正的——先检查增益是负的，检查下运放输入输出极性对的上不。

probe验证

• 先验证diffprobe输入正反接法对极性有没有影响：

结论：结果不变，没有影响

• 把输出端von和vop对调，仿真结果仍然不变。
• 验证diffprobe在环路内的位置不同——对仿真结果没有影响。

接下来遍历共模工作点，理论上当VCM偏离0.5V，共模增益和差模增益都会下降。
Q：实际仿真发现结果都一样，为什么？
A：看下面的电路图，VCM怎么变，直流工作点都是不变的，应该是被什么钳位住了。

电阻值验证

电容值验证

Q1：如果把电阻换成电容是什么效果？电容的阻值会不会有影响（1pF和1GpF ）
Q2：这些大电阻大电容什么作用？（大电容：交流开环直流闭环，什么时候是小信号旁路作用？电容另一端接地的时候？；大电阻呢：断路？大电感呢？）
Q3：为什么不能用电压电压反馈电路？

【电阻换成电容】：

【电阻换成电容的stb仿真】
差模响应：PM均>100°，共模和差模结果完全一致。

改进：加一个大电阻提供直流反馈，确定输入的偏置电压。 ——反馈网络通直流了，因此低频有增益了。
发现：遍历cap直流工作点不变（因为电容隔离直流），但是pn两端工作点不对称，为什么？

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带电容TB的低频零点产生的原因

低频零点产生的原因到底是输入的交流耦合电容还是反馈电容？如下图，两个TB仿真得到的Bode图，则反馈电容会产生零点。使得相位上升90°，低频增益为上升的斜率。

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全差分运放仿真方法

【参考一】（From Stanford tutorial）

EETOP链接: stb仿真全差分放大器的环路增益出现问题

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三级反相器级联

假设三级反相器直接级联作为放大器应用。对于小幅的输入信号而言，
此时放大器输出理论上应该放大的值附近振荡，不会稳定的建立。
对于大幅信号来说，放大器将输出轨到轨的振荡信号，此时放大器功能出错。