许可优化
产品
解决方案
服务支持
关于
软件库
当前位置:服务支持 >  软件文章 >  儒雅随和的Cadence Virtuoso & Analog Design学习笔记大公开

儒雅随和的Cadence Virtuoso & Analog Design学习笔记大公开

阅读数 6
点赞 0
article_banner

前言:

闭门造车的仿真和学习笔记。由于是初学者,所以可能会遇到很多低级错误......要学的知识太多了,边学边补知识吧......如果看上了啥有用的就点个赞,没用上的话就算了哈哈。热烈欢迎大佬们指出错误,我肯定虚心请教。OK就这样/拱手。


Ⅰ Virtuoso 的快捷键介绍

★★★ f –> Fit to screen. Autozoom the schematic to the size of your window

f:将电路显示窗口大小快速调整至最适合电路的大小

★★★ i –> insert an instance from the library

i:从库中插入一个元器件到原理图中

★★★ w –> add a wire

w:添加一条导线(如果按下的是大写的 W,画出来的就是粗导线“wide wire”,一般不开大写,即用“narrow wire”)

★★★ m –> move tool

m:移动命令,可以是 Circuit, devices, line, text, symbol, etc

★★★ c –> copy (also by holding SHIFT and dragging a component)

c:复制命令,可以是 Circuit, devices, line, text, symbol, etc. 注意:别按 Ctrl ,粘贴也不用按 V 。可以跨 Schematic 进行复制粘贴操作。按下 c 选中需要复制的器件,按下 F3 即可选择“镜像”、“旋转”等操作。没有剪切命令( Windows 的“Ctrl+Z”,先粘贴,后删除即可)。

★★★ q –> edit parameters of the selected instance

q:编辑所选定元器件的各种参数(吐槽一下,感觉经常不好使,选中后右键“Properies”也可以,或直接在界面左下角的“Property Editor”窗口中进行编辑也可以。不好使的原因是输入处于大写状态(即按下了大写键,取消大写键或按“Shift+Q”即可继续操作,其他命令没反应的原因也是这个,解决办法相同)记得带上单位!不用写全称,如 20mV 只需输入“20m”或“0.02”即可,不输入单位就默认国际单位制。

★★★ l –> label a wire

l:给导线添加网络标签。注:相同的网络标签电气特性上就是连在一起的,相当于飞线。和 Altium 不同, Virtuoso 的网络标签不要求成对,可以单独存在。

★★★ o –> display options

o:更改 Schematic 界面的显示设置。如默认 Schematic 界面栅格以点阵(dotted)形式显示,可改为none 或 line (一般改成 none )

★★★ p –> add a pin

p:添加一个端口,可以选择端口类型。(input / output / 电源 等等)注:系统默认的 GND 的网络名称是“gnd!”(区分大小写),如果自己的端口名称只是“gnd”的话,这俩不会连在一起,务必注意。

★★★ h –> highlight wire labels and/or Instances

h:高亮显示导线网络标签和/或器件

★★★ Shift+h –> remove highlighted labels

Shift+h:取消高亮显示

★★★ Del-> Delete an instance or something

Delete:删除命令,可以是 Circuit, devices, line, text, symbol, etc. 键盘上都有,窗口左上角那个红色的叉叉也是。

★★★ ESC (or Cntrl+D) –> unselect the actual tool (unselect the currently selected device)

ESC:取消所选择的操作。(遇事不决就按 ESC 哈哈哈)

★★★ u –> undo

U:撤回上一步操作(类似 Windows 的 Ctrl + Z )。

★★★ Shift+u –> redo

Shift+u:复现上一步操作(类似 Windows 的 Ctrl + Y )。

★★★ Shift+r –> rotate

r:旋转

★★★ Ctrl + r –> flip (vertical)

Ctrl + r:垂直翻转

★★★ Shift+r –> mirror (horizontal)

Shift+r:水平翻转

★★★ Shift+l:create wire label

Shift+l:写注释。注:貌似只支持英文。另外,上方工具栏里从左到右的第二个“T”可以更改选中的文本的字体大小,或鼠标右键,或界面左下角的“Property Editor”窗口的“Height”(还可以在那里修改字体等)。未放入电路之前若想分段文本就是按回车键,对已经存在于电路中的文本进行分段需要回车键的同时还需要按 Shift,即“Shift+Enter”。修改已经存在于电路中的文本只需选中再双击即可。文本支持 Windows 操作,即 Ctrl+A、Ctrl+Z、Ctrl+Y、Ctrl+X、Ctrl+C、Ctrl+V 等。

★★★ Shift+x –> Check + Save the schematic (important! after you “check + save” you can not undo to a previous state)

Shift+x:检查原理图并且保存。注:点了后就无法撤回上一步操作了。另外,每动一次电路,要查看仿真,都得检查保存一次,否则仿真用的仍是改动之前的数据。左上角第三个“蓝色+√”的图标也是这个命令。

★★★ x –> schematic check

x:仅检查原理图不保存。左上角第四个蓝色的图标也是这个命令。

★★★ Ctrl+mouse scroll –> scroll the schematic vertically

Ctrl+鼠标旋钮:竖直方向滚动原理图

★★★ Shift+mouse scroll –> scroll the schematic horizontally

Shift+鼠标旋钮:水平方向滚动原理图

★★★ Shift+Delete –> temporarily delete devices

Shift+Delete:在进行电路仿真时,可以根据需要临时删除个别器件,以避免直接删除又得重新从库中调用的麻烦。选中器件,按下 Shift+Delete 就可以出现一个 X 标识在器件上。该器件不会进入仿真范围。如果要取消再按一次 Shift+Delete 即可。

★★★ z or select a region with right mouse button –> zoom into a box with the mouse

z 或者按下鼠标右键并选择一个区域:将原理图显示窗口放大至所选区域大小

★★★ Shift +e –> descend to an inner level (e –> descend to an inner level only read)

Shift +e:比如之前做的一个原理图,我们把这个原理图封装成一个symbol,然后将这个symbol用到了另一个原理图中,用着用着我们可能突然想改变这个symbol的某些性质,这个时候我们就需要选中这个symbol并且按shift+E进入这个symbol的原理图层级去修改它

★★★ Ctrl +e –> ascend or exit to a upper level

Ctrl+e:与 Shift +E 相反的操作,改变完symbol的参数后要回退到原来的原理图就需要Ctrl+E

★★★ Ctrl + TAB or Ctrl + Shift + Tab –> Move between tabs (same as in windows)

Ctrl + TAB 或 Cntrl + Shift + Tab:如果一个 Schematic Editor 开了好几个原理图,可以按下该操作以在各个原理图之间切换

这一段部分内容参考自:原文链接:Candence virtuoso 快捷键总结。(有些暂时用不上的就没摘过来,也增加了一些)

Virtuoso 启动、新建工程、工作环境和工艺库 (TSMC 65nm ) 介绍

Ⅲ ADE L 的不同指令的意义

1. trans(Transient Analysis)

瞬态分析,通常用于看时域波形等。

Stop Time 即想看的时间长度。

conservative, moderate, liberal 是三种不同的仿真精度,conservative 是收敛性最高,精度最高的一个算法,但是不适合仿真振荡电路,moderate 是一个折中算法,而 liberal 收敛性较差,一般仿真振荡器用这个算法。

Transient Noise ,静态噪声。

Dynamic Parameter,动态参数。

Enable,是否启用。

2. dc(DC Analysis)

直流分析。

3. ac(AC Analysis)

交流分析。

4. stb(Stability Analysis)

稳态分析

5. pss(Periodic Stead State Analysis)

每个周期进行一次稳态仿真

Shooting 和 Harmonic Analysis 是两种不同的仿真算法,通常用 Shooting 即可,偶尔遇到不收敛的情况时才用 Harmonic Analysis 。

6. pac(Periodic AC Analysis)

每个周期进行一次交流仿真

一、Virtuoso 的各种激励源

二、理想电阻器的V/I曲线

图1.1 一个最基础的电阻分压电路

其中,VDD、GND、电阻器在“analogLib”里可以找到(在Add Instance的“cell”栏输入 vdd 或 gnd 或 res 就可以了)。


三、无源滤波器仿真

图 2.1 一个最简单的无源低通滤波器

如上所示,这是一个无源低通滤波器,设计截止频率 (-3dB 频率) 为 f=1/2\pi RC=31.83\times10^{3} Hz ,下面进行仿真设置。

图 2.2 ADE L的位置

打开 ADE L

在右上角,选择分析类型

这里我们需要的是频域分析,选择 ac ,进行如下设置

Sweep Range 是扫描范围,设置为从 0.1Hz 到 1MHz, Sweep Type 反映的是扫描类型,默认是 Automatic,可以改为 Logarithmic 或 Linear,这里我们选择为 Logarithmic ,即对数化,每十倍频扫描100个点,这样图像看起来就更细腻。也可以选择 Number of Steps,即扫描步长,间隔多少频率扫描一次。如果扫描精度或扫描步长过小,会使图像看上去是一堆折线。

点击 OK,回到 ADE L 界面,可以看到仿真分析类型已保存至 ADE L。

接下来设置输出,选择 Calculator ,进入输出表达式的设置

点击 VF

选择滤波器的输出端(注:Virtuoso对电压和电流的定义和我们的习惯不太一样,Virtuoso里选择导线代表选择电压,选择器件的某个节点才表示流过该节点的电流,因此这里是点击电阻器的右端的那根导线)

回到 Calculator ,可以看到已经有该导线上的电压的表达式。再次点击 VF,选择滤波器的输入端,即电阻器的左端的导线

在表达式左侧的 Key Pad 中点击 / ,即使上述两个电压相除,再在下方的 Function Panel 中点击 dB20 ,意思是 20log,这样就完成了对增益的描述,即 20log\left( V_{out}/V_{in} \right)

点击表达式窗口右上角的 Send Buffer expression to ADE Outputs,将表达式送回 ADE Outputs 窗口。

关掉 Calculator,回到 ADE L 界面,可以看到输出表达式已保存至 ADE L。

点击 ADE L 窗口右侧的 Netlist and Run,运行仿真并显示仿真结果图像。

可以看到,截止频率大约为 32 KHz,之前电阻电容的理论设置值为 31.83KHz,验证了结果。

在图像中,使用鼠标右键进行拖选,可以放大局部图像。

在右上角选择 Marker 菜单中的 Create Marker,在图标中添加标记,软件会自动得出目标点的准确数据。

输入 -3,因为我们想获知增益下降 -3dB 处的准确频率。

可以看到,截止频率精确值为 31.7555 KHz。

四、Duty-Cycled Resistor [1]

理论来源:H. Chandrakumar and D. Markovi´c, "A High Dynamic-Range Neural Recording Chopper Amplifier for Simultaneous Neural Recording and Stimulation," IEEE Journal Solid-State Circuits, vol. 52, no. 3, pp. 645–656, Mar. 2017.

研究方向为 Biopotential Amplifier 的同学应该都看过这篇著名的论文,其提出了 Duty-cycle Resistor ,即占空比电阻器。在提取混杂着噪声的信号时,需要一个低通滤波器。但通常噪声频带和目标生物信号极为接近,且均较小(10-100Hz),所以需要将低通滤波器的转折频率设置得非常小。但是这样就需要大电阻或者大电容,这样会消耗较大的面积。Duty-cycle Resistor 可以将普通电阻器以 1/D 的倍数进行放大,即实现较小的面积,更大的实际电阻。理论推导如下:

(以后再打上来)

原理图如下所示

在输入参数时,可以将对应的参数以字母表示,即设为变量,方便即时修改参数以进行不同的仿真。这里将方波的激励源的周期、高电平宽度设置为变量。

打开 ADE L,由于刚刚设置了变量,需要在左侧 Design Variables 中点击鼠标右键选择 Copy From Cellview 以导入变量并设定值。

这里将周期设为 40us,高电平宽度为 5ns,即占空比为 1/8000。则理论实际电阻为 1K/\left( 1/D \right)=1K\times8000=8M ,理论截止频率为 f=1/2\pi R^{'}C=31.83\times10^{3} Hz=3.979 Hz

由于含有周期开关,所以简单的 ac 分析无法满足要求,这里应采用 pss 分析(Periodic Stead State Analysis),即每个周期进行一次稳态仿真。仿真设置如下

这里将谐波数量设置为 18 个,建议 9-20。Accuracy Defaults 的三个选项是对仿真速度和精度的 tradeoff,自行判断即可。这里选择 Moderate。

再选择 pac 分析(Periodic AC Analysis),即周期化的交流仿真,进行扫描范围的设置(跑 pac 之前一定要先跑 pss,不然结果是没有意义的)。也选择为 0.1Hz-1MHz。

OK,分析种类设置完毕,进行输出的设置。点击 Result 中的 Direct Plot,再选择 Main Form,设置如下。

先别点OK,保持该界面,点击输出端,即有了结果(没结果先点击 run 跑一下 pss 和 pac 分析再去Main Form选择输出)。

彩色曲线是谐波分量的频率响应曲线。我们只关注 0 次谐波的结果。在 -3dB 处设置个标记,可以看到截止频率为 3.65389Hz ,与设计的截止频率( 3.979 Hz )很接近。说明该 Duty-cycle Resistor 正在工作,验证了该理论的正确性。

(20220909注:该仿真中的电容设置为5nF,这个值对 Analog Design 来说是比较大的,会占用很大的面积,一般实际使用中电容在 pF 级别,这就需要电阻更大,因此,Duty-cycle Resistor 的原始电阻一般是 1M~1G,占空比 D 会小于 1/6000)

五、Chopper 仿真与对 MOS 管开关速度的讨论

六、Diode-connected MOS 与 Pseudo Resistor [3]

图 6.1 Diode-connected MOS Devices
图 6.2 Pseudo Resistor [3]

七、MOSFET 的物理模型

八、MOS管的 转移特性曲线 与 输出特性曲线

1. NMOS

2. PMOS

九、提取MOS管参数

1. NMOS

2. PMOS

十、电流镜(Current Mirror ) [27]

1. 简单电流镜(Simple Current Mirror)

2. 威尔逊电流镜(Wilson Current Mirror)

3. 改进威尔逊电流镜(Improved Wilson Current Mirror)

4. 共源共栅电流镜(Cascode Current Mirror)

5. 低压共源共栅电流镜(Low Voltage Cascode Current Mirror)

6. 高摆幅共源共栅电流镜(High Swing Cascode Current Mirror)

7. 低压高摆幅共源共栅电流镜(Low Voltage High Swing Cascode Current Mirror)

8. 自偏置高摆幅共源共栅电流镜(Self-biased High Swing Cascode Current Mirror)

9. 三极管区简单电流镜(Triode Region Simple Current Mirror)

10. 三极管区共源共栅电流镜(Triode Region Cascode Current Mirror)

十一、基于 gm/id 的设计方法和参数提取

十二、共源极放大电路

十三、两级共源极放大电路

十四、基本差分对

十五、有源负载差分对(五管OTA)

十六、共源共栅放大器(Cascode Amplifier

1. 套筒式共源共栅放大器(Telescopic Cascode Amplifier)

2. 折叠式共源共栅放大器(Folded Cascode Amplifier)

十七、两级全差分放大电路

十八、共模反馈

十九、Multi-Rate Duty-Cycled Resistor [21]

参考文献

[1] H. Chandrakumar and D. Markovi´c, "A High Dynamic-Range Neural Recording Chopper Amplifier for Simultaneous Neural Recording and Stimulation," IEEE Journal Solid-State Circuits, vol. 52, no. 3, pp. 645–656, Mar. 2017.

[2] B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 2017.

[3] R. R. Harrison and C. Charles, "A Low-Power Low-Noise CMOS Amplifier for Neural Recording Applications," IEEE Journal Solid-State Circuits, vol. 38, no. 6, pp. 958–965, Jun. 2003.

[4] P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, R. G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 5th ed. New York: Wiley, 2009.

[5] P. E. Allen, D. R. Holberg, CMOS Analog Circuit Design, 3rd ed. New York: Oxford University Press, 2012.

[6] B. Razavi, Fundamentals Of Microelectronics, 2nd ed. New York: Wiley, 2013.

[7] R. J. Baker, CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, 4th ed. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2019.

[8] T. C. Carusone, D. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, 2nd ed. New York: Wiley, 2011.

[9] W. M. Sansen, Analog Design Essentials, New York: Springer, 2006.

[10] A. S. Sedra, K. C. Smith, Microelectronic Circuits, 7th ed. New York: Oxford University Press, 2014.

[11] Q. Fan, K. A. A. Makinwa, J. H. Huijsing, Capacitively-Coupled Chopper Amplifiers. New York: Springer, 2016.

[12] D. A. Neamen, Semiconductor Physics And Devices: Basic Principles, 4th ed. New York: McGraw-Hill, 2011.

[13] P. Horowitz, W. Hill, The Art of Electronics, 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2015.

[14] R. L. Boylestad, L. Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory, 11th ed. New York: Pearson Education, Inc., 2015.

[15] C. K.Alexander, M. N. O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits, 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2012.

[16] R. A. Pease, Analog Circuits. Amsterdam: Elsevier, 2008.

[17] R. Prasad, Analog and Digital Electronic Circuits: Fundamentals, Analysis, and Applications. New York: Springer, 2021.

[18] J. Bird, Electrical Circuit Theory and Technology, 6th ed. London: Routledge, 2020.

[19] A. Agarwal, J. Lang, Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits, San Francisco: Elsevier, 2005.

[20] B. Streetman, S. Banerjee, Solid State Electronic Devices, 7th ed. New York: Pearson Education, Inc., 2014.

[21] H. Chandrakumar and D. Marković, "An 80-mVpp Linear-Input Range, 1.6-GΩ Input Impedance, Low-Power Chopper Amplifier for Closed-Loop Neural Recording That Is Tolerant to 650-mVpp Common-Mode Interference," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 52, no. 11, pp. 2811-2828, Nov. 2017.

[22] M. Chen et al., "A 400 GΩ Input-Impedance Active Electrode for Non-Contact Capacitively Coupled ECG Acquisition With Large Linear-Input-Range and High CM-Interference-Tolerance," IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, vol. 13, no. 2, pp. 376-386, April 2019.

[23] Q. Pan, T. Qu, B. Tang, F. Shan, Z. Hong and J. Xu, "A 0.5mΩ/√Hz 106dB SNR 0.45cm2 Dry-Electrode Bioimpedance Interface with Current Mismatch Cancellation and Boosted Input Impedance of 100MΩ at 50kHz," 2022 IEEE International Solid- State Circuits Conference (ISSCC), 2022, pp. 332-334.

[24] Y. M. Chi, C. Maier and G. Cauwenberghs, "Ultra-High Input Impedance, Low Noise Integrated Amplifier for Noncontact Biopotential Sensing," IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems, vol. 1, no. 4, pp. 526-535, Dec. 2011.

[25] J. Lee, G. H. Lee, H. Kim and S. Cho, "An Ultra-High Input Impedance Analog Front End Using Self-Calibrated Positive Feedback," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 53, no. 8, pp. 2252-2262, Aug. 2018.

[26] P. Wang, T. Yi and Z. Hong, "High-Input-Impedance Amplifiers Design for Dry-Electrode Biopotential Acquisition: A Review," 2021 IEEE 14th International Conference on ASIC (ASICON), 2021, pp. 1-4.

[27] B. Aggarwal, M. Gupta and A.K. Gupta, "A Comparative Study of Various Current Mirror Configurations: Topologies and Characteristics," Microelectronics Journal, vol. 53, pp. 134-155, 2016.

[28] J. Huijsing, Operational Amplifiers Theory and Design, 3rd ed. New York: Springer, 2017.

[29] Y. Song, S. Smith, B. Karlinsey, A. R. Hawkins and S. -H. W. Chiang, "The Digital-Assisted Charge Amplifier: A Digital-Based Approach to Charge Amplification," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 69, no. 8, pp. 3114-3123, Aug. 2022.



附件

理想库的链接:(涉密已删)


免责声明:本文系网络转载或改编,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删
相关文章
QR Code
微信扫一扫,欢迎咨询~

联系我们
武汉格发信息技术有限公司
湖北省武汉市经开区科技园西路6号103孵化器
电话:155-2731-8020 座机:027-59821821
邮件:tanzw@gofarlic.com
Copyright © 2023 Gofarsoft Co.,Ltd. 保留所有权利
遇到许可问题?该如何解决!?
评估许可证实际采购量? 
不清楚软件许可证使用数据? 
收到软件厂商律师函!?  
想要少购买点许可证,节省费用? 
收到软件厂商侵权通告!?  
有正版license,但许可证不够用,需要新购? 
联系方式 155-2731-8020
预留信息,一起解决您的问题
* 姓名:
* 手机:

* 公司名称:

姓名不为空

手机不正确

公司不为空