2 Funcionamento do software Cadence Virtuoso

Transcrição

1 Simulação amplificador pequenos sinais fonte comum 1 Objetivos Identificar as zonas de funcionamento do transistor MOS. Calcular r 0 e gm para um ponto de funcionamento DC. Identificar o ganho equivalente de tensão com uma configuração fonte comum. Utilizar o modelo equivalente para pequenos sinais do transistor para o ponto de operação e obter o ganho de tensão. Utilizar o modelo genérico de amplificador de tensão e obter o seu ganho. 2 Funcionamento do software Cadence Virtuoso Abrindo o virtuoso: 1. Abrir /cadence/ibm_ Lançar:./cds Criando uma nova biblioteca: 1. File->new->library 2. Indicar o nome da biblioteca (EX: LAB_IV) 3. Na parte Technology File, clicar em: Attach to an existing technology library 4. Escolher "cmr7sf" Abrindo a biblioteca: 1. Na janela do virtuoso clicar em Tools->Library manager 2. Selecionar a opção "Show Categories" 3. Em Library selecionar a biblioteca criada Criando um primeiro esquemático de simulação: 1. Vai ser criada uma "cell"(célula) 2. Uma "cell"(célula) pode ter vários tipos de vistas "view"

2 3. A "view"schematic representa um esquemático de simulação. 4. A "view"symbol, cria um símbolo com o circuito daquele esquemático (muito semelhante ao conceito de criar o bloco symbol no LTspice) 5. Nós vamos criar uma view schematic: Selecionada a biblioteca que foi criada clicar no library manager em: File->new- >cellview Dê o nome para a Cell: (ex:tp1_circ1) View: schematic Type: schematic Adicionando componentes: 1. Os componentes são chamados de instâncias. 2. A letra "i"é a tecla de atalho para adicionar uma Instância (Figura 1). 3. Para procurar as "views"do tipo "symbol"para adicionar no esquemático, clicar em "browse". 4. Encontrar o componente com a "viewsymbol"passando por: Library->Category->Cell- >View 3 Circuito 1 Monte o circuito da Figura 2: Para adicionar o transistor nfet: 1. Adicionar a instância do nfet que está contida na seguinte sequência: 2. Library->Category->Cell->View 3. cmrf7sf->fet->nfet->symbol Para adicionar os nós de referência (gnd, Vdd) e fontes de tensão e corrente 1. Quando adicionar a instância procurar "AnalogLib" 2. Na caixa de texto Cellview procure por: gnd Vdd Vdc (2X) 2

3 Figura 1: Adicionando o nfet 3.1 Editando parâmetros dos componentes 1. Clicar na tecla de atalho "q"e clicar no componente que queremos editar. 2. Começar pelo transistor para definir os valores de comprimento "L" e largura "W" 3. No campo "Width" indique "Wmos M e em "Width (/Finger)" aplique "(Wmos) M". A largura do componente vale "Wmos", que se torna uma variável que nós podemos alterar posteriormente na simulação. Vários transistores podem receber esse valor e então alterando o valor de "Wmos" altera o tamanho de todos os transistores de tamanho "Wmos". 4. Para o bloco Vdc, indique o valor de Vdc como sendo "Vdd". 5. Para o segundo bloco Vdc, indique o valor como sendo "Vgs". 3.2 Lançando a simulação Existem diferentes tipos de análise possíveis no CADENCE. Nós vamos trabalhar com a análise dc, ac e transiente (simulação no tempo contendo o regime transitório). 3

4 Figura 2: Circuito 1 Para lançar a simulação: 1. Launch->ADE L (ADE é Analog Design Environement) 2. Agora nós vamos dar valores as variáveis que existem no esquemático. 3. Para copiar as variáveis, clique em Variables->copy from cellview 4. Indicar os seguintes valores: Wmos = 30um, Vdd=1.8V, Vgs=1.5V. 5. Agora vamos escolher o tipo de análise: Analyses->choose dc Clicar também na opção save dc operating points Para fazer variar o Vdd: em Sweep Variable clique em Design Variable, em variable name coloque Vdd. Em sweep range, escolha a opção start-stop e coloque de 0V a 1.8V. Para traçar o Id em função de Vdd, nós vamos escolher a saída como sendo o Id. 4

5 Figura 3: Adicionando as referências e as fontes No ADE: Output->to be ploted-> select on schematics. Clicando no ponto vermelho do dreno do transistor a saída é uma corrente, clicando na linha, a saída é uma tensão. Para se fazer uma análise paramétrica: 1. Uma vez que temos a curva IdxVdd (nesse caso Vdd igual a Vds), nós vamos lançar a curva para vários Vgs. 2. No ADE: Tools-> Parametric analysis 3. Em Variable: coloque Vgs / From=0.5 To=1.5 e lançar a simulação. 5

6 3.3 Análise DC do transistor NMOS 1. Plotar Id=f(Vds) com Vds variando de 0 a 1.8. Use a análise paramétrica com Vgs variando de 0.5 a 1.5V. 2. Plotar Id=f(Vgs) com Vgs variando de 0 a 1.5. Use a análise paramétrica com Vds variando de 0 a 1.8V. 3. Estimar os valores de r 0 e gm para o ponto V gs = 1.5V e V ds = 1.8V 4. Verificar o valor de gm: no ADE clicar em Results->anotate-> DC operating point 3.4 Adicionando Cellviews na biblioteca 1. Crie uma nova biblioteca com o nome: LAB_IV. Para isso utilize o Library Manager 2. Em um terminal, posicione-se na pasta do usuário: 3. cd.. 4. Copiar o conteúdo da pasta tpc1 para a pasta IBM_180: 5. cp -R /home/lab_iv/tpc1/* cadence/ibm_180/lab_iv 6. verifique as diferentes "Cellviews" que apareceram na biblioteca que foi criada anteriormente. 3.5 Carregando um perfil de simulação salva 1. Abrir um esquemático de teste: (ex. circ_2_smallsignal) que foi copiado. 2. Abrir o ADE: Launch->ADE L 3. Carregar um State: Session->load state (carrega o perfil de simulação) 4. No campo Load State Option, clicar na opção Cellview. Clicar em OK 3.6 Amplificador em fonte comum 1. Carregar a Cellview circ_2_smallsignal. 2. Qual a função de L e C na simulação? 3. Plotar V out e V in em função do tempo (simulação transiente). Obter A V. No state previamente carregado, escolha opção tran para o tipo de análise e selecione os sinais de entrada e saída para a opção plot Lançar a simulação 6

7 Figura 4: Amplificador em fonte comum 4. Plotar V out e V in em função da frequência. Obter A V. No state previamente carregado, escolha opção ac para o tipo de análise e selecione os sinal "(VF... para a opção plot Lançar a simulação 5. Aplicar uma banda larga de simulação (até 10GHz). O que se observa na curva de ganho? Qual a frequência de corte? A que elemento se atribui esse comportamento? Explicar. 3.7 Modelo equivalente de pequenos sinais Nessa etapa substituem-se o transistor, o capacitor e o indutor por seus modelos equivalentes para pequenos sinais. 1. Carregar a Cellview isource_eq_smallsignal. 2. Plotar V out e V in em função do tempo. Obter A V. 3. Plotar V out e V in em função da frequência. Obter A V. 7

8 Figura 5: Modelo equivalente de pequenos sinais 3.8 Modelo amplificador de tensão Nessa etapa modela-se o circuito como fonte de tensão controlada por tensão. 1. Carregar a Cellview vsource_eq_smallsignal. 2. Qual o valor de R in? R out? A 0? 3. Plotar V out e V in em função do tempo. Obter A Plotar V out e V in em função da frequência. Obter A V. 8

9 Figura 6: Modelo amplificador de tensão 9