Методы для лаб / ЛР3_СБИС_метода

Лабораторная работа №3 по курсу «СБИС для ТКС»

«Проектирование фильтра на переключаемых конденсаторах»

Цель работы: Исследовать работу фильтра на ПК с использованием

«телескопического» ОИТУН в САПР Cadence Analog Artist Simulation.

Задание:

1.Ввести схему для моделирования полностью дифференциального

«телескопического» ОИТУН аналогично л/р 1 курса СБИС для ТКС.

2.Установить размеры транзисторов ОИТУН для достижения заданных по варианту характеристик, после чего проверить коэффициент усиления и полосу ОИТУН при помощи AC анализа.

3.Собрать схему усилителя на кондесаторах и проверить её работоспособность при помощи TRAN и AC анализов.

4.Собрать схему фильтра на переключаемых кондесаторов, и проверить его работоспособность и характеристики, заданные по варианту, при помощи PSS и

PAC анализа.

5.Загрузить отчет в систему Canvas.

Варианты для выполнения лабораторной работы №2

Для каждого варианта заданы частоты дискретизации ПК фильтра и недоработка фильтра. Частота дискретизации определяет частоту единичного усиления ОИТУН, которая должна быть как минимум в 10 раз больше частоты дискретизации. Недоработка усилителя на конденсаторах определяет низкочастотный коэффициент усиления ОИТУН, относительная недоработка приблизительно равна 1/КУ ОИТУН, погрешность достижения необходимого КУ может быть в пределах 10% (в децибелах). Частота по уровню -3 дБ ПК фильтра определятся частотой фиксированной частотой дискретизации и величиной конденсатора обратной связи, номинал которого необходимо изменять для получения нужной граничной частоты ПК фильтра.

Данные табл. 1 следует читать:

dV, % – относительная недоработка усилителя на конденсаторах при завершении переходного процесса в процентах;

fc – частота дискретизации ПК фильтра;

f-3dB – частота по уровню -3 дБ ПК фильтра;

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ:

1. Ввод схемы ОИТУН по варианту

Соберите в Cadence электрическую схему «телескопического» ОИТУНа аналогично л/р №1. Ширину одного затвора принять равной 32 мкм для всех транзисторов, кроме транзисторов в крутой области схемы формирования постоянных потенциалов (не забывайте, что общая ширина p-канальных транзисторов должна быть в канальных транзисторов должна быть в 3 раза больше ширины одного затвора, а ширина n-канального источника тока – в 2 раза больше). Длины этих же транзисторов принять равными 0,5 мкм. Для моделирования полученной схемы ОИТУН используйте схему на рис. 1. Элементы I8 и I15 – это идеальные преобразователи недифференциального сигнала в дифференциальный (ideal_balun из библиотеки analoglib) относительно некоторой средней точки, в данном случае gnda. При помощи данной схемы необходимо удостовериться в правильном режиме работы всех транзисторов схемы при помощи DC

моделирования, постоянное напряжение на выходе должно равняться половине питания, низкочастотный коэффициент усиления должен соответствовать обратному значению относительной недоработке по варианту (в разах, а не процентах!), частота единичного усиления должна быть как минимум в 10 раз больше частоты дискретизации по варианту.

Коэффициент усиления ОИТУН и частота единичного усиления зависят от длин транзисторов самого ОИТУН, следовательно для достижения значений по варианту необходимо изменять величины этих длин.

Табл. 1. Данные по вариантам

Рис. 1 – Схема моделирования полностью дифференциального ОИТУН (НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ ДОЛЖНО БЫТЬ РАВНО 1,8 В)

2.Схема усилителя на конденсаторах

Соберите в новом файле схему для усилителя на конденсаторах, изображенную на

рис. 2, номиналы всех элементов выставить как на схеме. ПК фильтр при определенной фазе тактирующего сигнала превращается в усилитель на конденсаторах, следовательно следует вначале удостовериться в корректности работы такого усилителя. Источник входного напряжения это vpulse с AC Magnitude = 1, Voltage 1 = 0, Voltage 2 = 100m, Rise Time = Fall Time = 10n, Delay Time = 10u, Pulse Width = 30u. В качестве операционного усилителя выбрать созданный и отредактированный Вами символ ОИТУН. Для просмотра схемы, соответствующей символу, выделить его и нажать <E>, в появившемся окне нажать OK. Для обратного действия нажать <Ctrl> + <E>.

Далее проведите AC анализ, низкочастотный коэффициент передачи усилителя должен быть равен единице, а граничная частота должна быть не меньше частоты единичного усиления, полученной в предыдущем пункте.

Проведите TRAN анализ с таким временем моделирования, чтобы на графике выходного сигнала можно было увидеть фронт и срез выходного импульса. Поставьте маркеры на верхнем и нижнем уровнях импульса, как показано на рис.3. Разница напряжений между маркерами (delta на рисунке 3) показывает амплитуду выходного импульса, её отличие от амплитуды входного импульса не должно сильно отличаться от величины недоработки по варианту.

5

3.Исследование схемы ПК фильтра

Соберите схему ПК фильтра на рис.4. В схеме используются КМДП ключи и

инверторы, изображенные на рис. 5 и 6 (не забывайте подключать подложки транзисторов к соответствующим потенциалам!). Для получения АЧХ данного фильтра необходимо провести AC анализ, учитывающий периодическое изменение рабочий точки схемы вследствие переключения ключей. Таким анализом является комбинация Periodic-steady state и Periodic AC анализов (подробнее об этих анализах можно почитать на http://www.designers-guide.org/Analysis/rf-sim.pdf). В параметрах источника vdc V1

установите параметр PAC magnitude равным единице, уберите все остальные параметры!

Параметры источников V0 и V6 установите таким образом, чтобы они формировали непересекающиеся тактирующие сигналы с величиной от 0 до 1,8 В, времена фронтов и срезов принять равными по 10 нс, импульсы должны отстоять друг от друга на 5 нс.

Частоты следования импульсов обоих источников должны быть равными частоте дискретизации по варианту.

Вокне Analog Design Enviroment задайте PAC и PSS моделирования как на рис.7 и

8.В данных примерах частота дискретизации была задана через переменную, значение

Beat Frequency в окне PSS анализа должно равняться частоте дискретизации по варианту.

Далее, запустите моделирование, после завершения моделирования выполните команду

Results – Direct Plot – Main Form – PAC, установите все параметры в появившемся окне как на рис. 9, после чего щелкните на узел Vout, появится АЧХ ПК фильтра.

Далее, сохраните схему ПК фильтра в отдельный файл, замените входной источник vdc на vsin c частотой 50 кГц и амплитудой 300 мВ. Проведите TRAN моделирование и выведите графики выходного и входного сигнала в одном окне. Ожидаемая форма сигнала показана на рис.10. Обратите внимание, как изменилась амплитуда синусоиды в результате фильтрации.

8

Рис. 5 – Схема КМДП ключа.

Рис. 6 – Схема инвертора.

10