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。
★★★ 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)
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。
直流分析。
交流分析。
稳态分析
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 。
每个周期进行一次交流仿真
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)。
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。
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。
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)
[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.
理想库的链接:(涉密已删)