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首先调用 W / L =5μm/500nm的NMOS器件搭建仿真原理图，如图3-30所示。其中电源电压设置为1.8V，R D 为电阻负载， V in 为输入电压。在MSD仿真器中设置直流（DC）仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，然后以5kΩ步长从5kΩ到20kΩ遍历 R D ，采用电阻负载的共源放大器DC仿真参数设置如图3-31所示。
图3-30 采用电阻负载的共源放大器仿真原理图
图3-31 采用电阻负载的共源放大器DC仿真参数设置
通过上述仿真可以得到在不同 R D 取值下采用电阻负载的共源放大器的输入-输出特性曲线，如图3-32所示。图中有4条曲线，从左至右分别为对应 R D 由大到小的输入-输出特性曲线。可知，采用电阻负载的共源放大器的输入-输出特性曲线的斜率绝对值随着 R D 的减小而减小，这是因为在 R D 不是很大时电压增益为| A V |= g m R D 。
图3-32 采用电阻负载的共源放大器的输入-输出特性曲线
首先调用 W / L =5μm/500nm的NMOS器件作为输入管搭建仿真原理图，如图3-33所示。其中电源电压设置为1.8V，以二极管连接的PMOS器件M 2 作为负载（长度为1μm，宽度为参数M2_W）， V in 为输入电压。在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，然后以600nm步长从300nm到3μm遍历M2_W，采用二极管连接的MOS器件负载的共源放大器DC仿真参数设置如图3-34所示。
图3-33 采用二极管连接的MOS器件负载的共源放大器仿真原理图
图3-34 采用二极管连接的MOS器件负载的共源放大器DC仿真的MOS器件参数设置
通过上述仿真可以得到M 2 在不同宽度下，采用二极管连接的MOS器件负载的共源放大器的输入-输出特性曲线，如图3-35所示。图中有6条曲线，从左至右分别为对应M2_W由小到大的输入-输出特性曲线。可知，输入-输出特性曲线的斜率绝对值随着M2_W的减小而增大。这是因为电压增益为| A V |= g m1 / g m2 ，而随着M2_W的减小， g m2 在减小，因此| A V |增大。
图3-35 采用二极管连接的MOS器件负载的共源放大器的输入-输出特性曲线
首先调用 W / L =5μm/500nm的NMOS器件作为输入管搭建仿真原理图，如图3-36所示。其中电源电压设置为1.8V，PMOS器件M 2 作为电流源负载，其宽长比为 W / L =5μm/500nm。M 2 的栅极偏置电压由M 3 和 I b 组成的电流镜结构提供，其中 I b 为电流镜的偏置电流，大小为10μA。在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in 。通过上述设置，仿真得到采用电流源负载的共源放大器的输入-输出特性曲线，如图 3-37所示。对比图3-32和图3-37所示的仿真结果，采用电流源负载的共源放大器的输入-输出特性曲线的斜率绝对值较大，这表明增益较大。这是因为电压增益为| A V |= g m r o ，在通常情况下， r o 会远大于 R D 和1/ g m ，因此采用电流源负载的共源放大器表现出相对更大的电压增益。
图3-36 采用电流源负载的共源放大器仿真原理图
图3-37 采用电流源负载的共源放大器的输入-输出特性曲线
在图3-30所示的仿真原理图基础上进行修改，将 R D 固定为10kΩ，在输入管的源极和地线之间增加负反馈电阻R S ，如图3-38所示。电源电压设置为1.8V， V in 为输入电压。在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，然后以2kΩ步长从1kΩ到10kΩ遍历 R S ，带有源极负反馈的共源放大器DC仿真参数设置如图3-39所示。
图3-38 带有源极负反馈的共源放大器仿真原理图
图3-39 带有源极负反馈的共源放大器DC仿真参数设置
通过上述设置，仿真得到带有源极负反馈的共源放大器的输入-输出特性曲线，如图 3-40所示。图中有6条曲线，从左至右分别为对应 R S 由小到大的输入-输出特性曲线。可知，带有源极负反馈的共源放大器的输入-输出特性曲线的斜率绝对值随着 R S 的增大而减小，这是因为电压增益为| A V |= R D / R S 。
图3-40 带有源极负反馈的共源放大器的输入-输出特性曲线
源极跟随器直流特性的仿真原理图如图 3-41 所示，其中 M 1 （ W / L =5μm/500nm）和 M 2 （ W / L =5μm/500nm）组成了PMOS器件作为输入管的第一种源极跟随器（输出为 V out1 ），M 2 作为电流源负载，其偏置由M 0 （ W / L =5μm/500nm）和 I b =10μA所组成的电流镜提供。第一种源极跟随器输入管的衬底连接至 V DD =1.8V，这使源极跟随器存在因体效应而导致的非线性和增益减小问题。作为对比，原理图中增加由M 3 和M 4 组成的第二种源极跟随器（输出为 V out2 ），其晶体管的参数设置与第一种的完全一致，不同之处仅在于输入管的衬底连接方法。在第二种源极跟随器中，输入管的衬底连接至其源极，进而消除了体效应带来的影响。
图3-41 源极跟随器直流特性的仿真原理图
两种源极跟随器均施加相同的输入电压 V in ，在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，得到源极跟随器的输入-输出特性曲线，如图3-42所示。其中实线为 V out1 ，虚线为 V out2 ，可知 V out2 的斜率大于 V out1 的斜率，这表明第二种源极跟随器的衬底连接方法消除了体效应带来的增益变化。
图3-42 源极跟随器的输入-输出特性曲线
为进一步分析两种输出曲线线性度的变化，利用Aether中自带的Calculator功能计算斜率。如图3-43所示进行设置，可对 V out1 曲线进行求导，得到斜率，即源极跟随器的增益。对 V out2 进行相同的操作，得到图3-44所示的输出曲线的斜率对比，其中实线对应 V out1 的斜率，虚线对应 V out2 的斜率。通过对比可以看出，当输入处于前半段时（输入管工作在饱和区）， V out2 的斜率相比 V out1 的斜率更大且更稳定，即 V out2 的线性度高于 V out1 的线性度，仿真结果表明，将输入管的衬底连接至源极可有效解决体效应带来的非线性和增益减小的问题。
图3-43 利用Calculator功能计算
图3-44 源极跟随器输出曲线的斜率对比输出曲线的斜率
共栅放大器直流特性仿真原理图如图3-45所示，其中M 1 （ W / L =5μm/500nm）和R D 组成共栅放大器，M 1 的栅极偏置在 V b =1.2V下。在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，然后以5kΩ步长从5kΩ到15kΩ遍历 R D 。
图3-45 共栅放大器直流特性仿真原理图
通过上述设置，仿真得到共栅放大器的输入-输出特性曲线，如图3-46所示。图中有3条曲线，从左至右分别为对应 R D 由小到大的输入-输出特性曲线。可知，共栅放大器的输入-输出特性曲线斜率绝对值随着 R D 的增大而增大，这是因为电压增益为| A V |= g m R D 。
图3-46 共栅放大器的输入-输出特性曲线（电压输入）
将图3-45中的输入电压源激励 V in 更换为电流源激励 I in ，重新在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以5μA步长从0μA到100μA遍历 I in ，可以得到图3-47所示的在电流输入状态下共栅放大器的输入-输出特性曲线。此时共栅放大器表现为负的跨阻特性，与式（3-43）的分析相符。
图3-47 共栅放大器的输入-输出特性曲线（电流输入）
共源共栅放大器直流特性的仿真原理图如图3-48所示，其中MOS器件M b1 ～M b11 和电流源 I b 共同组成了偏置产生电路，为共源共栅放大器提供偏置电压 V b1 ～ V b3 。MOS器件M 1 ～M 4 组成了共源共栅放大器。在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，可以得到共源共栅放大器的输入-输出特性曲线，如图3-49所示。可知，由于输入管为NMOS器件，因此当 V in 偏置在较低的0.5V附近时，共源共栅放大器的输入-输出特性曲线的斜率绝对值较大，表现出大增益特性。
图3-48 共源共栅放大器直流特性的仿真原理图
图3-49 共源共栅放大器的输入-输出特性曲线
折叠式共源共栅放大器直流特性的仿真原理图如图3-50所示，其中MOS器件M b1 ～M b11 和电流源 I b 共同组成了偏置产生电路，为折叠式共源共栅放大器提供偏置电压 V b1 ～ V b4 。MOS器件M 0 ～M 4 组成了折叠式共源共栅放大器，输入管为PMOS器件。在MSD仿真器中设置DC仿真参数，以10mV步长从0V到1.8V遍历 V in ，可以得到折叠式共源共栅放大器的输入-输出特性曲线，如图3-51所示。可知，由于输入管为PMOS器件，因此当 V in 偏置在较高的1.2V附近时，折叠式共源共栅放大器的输入-输出特性曲线的斜率绝对值较大，表现出大增益特性，其增益与共源共栅放大器的增益几乎相同。
图3-50 折叠式共源共栅放大器直流特性的仿真原理图
图3-51 折叠式共源共栅放大器的输入-输出特性曲线