电路原理图设计及Hspice实验报告.docx

1、电路原理图设计及Hspice实验报告电子科技大学成都学院（微电子技术系）实验报告书课程名称：电路原理图设计及Hspice学 号： 姓 名： 教 师： 年06月15日 实验一 基本电路图的Hspice仿真实验时间： 同组人员： 一、实验目的1.学习用Cadence软件画电路图。2.用Cadence软件导出所需的电路仿真网表。3.对反相器电路进行仿真，研究该反相器电路的特点。二、实验仪器设备Hspice软件、Cadence软件、服务器、电脑 三、实验原理和内容激励源：直流源、交流小信号源。 瞬态源：正弦、脉冲、指数、分线段性和单频调频源等几种形式。分析类型：分析类型语句由定义电路分析类型的描述语句

2、和一些控制语句组成，如直流分析（.OP）、交流小信号分析（.AC）、瞬态分析（.TRAN）等分析语句，以及初始状态设置（.IC）、选择项设置（.OPTIONS）等控制语句。这类语句以一个“.”开头，故也称为点语句。其位置可以在标题语句之间的任何地方，习惯上写在电路描述语句之后。基本原理：(1)当UI=UIL=0V时，UGS1=0，因此V1管截止，而此时|UGS2|UTP|，所以V2导通，且导通内阻很低，所以UO=UOHUDD， 即输出电平.(2)当UI=UIH=UDD时，UGS1=UDDUTN，V1导通，而UGS2=0|UTP|，因此V2截止。此时UO=UOL0，即输出为低电平。 可见，CMO

3、S反相器实现了逻辑非的功能.四、实验步骤1.打开Cadence软件，画出CMOS反相器电路图，导出反相器的HSPICE网表文件。2.修改网表，仿真出图。3.修改网表，做电路的瞬态仿真，观察输出变化，观察波形，并做说明。4.对5个首尾连接的反相器组成的振荡器进行波形仿真。5.分析仿真结果，得出结论。五、实验数据输入输出仿真：网表： * lab2c - simple inverter.options list node post.model pch pmos.model nch nmos*.tran 200p 20n .dc vin 0 5 1m sweep data=w.print v(1) v

4、(2).param wp=10u wn=10u.data wwp wn10u 10u20u 10u40u 10u40u 5u.enddatavcc vcc 0 5vin in 0 2.5 *pulse .2 4.8 2n 1n 1n 5n 20ncload out 0 .75pm1 vcc in out vcc pch l=1u w=wpm2 out in 0 0 nch l=1u w=wn.altervcc vcc 0 3.end图像：瞬态仿真：网表：* lab2c - simple inverter.options list node post.model pch pmos.model n

5、ch nmos.tran 200p 20n .print tran v(1) v(2)vcc vcc 0 5vin in 0 2.5 pulse .2 4.8 2n 1n 1n 5n 20ncload out 0 .75pm1 vcc in out vcc pch l=1u w=20um2 out in 0 0 nch l=1u w=20u.endcload out 0 .75pm1 vcc in out vcc pch l=1u w=20um2 out in 0 0 nch l=1u w=20u.end图像：网表：* lab2d - 5 stage driver.options list n

6、ode post*.model pch pmos*.model nch nmos.tran 1n 10n.print tran v(1) v(2) i(vcc).global vcc.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.lib ttvcc vcc 0 5*vin 1 0 2.5 pulse .2 3 .5 2n 2n 2n 5n 20n.ic v(1)=5xinv1 1 2 invxinv2 2 3 invxinv3 3 4 invxinv4 4 5 invxinv5 5 1 inv*cd1 6 0 1.75f.subckt inv in out m1 vcc in

7、 out vcc PENH l=1u w=20um2 out in 0 0 NENH l=1u w=20u.ends inv.end图像：对5个首尾连接的反相器组成的振荡器进行波形仿真。* lab2d - 5 stage driver.options list node post.tran 1n 30n.print tran v(1) v(2) i(vcc).global vccvcc vcc 0 5.ic v(1)=5.lib E:chycz6h_v20.lib ttxinv1 1 2 inv1xinv2 2 3 inv1xinv3 3 4 inv1xinv4 4 5 inv1xinv5 5

8、 1 inv2.subckt inv1 in out m1 vcc in out vcc PEPH l=1u w=20um2 out in 0 0 NENH l=1u w=20u.ends inv1.subckt inv2 in out m1 vcc in out vcc PEPH l=1u w=20um2 out in 0 0 NENH l=1u w=20u.ends inv2 .end仿真图像：六、结果及分析仿真结果已经在实验步骤中得出。通过上机实际操作电脑对反相器进行仿真，验证了电路的基本功能；巩固了模拟电路中的一些基本单元和模块，从中还学到了集成电路工艺和版图方面的一些知识。不但学会了

9、电路仿真方面的很多基本技能，而且对微电子工艺也进一步得到了掌握；通过对反相器电路的仿真，掌握了HSPICE软件的使用。提高了自己的动手能力。将书本上学的理论知识实际操作了一遍，为以后做模拟电路的工作打下看良好的基础；最终完成反相器电路的各种仿真，感觉收获颇大。实验二 偏置及电流镜实验时间： 同组人员： 一、实验目的1.巩固用Cadence软件画电路图2.用Cadence软件导出所需的电路仿真网表。3.对偏置及电流镜电路进行仿真，并研究该电路的特点。二、实验仪器设备Hspice软件、Cadence软件、服务器、电脑 三、实验原理和内容四、实验步骤1.打开Cadence软件，画出偏置及电流镜的电路

10、图，导出偏置及电流镜的HSPICE网表文件。2.修改网表，仿真出图。3.修改网表，做电路的瞬态仿真，观察输出变化，观察波形，并做说明。4.仿真当为1X电流镜时的电路。5.仿真当沟道长度都增加10倍时的电路。6.仿真当为4X电流镜时，只需要沟道宽度增加4倍的电路。7.分析仿真结果，得出结论。五、实验数据仿真网表：* auCdl Netlist:* * Library Name: zyz* Top Cell Name: lab4* View Name: schematic* Netlisted on: Apr 28 15:50:08 2011*.BIPOLAR*.RESI = 2000 *.RES

11、VAL*.CAPVAL*.DIOPERI*.DIOAREA*.EQUATION*.SCALE METER*.MEGA.PARAM*.GLOBAL vcc!+ gnd!*.PIN vcc!*+ gnd!* Library Name: zyz* Cell Name: lab4* View Name: schematic*.SUBCKT lab4*.PININFORR0 vcc! net5 500 $RPMM0 net5 net5 gnd! gnd! NM W=1u L=10u m=1.ENDS*lab4.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.lib tt.OPTIONS

12、POST LIST node.GLOBAL vcc!+ gnd!vcc vcc! 0 3.dc vcc 0 5 0.1MM0 vref vref gnd! nenh W=5u L=1u m=1RR0 vcc! vref 500k.print v(Vref) i(mm0).end*lab4.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.lib tt.OPTIONS POST LIST node.GLOBAL vcc!+ gnd!vcc vcc! 0 3.dc vcc 0 5 0.1MM0 vref vref gnd! nenh W=5u L=1u m=1RR0 vcc! vre

13、f r_value.dc r_value 500k 2000k 100.param r_value=1020k wn=5u.print v(Vref) i(mm0).end仿真图像：更改宽长比时：1.当为1X电流镜时*mirror2.libF:hspice0631cz6h_v20.libtt.options list node postMM0 vref vref gnd! gnd! nenh w=5 L=1u m=1RR0 vcc! vref r_value $RPMM1 vout vref gnd! gnd! nenh w=5 L=1u m=1vout vout 0 3.dc vout 0

14、3 0.1vcc vcc! 0 3.param r_value=1020k .print v(vref) i(mm0) i(mm1).end仿真图像:当沟道长度都增加10倍时2.当为4X电流镜时，只需要沟道宽度增加4倍。*mirror2.libF:hspice0631cz6h_v20.libtt.options list node postMM0 vref vref gnd! gnd! nenh w=5 L=10u m=1RR0 vcc! vref r_value $RPMM1 vout vref gnd! gnd! nenh w=20 L=10u m=1vout vout 0 3.dc vo

15、ut 0 3 0.1vcc vcc! 0 3.param r_value=1020k .print v(vref) i(mm0) i(mm1).end仿真图像:六、结果及分析如上所知，所有仿真结果已经在实验步骤中得出。通过上机实际操作电脑对偏置及电流镜进行仿真，验证了电路的基本功能；巩固了模拟电路中的一些基本单元和模块，从中还学到了集成电路工艺和版图方面的一些知识。不但学会了电路仿真方面的很多基本技能，而且对微电子工艺也进一步得到了掌握；通过对偏置及电流镜电路的仿真，掌握了HSPICE软件的使用。提高了自己的动手能力。将书本上学的理论知识实际操作了一遍，为以后做模拟电路的工作打下看良好的基础；

16、最终完成偏置及电流镜电路的各种仿真，感觉收获颇大。 实验三 共源放大器（一）实验时间： 同组人员 一、实验目的1.学习用Cadence软件画电路图。2.用Cadence软件导出所需的电路仿真网表。3.对共源放大器电路进行仿真，并研究该电路的特点。二、实验仪器设备Hspice软件、Cadence软件、服务器、电脑 三、实验原理和内容实验原理：析类型语句由定义电路分析类型的描述语句和一些控制语句组成，如直流分析（.OP）、交流小信号分析（.AC）、瞬态分析（.TRAN）等分析语句，以及初始状态设置（.IC）、选择项设置（.OPTIONS）等控制语句。这类语句以一个“.”开头，故也称为点语句。其位置

17、可以在标题语句之间的任何地方，习惯上写在电路描述语句之后。实验内容：1.放大器的瞬态仿真2.放大器的20mV失真仿真3.放大器的栅变宽仿真4.放大器在正常情况下的仿真四、实验步骤1.打开Cadence软件，画出共源放大器的电路图，导出偏置及电流镜的HSPICE网表文件。2.修改网表，仿真出图。3.修改网表，做电路的瞬态仿真，观察输出变化，观察波形，并做说明。4.修改网表，对共源放大器瞬态进行仿真。5.修改网表，对共源放大器20V失真进行仿真。6 修改网表，对共源放大器的栅变宽进行仿真。7.在正常情况下对共源放大器进行仿真.8.分析仿真结果，得出结论。五、实验数据仿真网表：*.lib F:HIS

18、PICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uvin vin 0 2.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print.end仿真图像：瞬态仿真网表：*.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4

19、u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uvin vin 0 1.79 sin(1.79 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print.end瞬态仿真图像：*.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uv

20、in vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print.end失真网表（20mV）*.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uvin vin 0 1.787 sin(1.787 20m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0

21、3 1mvdd vdd 0 3.op.print.end 失真图像（20mV）栅变宽 网表：*.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=11uIref VDD Vref 1uvin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print.end栅变宽图像：正常情况下的网表：*.l

22、ib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uvin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print.end正常情况下的图像： *.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 n

23、enh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uvt vt 0 dc 0 ac 1m.ac dec 100 10 10gc1 vout vt 1 vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print ac ro=par(v(vt)/i(vt).end当输出端加载负载电容CL（并改变电容大小），观察输出波形的变化；改加负载电阻RL，观察输出波形的变化

24、；*.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uRL vout 0 1megvin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print ac ro=par(v(vt)/i(vt).end设计一源随器作为输出级，再在输出端加1兆欧姆的负载RL

25、， 观察输出波形的变化；增加输入信号的幅度，观察输出失真的情况*.lib F:HISPICE2840710631cz6h_v20.libttM0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10uM1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10uIref VDD Vref 1uCL vout 0 100p*RL vout 0 1megvin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k).tran 1u 10m.dc vin 0 3 1mvdd vdd 0 3.op.print ac ro=p

26、ar(v(vt)/i(vt).end六、结果及分析结果：只能加小的负载或跟源随器总结：如上所知，所有仿真结果已经在实验步骤中得出。通过上机实际操作电脑对共源放大器进行仿真，验证了电路的基本功能；巩固了模拟电路中的一些基本单元和模块，从中还学到了集成电路工艺和版图方面的一些知识。不但学会了电路仿真方面的很多基本技能，而且对微电子工艺也进一步得到了掌握；通过对共源放大器电路的仿真，掌握了HSPICE软件的使用。提高了自己的动手能力。将书本上学的理论知识实际操作了一遍，为以后做模拟电路的工作打下看良好的基础；最终完成共源放大器电路的各种仿真，感觉收获颇大。实验四 共源放大器（二）实验时间： 同组人员

27、： 一、实验目的1.学习用Cadence软件画电路图。2.用Cadence软件导出所需的电路仿真网表。3.对共源放大器电路进行仿真，并研究该电路的特点。二、实验仪器设备Hspice软件、Cadence软件、服务器、电脑 三、实验原理和内容析类型语句由定义电路分析类型的描述语句和一些控制语句组成，如直流分析（.OP）、交流小信号分析（.AC）、瞬态分析（.TRAN）等分析语句，以及初始状态设置（.IC）、选择项设置（.OPTIONS）等控制语句。这类语句以一个“.”开头，故也称为点语句。其位置可以在标题语句之间的任何地方，习惯上写在电路描述语句之后。内容：1.VDD=3V, 设置M1、M2的宽长

28、比，使放大倍数大约为4倍（令L1=L2=1u)。2.扫描vin, 观察输入输出曲线（即观察 Vout随Vin的变化情况），计算放大器的输入范围。3.增大正弦信号的幅度（超出输入范围），观察波形是否失真。4.进行AC和零极点分析，观察零极点位置。5.再在输人端和输出端之间加上1pF的电容，观察零极点的变化。四、实验步骤1.打开Cadence软件，画出共源放大器的电路图，导出偏置及电流镜的HSPICE网表文件。2.修改网表，仿真出图。3.修改网表，做电路的瞬态仿真，观察输出变化，观察波形，并做说明。4.修改网表，VDD=3V, 设置M1、M2的宽长比，使放大倍数大约为4倍（令L1=L2=1u)进行仿真。5.修改网表，对共源放大器扫描vin, 观察输入输出曲线（即观察 Vout随Vin的变化情况），计算放大器的输入范围。进行仿真。6 修改网表，对共源放大器进行AC和零极点分析，观察零极点位置进行仿真。7.修改网表，在输人端和输出端之间加上1pF的电容，观察零极点的变化进行仿真.8.分析仿真结果，得出结论。五、实验数据1.VDD=3V, 设置M1、M2的宽长比，使放大倍数大约为4倍（令L1=L2=1u)*cs.libF:hspice0631cz6h_v20.libttvcc vcc! 0 3vin vin 0 sin(1.1