电路原理图设计及Hspice实验报告.docx

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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=UOH≈UDD，即输出电平.

（2）当UI=UIH=UDD时，UGS1=UDD>UTN，V1导通，而UGS2=0<|UTP|，因此V2截止。

此时UO=UOL≈0，即输出为低电平。

可见，CMOS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-simpleinverter

.optionslistnodepost

.modelpchpmos

.modelnchnmos

*.tran200p20n

.dcvin051msweepdata=w

.printv

（1）v

（2）

.paramwp=10uwn=10u

.dataw

wpwn

10u10u

20u10u

40u10u

40u5u

.enddata

vccvcc05

vinin02.5*pulse.24.82n1n1n5n20n

cloadout0.75p

m1vccinoutvccpchl=1uw=wp

m2outin00nchl=1uw=wn

.alter

vccvcc03

.end

图像：

瞬态仿真：

网表：

*lab2c-simpleinverter

.optionslistnodepost

.modelpchpmos

.modelnchnmos

.tran200p20n

.printtranv

（1）v

（2）

vccvcc05

vinin02.5pulse.24.82n1n1n5n20n

cloadout0.75p

m1vccinoutvccpchl=1uw=20u

m2outin00nchl=1uw=20u

.endcloadout0.75p

m1vccinoutvccpchl=1uw=20u

m2outin00nchl=1uw=20u

.end

图像：

网表：

*lab2d-5stagedriver

.optionslistnodepost

*.modelpchpmos

*.modelnchnmos

.tran1n10n

.printtranv

（1）v

（2）i（vcc）

.globalvcc

.lib'F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib'tt

vccvcc05

*vin102.5pulse.23.52n2n2n5n20n

.icv

（1）=5

xinv112inv

xinv223inv

xinv334inv

xinv445inv

xinv551inv

*cd1601.75f

.subcktinvinout

m1vccinoutvccPENHl=1uw=20u

m2outin00NENHl=1uw=20u

.endsinv

.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-5stagedriver

.optionslistnodepost

.tran1n30n

.printtranv

（1）v

（2）i（vcc）

.globalvcc

vccvcc05

.icv

（1）=5

.lib'E:

\chy\cz6h_v20.lib'tt

xinv112inv1

xinv223inv1

xinv334inv1

xinv445inv1

xinv551inv2

.subcktinv1inout

m1vccinoutvccPEPHl=1uw=20u

m2outin00NENHl=1uw=20u

.endsinv1

.subcktinv2inout

m1vccinoutvccPEPHl=1uw=20u

m2outin00NENHl=1uw=20u

.endsinv2

.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：

************************************************************************

*auCdlNetlist:

*

*LibraryName:

zyz

*TopCellName:

lab4

*ViewName:

schematic

*Netlistedon:

Apr2815:

50:

082011

*********************************************************************

*.BIPOLAR

*.RESI=2000

*.RESVAL

*.CAPVAL

*.DIOPERI

*.DIOAREA

*.EQUATION

*.SCALEMETER

*.MEGA

.PARAM

*.GLOBALvcc!

+gnd!

*.PINvcc!

*+gnd!

*********************************************************************

*LibraryName:

zyz

*CellName:

lab4

*ViewName:

schematic

*********************************************************************

.SUBCKTlab4

*.PININFO

RR0vcc!

net5500$[RP]

MM0net5net5gnd!

gnd!

NMW=1uL=10um=1

.ENDS

*lab4

.lib'F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib'tt

.OPTIONSPOSTLISTnode

.GLOBALvcc!

+gnd!

vccvcc!

03

.dcvcc050.1

MM0vrefvrefgnd!

nenhW=5uL=1um=1

RR0vcc!

vref500k

.printv（Vref）i（mm0）

.end

*lab4

.lib'F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib'tt

.OPTIONSPOSTLISTnode

.GLOBALvcc!

+gnd!

vccvcc!

03

.dcvcc050.1

MM0vrefvrefgnd!

nenhW=5uL=1um=1

RR0vcc!

vrefr_value

.dcr_value500k2000k100

.paramr_value=1020kwn=5u

.printv（Vref）i（mm0）

.end

仿真图像：

更改宽长比时：

1.当为1X电流镜时

*mirror2

.lib'F:

\hspice0631\cz6h_v20.lib'tt

.optionslistnodepost

MM0vrefvrefgnd!

gnd!

nenhw=5L=1um=1

RR0vcc!

vrefr_value$[RP]

MM1voutvrefgnd!

gnd!

nenhw=5L=1um=1

voutvout03

.dcvout030.1

vccvcc!

03

.paramr_value=1020k

.printv（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

.lib'F:

\hspice0631\cz6h_v20.lib'tt

.optionslistnodepost

MM0vrefvrefgnd!

gnd!

nenhw=5L=10um=1

RR0vcc!

vrefr_value$[RP]

MM1voutvrefgnd!

gnd!

nenhw=20L=10um=1

voutvout03

.dcvout030.1

vccvcc!

03

.paramr_value=1020k

.printv（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；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:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

vinvin02

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.print

.end

仿真图像：

瞬态仿真网表：

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

vinvin01.79sin（1.791m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.print

.end

瞬态仿真图像：

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

vinvin01.787sin（1.7871m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.print

.end

失真网表（20mV）

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

vinvin01.787sin（1.78720m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.print

.end

失真图像（20mV）

栅变宽网表：

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=11u

IrefVDDVref1u

vinvin01.787sin（1.7871m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.print

.end

栅变宽图像：

正常情况下的网表：

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

vinvin01.787sin（1.7871m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.print

.end

正常情况下的图像：

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

vtvt0dc0ac1m

.acdec1001010g

c1voutvt1

vinvin01.787sin（1.7871m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.printacro=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；

***

.lib"F:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

RLvout01meg

vinvin01.787sin（1.7871m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.printacro=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，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:

\HISPICE\2840710631\cz6h_v20.lib"tt

M0VrefVref00nenhL=4uW=10u

M2VoutVref00nenhL=4uW=10u

M1VoutVinVDDVDDpenhL=2uW=10u

IrefVDDVref1u

CLvout0100p

*RLvout01meg

vinvin01.787sin（1.7871m1k）

.tran1u10m

.dcvin031m

vddvdd03

.op

.printacro=par（'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：

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

.lib'F:

\hspice0631\cz6h_v20.lib'tt

vccvcc!

03

vinvin0sin（1.1