非门与非门或非门的电路结构与仿真剖析Word文件下载.docx
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（1）组成：
一个增强型NMOS管和一个增强型PMOS管相连接而组成的；
下方的NMOS管的衬底（P型硅）都接地，而PMOS管衬底（N型硅）都接Vdd，这种对衬底的偏置方式可以避免源，漏区和衬底形成的PN结正偏，防止寄生效应。
（2）结构：
CMOS反相器中输入端直接连接在NMOS管和PMOS管的栅极上，输入端引入的输入电平会直接影响NMOS管和PMOS管的工作状态。
而NMOS管和PMOS管的漏极则相互连接起来，构成了输出端，对外提供输出电平（Vout）.
注意：
反相器的输出端并不是孤立的节点，而是连接有负载电容。
（3）在CMOS反相器中，NMOS管和PMOS管的栅源电压和漏源电压与输入，输出电平的关系为：
V（GSN）=V（in）;
V（DSN）=V（out）
V（GSP）=V（in）-V（DD）;
V（DSP）=V（out）-V（DD）;
备注：
G为栅极，S为源极，D为漏极。
（5）反相器的工作原理：
静态工作的CMOS反相器，当输入为逻辑值“0”时（V（in）=0V）,NMOS管的接地端为源极，NMOS管上的栅源电压为0V,而PMOS管接V（DD）的是源极，PMOS管的栅源电压为-V（DD）.这就使得NMOS管处于截止状态而PMOS管处于导通状态；
通过导通的PMOS管，在电源电压V（DD）与输出端连接的负载电容之间建立起了导电通路。
可以将负载电容充电到V（DD）,使得输出的逻辑值变为“1”；
当输入为逻辑值“1”时（此时的输入电平为V（DD）,即V（in）=V（DD））,由于PMOS管的栅源电压为0V,而NMOS管的栅源电压为V（DD）,使得PMOS管处于截止状态而NMOS管处于导通状态，这样就在负载电容与地电极之间通过NMOS管建立起了导电通路，使得负载电容被放电到0V，这就使输出逻辑值变为“0”。
（6）反相器的直流电压传输特性：
当输入电压处于0-VDD之间，此时的输出电平将随着输入电平的不同而发生变化，此时输入电平与输出电平的关系就是直流电压传输特性。
（7）电路的直流噪声容限：
在实际电路电路参数的设计中，允许电路的输入电平在一定的范围之内，在此变化范围内可以保证电路输出电平在逻辑上仍然是正确的。
电路中允许的输入电平变化范围称为电路的直流噪声容限。
（8）采用对称设计的CMOS反相器有相同的输入高电平和输出低电平的噪声容限。
最大噪声容限V（it）,V（in）<
V（it）,V（out）<
V（it）;
而如果V（in）>
V（it）,则V（out）<
V（it）.
2.两输入与非门:
（1）.逻辑功能：
=C,其中A,B均为输入，C为输出。
（2）.原理：
当两个输入信号A,B都是低电平（即逻辑1）时，2个NMOS管都截止，2个PMOS管都导通，上拉开关都接通，下拉开关都断开，因此输出必然是高电平Vdd。
同理可得，输出为低电平的情况。
3.两输入或非门：
（1）逻辑功能：
=C
（2）原理：
只有当两个输入信号A和B都是低电平时，2个NMOS管都截止，2个串联的PMOS管都导通，才能使下拉开关都断开，上拉开关都接通，形成上拉通路，使输出为高电平。
四、实验方法与步骤
实验方法：
计算机平台：
AsusA450C（interCorei5-3337U1.8GHz）
软件仿真平台：
操作系统（windows7或者windowsXP），软件（Hpice）
实验步骤：
1.设计反相器的实验步骤：
（1）编写源代码。
在记事本编辑器上编写反相器描述代码。
并以.sp文件扩展名存储文件。
（2）打开Hspice软件平台，点击open按钮，然后在系统文件中找到反相器的.sp文件，加入到当前选项。
点击“simulate”,仿真后进行编译EditLL.
（3）编译运行通过后。
点击Avanwaves;
（4）查看输出特性曲线；
2.设计二输入与非门的实验步骤；
在记事本编辑器上编写二输入与非门描述代码。
（2）打开Hspice软件平台，点击open按钮，然后在系统文件中找到二输入与非门的.sp文件，加入到当前选项。
3.设计二输入或非门：
在记事本编辑器上编写二输入或非门描述代码。
（2）打开Hspice软件平台，点击open按钮，然后在系统文件中找到二输入或非门的.sp文件，加入到当前选项。
五、实验仿真结果及其分析
反相器：
1、仿真过程
1）代码：
*SamplenetlistforGSMC
.TEMP25.0000
.paramwn=1uwp=0.28uLmin=0.28uvdd=3.6v
.lib’gd018.1’TT
.optionpost
vddvcc0dcvdd
*---VoltageSources---
*---InverterSubcircuit---
M1n2n1vccvccPCHw=wpL=Lmin
M2n2n100NCHw=wnL=Lmin
C1n2010p
vsn10
*---TransientAnalysis---
.dcvs0vdd0.01
.printdcv（n2）I（m2）
.alter
.paramwp=1u
.paramwp=3u
.paramwp=9u
.paramwp=27u
.end
2）编译或调试过程（中间出现的情况与结果）
写入gd018库文件：
.lib'
gd018.l'
TT
1和l输入搞混，导致编译无法通过。
2、仿真结果及分析
1）仿真结果
2）仿真结果分析
其中橙色曲线为输出曲线；
由图可知：
V（TN）=500mV,V（it）=1V,V（DD）=2.5V;
两输入与非门：
1.仿真过程：
（1）代码：
*SamplenetlistforGSMC
.paramwn=30uwp=30uLmin=6uvdd=3.6v
Mp1n3n2vccvccPCHw=wpL=Lmin
Mp2n3n1vccvccPCHw=wpL=Lmin
Mn1n3n1n40NCHw=wnL=Lmin
Mn2n4n200NCHw=wnL=Lmin
vsn10dc=5v
vdn20dc=5v
.dcvs0vdd0.01vd0vddvdd
.printv（n3）
（2）编译或调试过程（中间出现的情况与结果）
编译调试均正常；
2.仿真结果及分析
（1）仿真结果：
（2）仿真结果分析：
图中红绿两条直线各自表示两个输入端电压变化曲线，蓝色曲线表示反相器的输出曲线，最下方绿色的曲线是两输入与非门的输出曲线。
可以看出当两个输入端的电压值在不断上升，随着输入端电压的上升，与非门输出曲线从低电平向高电平过渡。
两输入或非门：
Mp1vccn1n4vccPCHw=wpL=Lmin
Mp2n4n2n3n4PCHw=wpL=Lmin
Mn1n3n100NCHw=wnL=Lmin
Mn2n3n200NCHw=wnL=Lmin
C1n300.1p
vsn10
vdn20
.lib'
gd018.1'
TT
（2）编译或调试过程
编译调试过程正常，无差错；
2.仿真结果及分析：
图中的蓝色，绿色曲线均为输入曲线，红色为输出曲线；
输入曲线中只要有高电平的出现，输出结果就为低电平；
输入曲线若均处于低电平范围内，则输出结果为高电平。
六、实验结论
通过研究反相器的电压特性曲线，我们可以使用NMOS和PMOS晶体管设计出与非门，或非门等门电路。
七、实验心得
Hspice的优点是将输入和输出信号，部分器件和整体逻辑电路的特性曲线都体现在一个坐标轴上。
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