电路原理图设计及Hspice实验报告

电子科技大学成都学院

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实验报告书

电路原理图设计及Hspice

年06月15日

（微电子技术系）

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 - 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(2)

.param wp=10u wn=10u .data w wp wn 10u 10u 20u 10u 40u 10u 40u 5u .enddata vcc vcc 0 5

vin in 0 2.5 *pulse .2 4.8 2n 1n 1n 5n 20n cload out 0 .75p

m1 vcc in out vcc pch l=1u w=wp m2 out in 0 0 nch l=1u w=wn .alter

vcc vcc 0 3 .end 图像：

瞬态仿真：

网表：

* lab2c - simple inverter .options list node post

.model pch pmos .model nch nmos .tran 200p 20n

.print tran v(1) v(2) vcc vcc 0 5

vin in 0 2.5 pulse .2 4.8 2n 1n 1n 5n 20n cload out 0 .75p

m1 vcc in out vcc pch l=1u w=20u m2 out in 0 0 nch l=1u w=20u .endcload out 0 .75p

m1 vcc in out vcc pch l=1u w=20u m2 out in 0 0 nch l=1u w=20u .end 图像：

网表：

* lab2d - 5 stage driver .options list node post *.model pch pmos *.model nch nmos .tran 1n 10n

.print tran v(1) v(2) i(vcc) .global vcc

.lib 'F:\\HISPICE\\2840710631\\cz6h_v20.lib' tt vcc vcc 0 5

*vin 1 0 2.5 pulse .2 3 .5 2n 2n 2n 5n 20n .ic v(1)=5 xinv1 1 2 inv xinv2 2 3 inv xinv3 3 4 inv xinv4 4 5 inv xinv5 5 1 inv *cd1 6 0 1.75f

.subckt inv in out

m1 vcc in out vcc PENH l=1u w=20u m2 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

MM0 vref vref gnd! gnd! nenh w=5 L=10u m=1 RR0 vcc! vref r_value $[RP]

MM1 vout vref gnd! gnd! nenh w=20 L=10u m=1 vout vout 0 3 .dc vout 0 3 0.1 vcc 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；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 \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u vin vin 0 2 .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op .print .end

仿真图像：

瞬态仿真网表： ***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u

vin vin 0 1.79 sin(1.79 1m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op .print .end

瞬态仿真图像：

***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u

vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op .print .end

失真网表（20mV）

***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u

vin vin 0 1.787 sin(1.787 20m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op .print

.end

失真图像（20mV）

栅变宽 网表： ***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=11u Iref VDD Vref 1u

vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op .print .end

栅变宽图像：

正常情况下的网表： ***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u

vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k)

.tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op .print .end

正常情况下的图像：

***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u vt vt 0 dc 0 ac 1m .ac dec 100 10 10g c1 vout vt 1

vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd 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； ***

.lib \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u RL vout 0 1meg

vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd 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，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 \M0 Vref Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 Vout Vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 Vout Vin VDD VDD penh L=2u W=10u Iref VDD Vref 1u CL vout 0 100p *RL vout 0 1meg

vin vin 0 1.787 sin(1.787 1m 1k) .tran 1u 10m .dc vin 0 3 1m vdd vdd 0 3 .op

.print ac ro=par('v(vt)/i(vt)') .end

观察

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 vcc vcc! 0 3

vin vin 0 sin(1.1 20m 1k) .tran 0.1m 10m

.options list node post

MM1 vout vin 0 0 nenh W=16u L=1u

MM2 vout vout vcc! vcc penh W=2u L=1u .print v(vin) v(vout) .end

仿真图像：

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 *cs

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt vcc vcc! 0 3

vin vin 0 sin(1.1 20m 1k) .tran 0.1m 10m .dc vin 0 3 0.1

.options list node post

MM1 vout vin 0 0 nenh W=16u L=1u

MM2 vout vout vcc! vcc penh W=2u L=1u .print v(vin) v(vout) .end

仿真图像：

中间斜率稳定段为放大器输入范围 3.增大正弦信号的幅度（超出输入范围），观察波形是否失真 仿真图像：

输出波形失真

4.进行AC和零极点分析，观察零极点位置。 *cs1

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt vcc vcc! 0 3

vin vin 0 1.1 ac 20m sin(1.1 20m 1k) .ac dec 10 100 1000g .options list node post

MM1 vout vin 0 0 nenh W=16u L=1u

MM2 vout vout vcc! vcc! penh W=2u L=1u c1 vout 0 1p c2 vin vout 1p .pz v(vout) vin

.print ac vdb(vout,vin) vp(vout,vin) .print v(vin) v(vout) .end

仿真图像： 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

仿真图像：

六、结果及分析

结果：仿真结果已经在上实验步骤中得出。

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。

实验五 电流源做负载的共源放大器

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, IREF=1uA，扫描vin, 观察输入输出曲线，根据结果把Vin偏置在合适的位置。

2.输入端加正弦信号，根据瞬态仿真的结果，检验偏置位置是否正确（输出偏置电平应该调整在1.5伏左右）；加大输入信号的幅度，直到达到最大输出摆幅。 3.稍稍改变M1管的栅宽，观察输出电平的变化。 4.设计仿真电路，计算电路的输出电阻。

5.在输出端加载负载电容CL=10P（并改变电容大小），观察输出波形的变化。 6.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。

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VDD=3V, IREF=1uA，扫描vin, 观察输入输出曲线，根据结果把Vin偏置在合适的位置进行仿真。

5.修改网表，对共源放大器.输入端加正弦信号，根据瞬态仿真的结果，检验偏置位置是否正确（输出偏置电平应该调整在1.5伏左右）；加大输入信号的幅度，直到达到最大输出摆幅进行仿真。

6 修改网表，对共源放大器稍稍改变M1管的栅宽，观察输出电平的变化进行仿真。

7. 在输出端加载负载电容CL=10P（并改变电容大小），观察输出波形的变化对共源放大器进行仿真. 8.修改网表，对共源放大器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，观察输出进行仿真。 9.分析仿真结果，得出结论。

五、实验数据

1.VDD=3V, IREF=1uA，扫描vin, 观察输入输出曲线，根据结果把Vin偏置在合适的位置。 *cs1

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt iref vdd vref 1u

M0 vref vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 vout vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 vout vin vdd vdd penh L=2u W=10u vdd vdd 0 3 vin vin 0 3 .dc vin 0 3 1m .op .print .end

当X轴电压为1.79v时，即Vin=1.79v时为合适位置

2.输入端加正弦信号，根据瞬态仿真的结果，检验偏置位置是否正确（输出偏置电平应该调整在1.5伏左右）；加大输入信号的幅度，直到达到最大输出摆幅 *cs2

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt

iref vdd vref 1u

M0 vref vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 vout vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 vout vin vdd vdd penh L=2u W=10u vdd vdd 0 3

vin vin 0 1.79 sin(1.79 1m 1k) .dc vin 0 3 1m .tran 1u 10m .op .print .end

仿真图像：

3.稍稍改变M1管的栅宽，观察输出电平的变化 当M1 vout vin vdd vdd penh L=2u W=11u时。 仿真图像：

4.设计仿真电路，计算电路的输出电阻 *cs2

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt iref vdd vref 1u

M0 vref vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 vout vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 vout vin vdd vdd penh L=2u W=11u vdd vdd 0 3

vin vin 0 1.79 sin(1.79 1m 1k) c1 vout vt 1

vt vt 0 dc 0 ac 1m .ac dec 100 10 10g .dc vin 0 3 1m .tran 1u 10m

.op

.print ac ro=par('v(vt)/i(vt)') .end

输出电阻为10M左右

5.在输出端加载负载电容CL=10P（并改变电容大小），观察输出波形的变化； *cs2

.lib'F:\\hspice631\\cz6h_v20.lib'tt iref vdd vref 1u

M0 vref vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 vout vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 vout vin vdd vdd penh L=2u W=11u vdd vdd 0 3

vin vin 0 1.79 sin(1.79 1m 1k) CL vout 0 10p .dc vin 0 3 1m .tran 1u 10m .op .end

仿真图像：

改加负载电阻RL=1M时。

输出电压被电阻上电压拉得很低，故不能加电阻负载

6.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

*cs2

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt iref vdd vref 1u

M0 vref vref 0 0 nenh L=4u W=10u M2 vout vref 0 0 nenh L=4u W=10u M1 vout vin vdd vdd penh L=2u W=10u M3 vdd vout vout1 0 nenh L=1u W=20u M4 vout1 vref 0 0 nenh L=4u W=40u vdd vdd 0 3

vin vin 0 1.79 sin(1.79 1m 1k) RL vout1 0 1meg .dc vin 0 3 1m .tran 1u 10m .op .end

仿真图像：

六、结果及分析

结果：仿真结果已经在上实验步骤中得出。

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。

实验六 差分放大器

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.对差分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, 把Vcm、Vb偏置在合适的位置，放大倍数大约为4倍，时域下验证放大的波形。

2.保持Vin2不变，扫描Vin1，观察两边电流、电压的变化，确定最大差分输入范围。超出范围加载输入信号，观察波形失真的情况。如下图差分放大器。VDD=3V，要求尾电流源大约为200uA，输出摆幅1.5V，增益200以上，验证放大波形。

3.设计仿真电路，测量差分放大器的CMRR；改变尾电流源栅长（保持200uA的电流大小），比较结果。

4.使用如下图所示Cascode结构作为尾电流源，测量CMRR，和前面的结果比较。

四、实验步骤

1.打开Cadence软件，画出差分放大器的电路图，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，对差分放大器VDD=3V, 把Vcm、Vb偏置在合适的位置，放大倍数大约为4倍，时域下验证放大的波形进行仿真。

5.修改网表，对差分放大器保持Vin2不变，扫描Vin1，观察两边电流、电压的变化，确定最大差分输入范围。超出范围加载输入信号，观察波形失真的情况。 如下图差分放大器。VDD=3V，要求尾电流源大约为200uA，输出摆幅1.5V，增益200以上，验证放大波形进行仿真。

6.修改网表，对差分放大器设计仿真电路，测量差分放大器的CMRR；改变尾电流源栅长（保持200uA的电流大小），比较结果进行仿真。

8.修改网表，对差分放大器使用如下图所示Cascode结构作为尾电流源，测量CMRR，和前面的结果比较 进行仿真。

9.分析仿真结果，得出结论。

五、实验数据

1.VDD=3V,把Vcm、Vb偏置在合适的位置，放大倍数大约为4倍，时域下验证放大的波形。 *chafen

.lib'F:\\hspice0631cz6h_v20.lib'tt vcc vcc! 0 3

v1 v1 0 vcm sin(2 1m 1k) v2 v2 0 vcm sin(2 -1m 1k) .tran 0.1m 10m vb vb 0 1.5v .op

.param vcm=2 .tran 0.1m 10m

.options list node post

MM6 net31 vb gnd! gnd! nenh W=20u L=4u MM5 vout2 v2 net31 gnd! nenh W=80u L=1u MM1 vout1 v1 net31 gnd! nenh W=80u L=1u MM3 vout2 vout2 vcc! vcc! penh W=10u L=1u MM0 vout1 vout1 vcc! vcc! penh W=10u L=1u .print v(v1) v(v2) v(vout1,vout2) .end

仿真图像：

差分输入为2mV，输出为8 mV，故放大4倍

2.保持Vin2不变，扫描Vin1，观察两边电流、电压的变化，确定最大差分输入范围。超出范围加载输入信号，观察波形失真的情况。

如下图差分放大器。VDD=3V，要求尾电流源大约为200uA，输出摆幅1.5V，增益200以上，验证放大波形。

*chafen

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt vdd vdd 0 3

m1 vd1 vi1 vsn 0 nenh w=100u l=2u m2 vd2 vi2 vsn 0 nenh w=100u l=2u m3 vd1 vd1 vdd vdd penh w=200u l=2u m4 vd2 vd1 vdd vdd penh w=200u l=2u m5 vsn vb 0 0 nenh w=200u l=5u iref vdd vb 100u

mb vb vb 0 0 nenh w=100u l=5u vb vb 0 1.3

vi1 vi1 0 2 sin(1.5 1m 1k) vi2 vi2 0 2 sin(1.5 -1m 1k) .tran 1m 10m .op

.print tran i(m1) i(m2) i(m5) v(vd2) .end

仿真图像：

增益约为150

3.设计仿真电路，测量差分放大器的CMRR；改变尾电流源栅长（保持200uA的电流大小），比较结果 *chafen

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt .subckt diff_amp vb vi1 vi2 vd2 vdd vdd 0 3

m1 vd1 vi1 vsn 0 nenh w=100u l=2u m2 vd2 vi2 vsn 0 nenh w=100u l=2u m3 vd1 vd1 vdd vdd penh w=200u l=2u m4 vd2 vd1 vdd vdd penh w=200u l=2u m5 vsn vb 0 0 nenh w=200u l=5u iref vdd vb 100u

mb vb vb 0 0 nenh w=100u l=5u .ends

vi1 vi1 0 1.5 ac 1m vi2 vi2 0 1.5

x1 vb vc vc Ac diff_amp x2 vb vi1 vi2 Ad diff_amp vc vc 0 1.5 AC 1m

.ac dec 100 100k 1000MEG .op

.print ac vdb(Ad,Ac) vdb(Ad,vi1) vdb(Ac,vc) .end

共模抑制比为66dB左右

4.使用如下图所示Cascode结构作为尾电流源，测量CMRR，和前面的结果比较

*chafen

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt .subckt diff_amp vb vi1 vi2 vd2 vdd vdd 0 3

m1 vd1 vi1 vsn 0 nenh w=100u l=2u m2 vd2 vi2 vsn 0 nenh w=100u l=2u m3 vd1 vd1 vdd vdd penh w=200u l=2u m4 vd2 vd1 vdd vdd penh w=200u l=2u iref vdd vb 200u

m5 vsn vb vsn2 0 nenh w=200u l=1u m6 vsn2 vb2 0 0 nenh w=200u l=4u mb vb vb 0 0 nenh w=200u l=2u vb2 vb2 0 1 .ends

vi1 vi1 0 1.5 ac 1m vi2 vi2 0 1.5

x1 vb vc vc Ac diff_amp x2 vb vi1 vi2 Ad diff_amp vc vc 0 1.5 AC 1m

.ac dec 100 100k 1000MEG .op

.print ac vdb(Ad,Ac) vdb(Ad,vi1) vdb(Ac,vc)

.end

仿真图像：

共模抑制比为96dB左右

六、结果及分析

结果：仿真结果已经在上实验步骤中得出。

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。

实验七 带隙基准源

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.对带隙基准源电路进行仿真，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

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。

内容：

1.瞬态仿真，观察Vref的波形。

2.直流扫描电源电压与温度，观察Vref的波形。 3.调整mos管L的大小，力求温度系数最小。

4.观测电路的启动电压，启动时间和静态电流三项指标。

四、实验步骤

1.打开Cadence软件，画出带隙基准源的电路图，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，对带隙基准源瞬态仿真，观察Vref的波形进行仿真。

5.修改网表，对带隙基准源直流扫描电源电压与温度，观察Vref的波形进行仿真。

6.修改网表，对带隙基准源调整mos管L的大小，力求温度系数最小进行仿真。 7.修改网表，对带隙基准源观测电路的启动电压，启动时间和静态电流三项指标进行仿真。

8.分析仿真结果，得出结论。

五、实验数据

1. 瞬态仿真，观察Vref的波形；

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

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt .lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'bip .lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'res .options list node post

vdd vdd! 0 3 pwl(0 0 0.1u 6) QD3 gnd! gnd! net64 pnp5 M=8 QD2 gnd! gnd! net67 pnp5 M=8 QD1 gnd! gnd! net70 pnp5 M=1

XRR1 VREF net64 rrpoly w=2u l=200u XRR0 net74 net67 rrpoly w=2u l=20u

MNM6 net77 net77 gnd! gnd! nenh W=10u L=10u m=1 MNM5 net81 net81 net77 gnd! nenh W=10u L=10u m=1 MNM4 net85 net85 net81 gnd! nenh W=10u L=10u m=1 MNM3 net87 net91 net74 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MNM2 net91 net91 net70 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MNM1 net106 net103 net87 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MNM0 net103 net103 net91 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MPM7 VREF net106 net110 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM6 net106 net106 net133 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM5 net103 net106 net118 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM4 net103 net85 net106 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM3 net133 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM2 net110 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM1 net118 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM0 net85 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 *.dc vdd 0 9 1m .tran 0.1u 200u .op 150u .print .end

仿真图像：

去掉启动电路。 波形如下：

1）、瞬态下：

2)、直流下：

2、 直流扫描电源电压与温度，观察Vref的波形

*daixi

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt .lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'bip .lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'res .options list node post

vdd vdd! 0 3 pwl(0 0 0.1u 6) QD3 gnd! gnd! net64 pnp5 M=8 QD2 gnd! gnd! net67 pnp5 M=8 QD1 gnd! gnd! net70 pnp5 M=1

XRR1 VREF net64 rrpoly w=2u l=250u XRR0 net74 net67 rrpoly w=2u l=20u

MNM6 net77 net77 gnd! gnd! nenh W=10u L=10u m=1 MNM5 net81 net81 net77 gnd! nenh W=10u L=10u m=1 MNM4 net85 net85 net81 gnd! nenh W=10u L=10u m=1 MNM3 net87 net91 net74 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MNM2 net91 net91 net70 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MNM1 net106 net103 net87 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MNM0 net103 net103 net91 gnd! nenh W=30u L=2u m=1 MPM7 VREF net106 net110 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM6 net106 net106 net133 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM5 net103 net106 net118 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM4 net103 net85 net106 vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM3 net133 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM2 net110 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM1 net118 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 MPM0 net85 net133 vdd! vdd! penh W=10u L=2u m=1 .dc vdd 0 9 1m temp 0 100 25 *.tran 0.1u 200u .op 150u .print .end

仿真图像：

去掉启动电路 仿真图像：

3. 调整mos管L的大小，力求温度系数最小 两管调整为:

XRR1 VREF net64 rrpoly w=2u l=209u XRR0 net74 net67 rrpoly w=2u l=20u

4. 观测电路的启动电压，启动时间和静态电流三项指标

*daixi

.lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'tt .lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'bip .lib'F:\\hspice0631\\cz6h_v20.lib'res QQ2 gnd! gnd! net091 PNP5 QQ0 gnd! gnd! net9 PNP5 m=8 QQ1 gnd! gnd! net11 PNP5 m=8

xRR0 net10 net9 rrpoly w=2u l=100u xRR1 vref net11 rrpoly w=2u l=1000u

MM12 net20 net20 net091 gnd! nenh W=100u L=2u MM9 net60 net17 net25 gnd! nenh W=100u L=2u MM11 net17 net17 net20 gnd! nenh W=100u L=2u MM2 net25 net20 net10 gnd! nenh W=100u L=2u MM0 net55 net55 vcc! vcc! penh W=300u L=2u MM3 net60 net60 net55 vcc! penh W=300u L=2u MM4 net44 net55 vcc! vcc! penh W=300u L=2u MM5 net17 net60 net44 vcc! penh W=300u L=2u MM6 net52 net55 vcc! vcc! penh W=300u L=2u MM7 vref net60 net52 vcc! penh W=300u L=2u *MM8 net068 net55 vcc! vcc! penh W=300u L=2u *MM10 net17 net068 net60 vcc! penh W=300u L=2u *MM14 net062 net062 gnd! gnd! nenh W=100u L=10u *MM17 net068 net068 net072 gnd! nenh W=100u L=10u *MM16 net072 net072 net062 gnd! nenh W=100u L=10u .dc Vcc 0 7 1m temp 0 100 25 .param vp=5

vcc vcc! 0 pwl( 0 0 0.1u vp)

.tran 0.1u 2000u sweep data=TVchange .data TVchange temp vp 25 5 75 6 .enddata .op 550u

.print i(QQ2) i(QQ0) i(QQ1)

.print iquiet=par(' i(QQ2)+i(QQ0)+i(QQ1)+i(MM8)') .end

仿真图像：

启动电压：1.2v 启动时间：20us 静态电流：-6.8uA

六、结果及分析

结果：仿真结果已经在上实验步骤中得出。

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。

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