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

.options list node post .tran 1n 30n

.print tran v(1) v(2) i(vcc) .global vcc vcc vcc 0 5 .ic v(1)=5

.lib 'E:\\chy\\cz6h_v20.lib' tt xinv1 1 2 inv1 xinv2 2 3 inv1 xinv3 3 4 inv1 xinv4 4 5 inv1 xinv5 5 1 inv2

.subckt inv1 in out

m1 vcc in out vcc PEPH l=1u w=20u

m2 out in 0 0 NENH l=1u w=20u .ends inv1

.subckt inv2 in out

m1 vcc in out vcc PEPH l=1u w=20u

m2 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：

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

***

* auCdl Netlist: *

* Library Name: zyz * Top Cell Name: lab4

* View Name: schematic

* Netlisted on: Apr 28 15:50:08 2011

********************************************************************* *.BIPOLAR

*.RESI = 2000 *.RESVAL *.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 *.PININFO

RR0 vcc! net5 500 $[RP]

MM0 net5 net5 gnd! gnd! NM W=1u L=10u m=1 .ENDS *lab4

.lib 'F:\\HISPICE\\2840710631\\cz6h_v20.lib' tt .OPTIONS POST LIST node .GLOBAL vcc! + gnd! vcc vcc! 0 3 .dc vcc 0 5 0.1

MM0 vref vref gnd! nenh W=5u L=1u m=1 RR0 vcc! vref 500k .print v(Vref) i(mm0) .end *lab4

.lib 'F:\\HISPICE\\2840710631\\cz6h_v20.lib' tt .OPTIONS POST LIST node .GLOBAL vcc! + gnd! vcc vcc! 0 3 .dc vcc 0 5 0.1

MM0 vref vref gnd! nenh W=5u L=1u m=1 RR0 vcc! vref 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

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

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

MM1 vout vref gnd! gnd! nenh w=5 L=1u 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:

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 .options list node post

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)

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