非门与非门或非门地电路结构与仿真Word文档格式.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。
5、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。
6、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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- 非门 与非门 电路 结构 仿真