集成电路基础课程报告.docx
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集成电路基础课程报告
集
成
电
路
基
础
课
程
报
告
学号:
200811030
姓名:
檀超男
专业:
电子信息工程
目录
任务一用tanner画cmos反相器原理图及瞬态仿真和直流传输特性分析···················(3)
任务二用tanner画cmos反相器版图及瞬态分析·····(9)
任务三用tanner画两级cmos运算放大器原理图及其动态分析···························(14)
报告总结·····························(18)
一、CMOS反相器原理图及瞬态分析和直流传输特性分析
1、CMOS反相器原理图
(1)打开s-Edit程序,选择File—SaveAs,另存为tan_1.
(2)环境设置:
选择Setup—Colors,设置背景色、前景色、选取的颜色、栅格颜色与原点颜色。
(3)添加所需的组件库,然后开始画原理图:
通过选择Module—SymbolBrowser添加元器件,最后连线,CMOS反相器的原理图如下:
(4)建立CMOS反相器的符号:
用三角形工具和直线画出反相器的符号,通过选择View—SymbolMode命令,可以切换符号模式如下图:
(5)更改模块名:
选择Module—Rename命令,打开ModuleRename对话框对模块进行重命名。
2、CMOS反相器瞬态分析
(1)加入5.0V的工作电源和方波输入信号后原理图如下所示:
(2)将设计好的S-Edit电路图输出成Spice格式的文件,然后自动打开生成的T—Spice文件。
(3)加载包含文件:
本次流程引用的是1.25um的CMOS流程组件模型文件“m12_125.md”,将鼠标移到主要电路前面,选择Edit—InsertCommand命令,打开T—SpiceCommandTool对话框,选择Files选项中的Includefile选项,单击browse按钮,找到“..\Tanner\Tspice70\models\m12_125.md”文件,单击Insertcommand按钮。
(4)类似的进行分析设定和输出设定。
最后的T—Spice文件如下图所示:
(5)运行并在W—Edit中观察结果:
点击运行按钮,将会产生.out的仿真图形,如下图所示:
(6)分析结果:
时间10-110ns的输入数据为1,反相结果应为0,代表V(out)=0,从模拟结果来看,时间10-110ns的输出电压结果是正确的。
时间120-200ns的输入数据为0,反相结果应为1,代表V(out)=1,从模拟结果来看,时间120-200ns的输出电压结果也是正确的。
3、CMOS反相器直流传输特性分析
(1)复制反相器原理图,并参照上述步骤加入5.0V的直流工作电源和1.0V的直流电压源作为输入信号,最终原理图如下:
(2)输出成Spice文件。
(3)加载包含文件:
本次流程仍引用的是1.25um的CMOS流程组件模型文件“m12_125.md”,因此参照瞬态分析加载包含文件。
(4)分析设定:
直流分析从0—5.0V。
(5)输出设定:
依然参照瞬态分析设定。
最终的Spic文件如下:
(6)进行模拟,生成的.out文件如下:
(7)在W-Edit中观察模拟结果,即反相器的传输特性曲线,横坐标为输入电压,纵坐标为输出电压。
(8)分析结果:
0-0.8V区间,N管截止,P管饱和导通,所以输出OUT=vdd=5V;0.8-2.0V区间,N管饱和导通,P管线性导通,反相器相当于一个增益较小的放大器,随着输入的增大,输出将减小,但减小较慢;2.0-2.4V区间,N管、P管同时饱和导通,此时反相器相当于一个有缘电阻很大的反相放大器,增益极大,所以随着输入的增大,输出急剧下降;2.4-3.5V区间,N管进入线性导通区、P管仍饱和导通,N管做P管的负载管,增益较小,所以随着输入的增大,输出下降缓慢;3.5-5.0V区间,P管截止、N管维持非饱和导通,所以导致输出为0.
二、CMOS反相器版图及瞬态分析
1、CMOS反相器版图
(1)用L—Edit画PMOS版图:
打开T-Edit程序,取代设定,选择..\Tanner\Ledit90\Samples\SPR\example1\lights.tdb文件。
然后进行环境设定,设定结果为:
1个格点距离等于1个坐标单位也等于1个Micron。
最后依次绘制24*15格的NWell层、14*5格的Active层、18*9格的PSelect层、2*9格的Poly层、2个3*3格的ActiveContact层、2个4*4格的Metall层。
在绘制版图的时候要随时检查错误并查看设计规则修改错误,随时进行截面观察,以便及时修改隐藏的错误。
PMOS版图如下:
(2)用L—Edit画NMOS版图:
类似PMOS的画法以及参照《集成电路设计与布局实战指导》,画出NMOS版图如下:
(3)用L—Edit画NMOS基本节点组件版图:
类似PMOS的画法以及参照《集成电路设计与布局实战指导》,画出NMOS基本节点组件版图如下:
(4)用L—Edit画PMOS基本节点组件版图:
类似PMOS的画法以及参照《集成电路设计与布局实战指导》,画出PMOS基本节点组件版图如下:
(5)用L—Edit画CMOS反相器的版图:
新建一个L—Edit文件,引入PMOS组件、NMOS组件、PMOS基本节点组件、NMOS基本节点组件,连接闸极、汲极,绘制电源线,连接电源与接触点、加入输入端口、输出端口,版图绘制完成。
绘制版图过程仍要随时检查错误并查看设计规则修改错误,随时进行截面观察。
CMOS反相器的版图如下:
2、CMOS反相器瞬态分析
(1)生成T-Spice文件。
(2)加载包含文件:
本次流程仍引用的是1.25um的CMOS流程组件模型文件“m12_125.md”,因此参照瞬态分析加载包含文件。
(3)设定流程与任务一中类似:
Vdd电压值设定—设定A的输入信号--分析设定—输出设定,T-Spice文件最终结果如下:
(4)进行模拟,用W-Edit观察模拟结果如下:
(5)分析结果:
当输入为1时,输出为0;当输入为0时,输出为1,正确的实现了反相器的功能。
三、两级CMOS运算放大器原理图及动态分析
1、两级CMOS运算放大器原理图
(1)添加元件,按照课本画出的原理图如下:
(2)调用..\tanner\S-Edit\tutorial\schematic\opamp.sdb,并修改,最后修改管子的宽长比,最后原理图如下:
2、两级CMOS运算放大器频率响应
(1)生成T-Spice文件。
(2)加载包含文件:
本次流程仍引用的是1.25um的CMOS流程组件模型文件“m12_125.md”,因此参照瞬态分析加载包含文件。
(3)设定输出,T-Spice文件最终结果如下:
(4)进行模拟,用W-Edit观察模拟结果如下:
(5)分析结果:
输入频率>10kHz时,运放正常放大,输入频率是10-100kHz区间时,输出电压开始下降,输入频率>100kHz时,放大器截止。
3、两级CMOS运算放大器动态分析
(1)第一次按照课本上画出的原理图,生成T-Spice文件,加载包含文件—分析设定—输出设定—模拟仿真,结果如下:
(2)结果分析:
由于怎样修改都没有输出信号,所以修改电路原理图如下:
(3)生成T-Spice文件,加载包含文件—分析设定—输出设定,结果如下:
(4)进行模拟,用W-Edit观察模拟结果如下:
(5)分析结果:
由于电路各参数的设置,该运放对小信号放大,大信号则限幅。
四、报告总结
本来以为有《集成电路设计与布局实战指导》作参考,可以很容易的画出原理图和版图,但是,当实际操作时,才发现每一小点的错误都将不能使设计成功的进行下去,尤其是画版图时,必须时刻的检查错误并查看设计规则修改错误,才能使版图设计顺利的完成,另外还需要随时进行截面观察,以进一步确定版图的正确性和可读性。
经过几天的学习和研究,并一步一步的按照指导完成操作,到最后发现自己已经可以比较熟练的对CMOS反相器进行版图和原理图的绘制,因为在做这三个任务的时候,由于问题和错误不断的出现,同一个东西已经不知道自己做了多少遍了,尤其是加载包含文件、设定分析、设定输入输出,到最后感觉自己不用思考就可以对反相器原理图或版图生成的T-Spice加载包含文件、设定分析、设定输入输出。
通过这次集成电路课程报告的写作和练习,我由原来对版图的几乎不了解到初步了解,至少可以画CMOS反相器的版图,并了解版图的大致框架。
感觉自己通过这次练习和这门课的学习,学到也体会到很多关于集成芯片的的制作和设计流程,体会颇深,对以后的学习和工作有着不可忽视的重要性。
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