集成电路设计基础实验报告Word格式文档下载.docx
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3.掌握使用S-Edit和T-Spice对nMOS管的I-V特性仿真的方法。
二、实验仪器
计算机一台。
三、实验内容
1.1tanner的安装
Tanner软件的安装是比较简单的,主要分为安装和安装license两部分。
第一步,双击安装文件夹…\TannerL-EDIT11.1下的setup.exe文件,得到安装向导,按默认选项,依次点击“下一步”,直至安装完成。
第二步,将….\TannerL-EDIT11.1\crack文件夹下的所有文件复制到安装目录utilities下,然后双击运行其中的crack.bat文件安装license,得到相应的界面,然后点击“instance”,安装成功之后点击“exit”。
至此,tanner就安装成功了。
在桌面上就会看到快捷方式,分别对应tannerpro软件的五个功能模块。
1.2nMOS管I-V特性
(1)打开S-Edit程序。
(2)另存新文件。
(3)环境设置。
(4)编辑模块。
(5)浏览元件库。
(6)从元件库引用模块。
(7)编辑电路。
(8)加入联机。
(9)加入输入端口与输。
(10)模块重命名出端口。
(11)加入工作电源。
(12)加入输入信号。
(13)编辑Source_v_dc对象。
(14)输出成SPICE文件。
(15)加载包含文件。
(16)分析设定。
(17)输出设定。
(18)进行仿真。
(19)观看结果。
四、实验结果
1.最终绘制出的电路图如下:
2.经过设定,最终完成的网表如下:
3.仿真结果曲线如下:
上图为N型MOS管的IV特性曲线,输入为栅源电压,单位为V;
输出为漏电流,单位为mA。
输入从0到5V线性扫描,得到上图曲线。
五、思考题
1.此时M1的工作状态为饱和区,漏电流的表达式为:
2.分别采用另外两种不同的器件模型ml1_typ.md和ml5_20.md进行了仿真,仿真结果中漏电流的变化趋势基本相同,但是数值有所差异。
原因分析:
模型文件中包括电容电阻系数等数据,模型不同,相应数据也就不同,计算结果数值当然会有差异。
3.改变M1的宽长比后,同样,变化趋势基本相同,但是数值有所差异,且输出与宽长比的数值呈现正比例关系。
漏电流的表达式中含有W/L,及宽长比,所以宽长比的变化必然会引起漏电流输出的变化。
实验二单级放大器性能仿真
1、掌握电阻负载、带源极负反馈的共源级的性能仿真方法。
2、掌握源跟随器、共源共栅级的性能仿真方法。
二、实验内容及相应结果
2.1电阻负载的共源级
(1)画电路图。
(2)加入电源电压和输入电压,其中电源电压为3V(将电源电压名为vvdd),输入电压为1V(将输入电压改为vvin),电阻值为1K欧,晶体管的栅宽为100u,栅长为1u。
画完的电路图如下:
(3)生成spice文件,并且加入include命令、DCtransfersweep命令(vvin从0到3V扫描,步长为0.02)、输出直流电压vout命令。
(4)仿真,结果如下:
图中横轴为栅源电压,纵轴为漏源电压,单位都是V。
输入从0到3V进行步长为0.02V的扫描,得到上图曲线。
2.2带源级负反馈的共源级
(2)加入电源电压和输入电压,其中电源电压为3V(将电源电压名为vvdd),输入电压为1V(将输入电压改为vvin),负载电阻值为1K欧,源级电阻为50欧,晶体管的栅宽为100u,栅长为2u。
图中,横轴为栅端电压,纵轴为漏端电压,单位都是V。
2.3源跟随器
(2)加入电源电压和输入电压,其中电源电压为3V(将电源电压名为vvdd),输入电压为1V(将输入电压改为vvin),源级电阻为5000欧,晶体管的栅宽为22u,栅长为2u。
(3)生成spice文件,并且加入include命令、DCtransfersweep命令(vvin从0到3V扫描,步长为0.02)、输出直流电压vout和vin命令。
图中,栅端为输入端,源端为输出端,上端的线为输入电压的变化,下方的曲线为输出电压的变化趋势,可以看出,输出电压在跟随着输入电压而变化,这体现了源跟随器的特性。
2.4共源共栅级
其中电压源名称改为vb,电压值改为2.5V。
(2)加入电源电压和输入电压,其中电源电压为3V(将电源电压名为vvdd),输入电压为1V(将输入电压改为vvin),负载电阻为5000欧,共源管的栅宽长比为100/1u,共栅管的栅宽长比为20/1u。
(3)生成spice文件,并且加入include命令、DCtransfersweep命令(vvin从0到3V扫描,步长为0.02)、输出直流电压vout和共源管的漏端电压(即网表中的N1点)命令,结果如下:
图中,上方的曲线为输出电压,下方的曲线为共源管的漏端电压,即网表中的N2点。
(5)修改网表文件,将直流扫描电压源由vvin改为vvdd,然后输出N1节点的电压,仿真结果如下:
此曲线为vvdd从0到3V进行扫描时N1点(我所做图中的N2点)电压的变化情况。
三、思考题
1.图2.8中函数比2.4中的最低值要低,而且2.8中的函数下滑段是比2.4时间长的,水平段同样比2.4长。
图2.8中加入了源级电阻并且宽长比减小,作为以电阻为负载的共源级,当其他参数为常数的时候,通过减小W/L都可以提高Av的幅值。
较大的器件尺寸会导致较大的器件电容,较高的Vrd会限制最大电压摆幅。
2.当电阻值改为1k时,源极输出电压跟随输入的速度减慢,体现了跟随能力的降低。
当其他参数不变的时候,源极电阻的增大时会使输出节点的时间常数更大。
3.N1节点处的电压随着vvdd的增加不断增加,但是增加的幅度开始阶段比较缓慢,后期增加迅速,这是因为后期的时候,vvdd的电压基本上等于节点处的电压,而初期阶段还受到其他参数的影响,从而使节点处的电压与vvdd成正比,但是后来由于MOS管的影响成二次幂形式。
实验三差动放大器性能仿真
1、复习基本差动对的电路结构、特点及工作原理。
2、学会使用tanner软件对差动放大器的基本性能进行仿真。
图中的电阻阻值均为5K欧。
Mos管的宽长比采用默认值。
恒流源为source_i_dc,名字改为Iss,电流值为500uA。
(2)加入输入电压源,输入电压源为正弦电压源(即source_v_sine),in1输入端电压源名字改为vin1,in2输入端电压源名字改为vin2,两者振幅(amp)为默认值0.5,频率改为100,vin1的相位为0,vin2的相位(phase)改为180,其他所有参数均为0。
vin1和vin2的下端共同连接一个直流电压源(即source_v_dc),名称改为vdc,电压值为1.5V。
电源电压仍为3V。
(3)生成spice文件,并且加入include命令、瞬态扫描命令(扫描时间为0.1秒,步长为0.001)、输出差动输入in1和in2及差动输出out1和out2,最终输出网表如下:
此图为差动放大器的差动输入电压曲线和相应的输出电压曲线,幅度小的为输入,幅度大的为输出。
将各个曲线展开得到下图,这样可以更清楚地比较输入和输出曲线。
图中,第一条和第三条曲线为输入差动信号,第二条和第四条曲线为输出差动信号。
(5)将网表文件中的vdc电压值改为0.5V,将vin1和vin2的振幅改为1.5V,然后再进行仿真,得到的结果如下:
从此图可看出:
输出电压产生了失真。
(6)输入输出特性分析。
将vdc的电压值改为0.5V,vin1和vin2的频率值由100改为0,然后对vin1进行直流电源线性扫描(扫描范围从-3V到3V,步长为0.02),输出电压为v(out1,out2)(即输出中选Voltage,节点为out1,参考点为out2),网表文件如下:
仿真后的结果如下:
实验四两级运放性能仿真
1、复习CMOS运算放大器的电路结构及工作原理。
2、学习两级运放的性能仿真方法。
二、实验内容
(2)加入电源电压,并修改电路参数。
电源电压为5V,in1和in2对地电压为直流电压1.5V和正弦波电压0.01V,并且两个正弦波电压相位相差180。
电容为相位补偿电容,值为5pF。
(3)输出第一级放大器和第二级放大器的输出波形。
输出网表,加入include命令,“.tran/op1m40mmethod=bdf”命令和“.printtranv(N3)v(out)”(N3节点是指M2管的漏极节点即第一级放大器的输出)命令,完整的spice文件如下:
(4)仿真结果如下:
实验五放大器频率特性仿真
1、复习CMOS单级放大器和差动放大器的频率特性。
2、学习单级放大器和差动放大器的性能仿真方法。
2.1电阻负载共源级的频率特性
(1)画电路图,其中电源电压为5V,电阻值为5000欧,输入电压为直流电压2.0V和交流电压(即source_v_ac器件,振幅(mag)为0.1V,vdc为0.5V),MOS管的栅宽/长为100/10u。
(2)输出网表文件,然后加入include命令,交流频率扫描“.acdec510meg10G”(dec表示以10为底的对数频率扫描,5表示每个频率的十进数间包括5个点,10meg10G表示扫描频率从10MHz到10GHz),输出命令“.printacvm(out)”(vm表示输出电压的幅度),完整网表:
(3)仿真结果如下:
图中,横轴为输入电压频率,纵轴为输出电压幅度,显示了电阻负载共源放大器的频率特性。
信号频率不宜太低。
2.2源跟随器的频率特性
(1)画电路图,其中电源电压为3V,电阻值为5000欧,输入电压为直流电压1.0V和交流电压(即source_v_ac器件,振幅(mag)为0.1V,vdc为0.5V),MOS管的栅宽/长为100/10u。
(2)输出网表文件,然后加入include命令,交流频率扫描“.acdec510meg10G”,输出命令“.printacvm(out)”,完整网表如下:
(4)也可以以分贝的形式输出,只需将输出语句改为“.printacvdb(out)”即可。
仿真结果:
2.3共源共栅放大器的频率特性
(1)画电路图,其中电源电压为3V,电阻值为5000欧,输入电压为直流电压1.0V和交流电压(即source_v_ac器件,振幅(mag)为0.1V,vdc为0.5V),两个MOS管的栅宽/长为100/10u,共栅管的栅压为2.5V。
(2)输出网表文件,然后加入include命令,交流频率扫描“.acdec510meg10G”,输出命令“.printacvdb(out)”,完整网表如下:
2.4基本差动对的频率特性
(1)画电路图,其中电源电压为3V,输入电压为直流电压1.5V和交流电压(即source_v_ac器件,振幅(mag)为0.1V,vdc为0.5V,相位为180),尾电流为500uA。
1.将图5.2中的MOS管宽度改为10u,再进行仿真,给出仿真结果为: