集成电路设计基础实验报告.docx

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集成电路设计基础实验报告

集成电路设计基础实验报告

专业：

电子信息工程

班级：

姓名：

学号：

电子与信息工程学院

实验一Tanner软件的安装和使用

一、实验目的

1．掌握Tanner的安装过程。

2．了解Tanner软件的组成及使用。

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。

原因分析：

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

一、实验目的

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

（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），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。

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，横轴为栅端电压，纵轴为漏端电压，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。

2.3源跟随器

（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），源级电阻为5000欧，晶体管的栅宽为22u，栅长为2u。

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和vin命令。

（4）仿真，结果如下：

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

（1）画电路图。

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。

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和共源管的漏端电压（即网表中的N1点）命令，结果如下：

（4）仿真，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。

原因分析：

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。

原因分析：

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

一、实验目的

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。

二、实验内容及相应结果

（1）画电路图。

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。

画完的电路图如下：

（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：

（4）仿真，结果如下：

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：

三、思考题

实验四两级运放性能仿真

一、实验目的

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

（1）画电路图。

（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。

画完的电路图如下：

（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：

三、思考题

实验五放大器频率特性仿真

一、实验目的

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。

二、实验内容及相应结果

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。

画完的电路图如下：

（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。

画完的电路图如下：

（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：

（3）仿真结果如下：

（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。

画完的电路图如下：

（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：

（3）仿真结果如下：

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。

（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：

（3）仿真结果如下：

三、思考题

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：