2 Cadence IC实验一二三.docx

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2CadenceIC实验一二三

国家集成电路人才培养基地

培训资料

（2）

基本模拟电路实验

2006-7

实验1二极管的I-V特性

本实验的目的在于学会用Cadence观察二级管的I-V特性。

1.1电路图

按照图1.1所示画出电路图。

所用的元件分别是analogLib库中的vdc、res、diode和gnd。

图1.1二极管的仿真电路图

1.2设置各元件参数

在这里要设置二极管的参数、电压源的参数和电阻的参数。

二极管的参数设置如图1.2所示，在Modelname栏填入ndio18，说明用的是1.8V的电源电压，并且是n+/pwell二极管，在Multiplier处填入1（这代表此电路中用的二极管并联个数为1），其它参数都采用默认设置。

图1.2二极管参数设置图

电压源的参数设置图1.3所示，在DCvoltage处填入vin（填入变量是为了要做直流扫描）

图1.3电压源参数设置

电阻的参数设置如图1.4所示，在Resistance后面的框中输入电阻值（默认为1k，此处采用默认值）。

图1.4电阻参数设置

1.3设置仿真参数

在原理图编辑框中，选Tools→AnalogEnvironment,打开ADE对话框。

①设置库路径。

在ADE窗口中，选Setup→ModelLibraries,在section项填入工艺角tt（典型工艺角）,然后让光标停留在ModelLibraryFile框中，点击右下角的Browse,然后选择以下文件作为仿真模型库文件：

/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib

然后点Add，得到如图1.5所示对话框：

（最后点ok设置完毕）

图1.5库路径设置

②编辑变量。

在ADE窗口中点

按钮，就会弹出EDV窗口，然后在此窗口中点CopyFrom，会自动从原理图中提出相应的变量，我们前边的vin会被自动提出。

将其初始值设置为0，初值可以任意，但一定要有，否则仿真会出错，如图1.6所示。

③选择分析类型。

在ADE窗口中选Analyses→Choose,就会弹出分析类型对话框（即CA窗口），然后选中dc，SaveDCOperatingPoints（为了方便观察管子的工作点而选），在SweepVariable栏中选择DesignVariables,然后于VariableName栏输入要扫描的变量vin，具体设置如图1.8所示：

（表示对vin做直流扫描，从0到1.8V）最后点击ok设置完毕。

④输出设置。

在ADE窗口中，选Outputs→ToBePlotted→SlectedOnSchematic。

然后在电路图中选择想要观察电流的结点，本实验选二极管的阳极（注意：

观察电流点击元件的pin脚，会出现一个彩色圆圈；观察电压点击相应的连线，连线会改变颜色），选择完成后按键盘上的ESC键退出选择输出状态。

在Analogdesignenvironment窗口中的Outputs输出部分就可以看到我们所选择的点。

然后选Outputs→ToBePlotted→AddTo保存输出。

点击Seession→SaveState保存当前仿真设置。

完整的设置好的ADE对话框如图1.7所示：

图1.6变量设置

图1.7设置好的ADE窗口

图1.8dc分析设置

1.4电路仿真

参数设置完毕之后，就可以开始电路仿真了。

方法是在ADE窗口中，选Simulation→NetlistandRun就开始仿真了，如果整个过程都没错，那么系统会自动输出二级管的I-V曲线，如图1.9所示。

可以看到该二极管的阈值电压大约是0.75v左右。

图1.9二极管的I-V特性曲线

实验2BJT和MOS晶体管的I-V特性

本实验学习测量BJT和MOS管的I-V特性，并观察BJT和MOS管的gm、ro、Vgs、Vds、寄生电容等参数。

2.1BJT晶体管的I-V特性

1、创建cellview（bjt）

按照如图2.1所示画出电路图。

用到的元件符号分别是analogLib库中的vdc、res、npn、gnd。

图2.1电路图

三极管的Model名为npn18a100（可以从工艺库文件/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_bjt_spe.mdl中查到，其中18的意思为电压为1.8V，100代表晶体管发射区面积为100um2）。

参数Multiplier代表该种npn晶体管并联的个数），这里我们设为2，如图2.2所示。

为了得到三极管的输入与输出特性曲线，我们把发射极电压和基极电压分别设为变量vce和vbe。

图2.2bjt晶体管参数设置

2、输入特性

三极管的输入特性是指当集电极电压Vce为常数时，基极与发射极间电压Veb与基极电流ib之间的关系。

如同前一个实验介绍的方法，打开仿真窗口，先设置好model路径，模型文件依然选择/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib，注意section设为bjt_tt。

然后添加变量vbe和vce。

再按图2.3对话框设置好DC分析。

其中DC分析是对vbe进行扫描，扫描范围从0到1.8V。

vce的初始值设为1.5V。

最后设置输出，这里我们要看的是基极电流，所以点击三极管的基极pin脚。

图2.3npn三极管输入特性仿真设置

然后点“NetlistandRun”进行仿真。

得到的输入特性曲线如图2.4所示。

横坐标是基极-射极电压vbe的变化，纵坐标是基极电流ib的变化。

图2.4三极管的输入特性曲线

3、输出特性

三极管的输出特性是指以iB为参变量的共射极电流iC与UCE之间的关系。

先设置好AnalogDesignEnviroment对话框，注意这次DC分析所扫描的变量是vce，扫描范围为-0.3到1.8V。

如图2.5所示：

图2.5npn晶体管输出特性仿真设置

然后点Tools→Paratrmetric，弹出如图2.6所示的ParametricAnalysis窗口，进行参变量设置。

由于我们输入为电压源，无法把电流作为参变量，因此我们以vbe作为参变量。

于VariableName栏输入参变量vbe，范围为-0.3到1.8。

参变量扫描方式选为LinearSteps（线性步长改变），步长设为0.3。

如图2.6所示。

图2.6参量扫描窗口

然后点Analysis→Start，得到三极管输出特性曲线，如图2.7所示。

每条曲线都是在vbe固定时，Ic随着Vce电压改变而变化的曲线，改变vbe得到许多条曲线。

图2.7三极管的输出特性曲线

2.2MOS晶体管的I-V特性

1、创建cellview并画出电路图。

这一步和前面的方法一致，电路图的cell名可以自己取。

各元件参数如图2.8所示，用到的元件符号为analogLib库中的vdc、nmos4、vdd、gnd。

图2.8电路图

两个电压源和mos管的参数设置如下所示，其中要注意电压源V0的DCvoltage值设为变量vgs。

同样的电压源V1的值设为变量vds。

图2.9电压源的参数设置

nmos晶体管的模型为n18，这是1.8vnmos晶体管的模型，选择其栅长l为0.18um，栅宽w为2um，注意填入尺寸时不要加单位，系统会自动加上长度单位M。

图2.10MOS管的参数设置

2、设置仿真参数

如同前面的方法，打开仿真窗口，先设置好model路径，库文件与上面的相同，但工艺角（section）填入tt。

然后添加变量vds和vgs。

接着设置DC分析。

其中DC分析是对vds进行扫描，扫描范围从0到1.8V。

vgs的初始值设为0V。

最后设置输出，这里我们要观察的是MOS管的漏电流，所以点击MOS管的漏极。

设置好后的仿真窗口如图2.11所示。

图2.11

在AnalogDesignEnvironment对话框中，点tools→ParametricAnalysis，弹出参变量分析窗口，我们以vgs作为参变量进行仿真，如图2.12所示。

图2.12参变量分析参数设置窗口

3、仿真并观察mos管的输出特性曲线

在ParametricAnalysis窗口中，点Analysis→Start开始扫描，如果无错则会弹出输出窗口和波形（mos管的I-V输出特性曲线）。

图2.13Mos管的输出特性曲线

4、MOS管的输入特性曲线

打开AnalogDesignEnvironment窗口，大部分设置同前边的仿真设置。

只是变量vds的初始值为1.8，vgs的初始值为0。

设置好后如图2.14所示。

图2.14

然后点NetlistandRun,就得到输出波形如下图所示：

图2.15Mos管的输入特性曲线

2.3MOS晶体管参数观察

在AnalogDesignEnvironment窗口中，点击Results→print→DCOperatingPoints。

如图2.16所示：

图2.16

会弹出一个空白窗口，再在电路图上选择你想要观察的器件，则就会在空白窗口中显示你所选器件的各种参数，下图是选择mos管后的器件参数窗口。

在此窗口中你就可以看到mos管的各种参数。

图2.17

实验3MOS晶体管电容测试体效应学习

通过本实验，学习使用cadence仿真工具中的calculator，另外复习MOS电容和MOS管体效应的知识。

3.1MOS晶体管栅源电容测试

1、创建cellview，按照图3.1所示画出电路，并设置好各元件的参数。

图3.1电路图

2、用和前面同样的方法设置AnalogDesignEnvironment对话框

设好的对话框如下所示：

图3.2

3、点NetlistandRun

4、参量扫描

在AnalogDesignEnvironment对话框中点tools→ParametricAnalysis弹出ParametricAnalysis，按如下设置好参数。

然后点Analysis→Start.

图3.3

5、在AnalogDesignEnvironment窗口中点output→setup弹出如图3.4对话框

图3.4

6、在图3.4对话框中点Open，打开Calculator对话框

在Calculator对话框中点info→op就会弹出如下对话框：

（其中，op代表OperatingParameters）

图3.5

7、点击电路图中的nmos管，然后点击图3.5对话框中的list则会出现一个下拉列表:

（注意：

一定要选中所看的元件即nmos管，你可以尝试一下不选择元件的list菜单和选择元件后的list菜单有什么区别。

）

图3.6

8、在下拉列表中选择Cgs（如图3.6）,选中后Calculator窗口就会跳到最前面，在它的空白栏处就出现了一个表达式OP（"/M0","cgs"），然后在表达式前加一个负号，要不然画出来的曲线是负值。

Calculator对话框变为如图3.7所示：

图3.7Calculator窗口

9、在Calculator对话框中点击plot按钮（即带红色曲线的按钮），就得到如图3.8的波形，即nmos管的栅源电容随栅源电压变化的曲线。

图3.8栅源电容随栅源电压的变化曲线

3.2体效应

1、创建cellview

电路图如下，按照图3.9的参数设置，设置好各元件的参数。

图3.9电路图

2、设置AnalogeDesignEnvironment对话框

设置好的对话框如下所示，注意别忘了加上库的路径。

图3.10

3、在AnalogeDesignEnvironment对话框中，点tools→ParametricAnalysis

弹出一个新对话框（前面已遇多次）

图3.11

4、点Analysis→Start,得到一组输出波形曲线。

波形如下：

图3.12不同Vgs下的mos惯的输入特性曲线（体效应影响）

5、从波形可以看出当源衬电压越大时，阈值电压越大，也就是mos管的开启电压越大，这是由于体效应的影响。

3.3MOS晶体管电容测试

MOS晶体管电容是指当晶体管的栅漏都短接到地的时候，栅对源，栅对漏，栅对衬底三个电容之和。

下面我们将对如何测量MOS晶体管电容做具体分析。

电路图还是如图3.9所示，在这里要注意电压源V1，V2的值设为零。

1、设置ADE窗口

设置好的对话框如图3.13所示这里就不细说，只是DC分析只用保存工作点就可以了，注意不要忘了加库的路径,然后点击NetlistandRun。

图3.13

2、参量扫描

对Vgs做参量扫描，从负三伏到正三伏。

PA对话框的设置如图3.14所示：

然后在PA对话框中点击Analysis->Start开始扫描。

图3.14

3、画波形

在ADE窗口中，选Output->Setup弹出图3.15的对话框。

图3.15

在图3.15中，点击Open，打开Calculator对话框，如图3.16所示，在Calculator对话框中选择Info->op，这时会弹出一个Selectaninstance的小框，这个时候在电路图中选中mos管，然后点击在Selectaninstance的小框中点击list就会出现一个列表，选择Cgs，这个时候在Calculator窗口中就出现了Cgs的表达式，这个时候注意要在此表达式前加一个负号（Cgs,Cgd,和Cgb的表达式前面都要加负号），加负号的方法是在Calculator窗口中点击“+/-”按钮，然后在list下拉列表中再选择Cgd，加负号，这个时候再点击Calculator中的“+”号，此时才完成了Cgs,和Cgd两个电容的相加。

用同样的方法加上Cgb电容，然后点击plot按钮就得到了如图3.17所示的曲线：

点击对两个信号做加法

图3.16

图3.17MOS管电容随栅压变化曲线