专用集成电路实验56讲义.docx

1、专用集成电路实验56讲义专用集成电路实验报告 组合逻辑电路特性 姓名： 学号： 班级： 指导老师：一、 实验目的1.理解CMOS复杂逻辑门的综合过程及其特性。2.理解加法器的结构。二、 实验内容1)利用对偶原理综合CMOS互补门，功能为：，简述综合过程，画出三极管级原理图。2)一个1bit全加器的逻辑表达式为：，；A、B为加法输入，Ci为进位输入，S为和输出，Co为进位输出；为异或操作，+为或操作，为与操作。a)画出2bit全加器的门级原理图；b)通过调整输入的不同位置，下列电路能够实现AND、OR、XOR及其非逻辑的功能，图中的三极管为NMOS。使用多个下列电路实现2bit全加器，画出三极管

2、级原理图。3)设使用0.25um工艺，NMOS管的尺寸为L = 0.250um，W = 0.375um；PMOS管的尺寸为L = 0.250um，W = 1.125um。对实验内容1和2的电路进行spice仿真。调整实验内容1的器件尺寸和电源电压，观察门的延时；观察和理解实验内容2中加法器的进位延时。三、实验步骤及过程：1）图1 OrCAD画出的三极管级原理图2) A）图2 2bit全加器的门级原理图 B)差分传输管逻辑的与和与非逻辑：图3 与门（与非门）差分传输管逻辑的或和或非逻辑：图4 或门（或非门）差分传输管逻辑的异或和异或非：图5 异或门（异或非门）总的2bit全加器的原理图：图 6

3、差分传输管构成的2bit全加器3）A、调节实验内容1的器件尺寸和电源电压，观察门的延时。这里设定A0为pulse信号，A1为2.5V，其余都为0V，则Y的输出与A0反向，输出波形应该类似于反相器。图3.1 输入和输出波形Measure输出文件：$DATA1 SOURCE=HSPICE VERSION=U-2003.09 .TITLE *dai56_1object t1dlay t2dlay temper alter# 6.580e-11 6.900e-11 25.0000 1.0000 t1dlay为输出端下降沿与输出端上升沿的50%50%延时。t2dlay为输出端上升沿与输出端下降沿的50%

4、50%延时。程序（网表文件）：*dai56_1object.lib cmos25_level49.txt TT .options post=2Vcc pvcc 0 dc 2.5VVA1 A1 0 dc 2.5VVB0 B0 0 dc 0VVB1 B1 0 dc 0VVC1 C1 0 dc 0VVin A0 0 pulse(0V 2.5V 0ps 0ps 0ps 500ps 1000ps) mA0 1 A0 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375umB0 2 B0 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375umC0 3 C0 GND GND NMOS L=0.25

5、u W=0.375umA1 3 A1 1 1 NMOS L=0.25u W=0.375umB1 3 B1 2 2 NMOS L=0.25u W=0.375umA0p 5 A0 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W = 1.125umA1p 5 A1 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W = 1.125umB0p 4 BO 5 5 PMOS L=0.25u W = 1.125umB1p 4 B1 5 5 PMOS L=0.25u W = 1.125umC0p 3 CO 4 4 PMOS L=0.25u W = 1.125u.measure tran t1dlay trig

6、 V(a0) val=1.25V td=0 fall=2+ targ V(3) val=1.25V td=0 rise=2.measure tran t2dlay trig V(a0) val=1.25V td=0 rise=2+ targ V(3) val=1.25V td=0 fall=2 .tran 1ps 3ns.probe Vin V(3) .end接下来调整电源电压，观察门的延时：VCC=1.5V图3.2 VCC=1.5V时的输出波形Measure输出文件：$DATA1 SOURCE=HSPICE VERSION=U-2003.09 .TITLE *dai56_1object t1

7、dlay t2dlay temper alter# 1.239e-10 3.85e-11 25.0000 1.0000 Vcc=1V图3.3 VCC=1V时的输出波形Measure输出文件：$DATA1 SOURCE=HSPICE VERSION=U-2003.09 .TITLE *dai56_1object t1dlay t2dlay temper alter# 2.682e-10 2.35e-11 25.0000 1.0000 观察结论：当电源电压降低时，门的延时增加。需要特别注意的是measure语句编写时，需要根据输出波形的电压值改变阈值。改变三极管尺寸，观察门的延时：Pmos的沟道宽

8、度Wa) PMOS管均为W = 1.125um；b) PMOS管均为W = 1.875um；c) PMOS管均为W = 3.000um；图3.4 改变Pmos的沟道宽度的输出波形Measure文件：$DATA1 SOURCE=HSPICE VERSION=U-2003.09 .TITLE *dai56_1object index pwc t1dlay t2dlay temper alter# 1.0000 1.125e-06 2.658e-10 6.900e-11 25.0000 1.0000 2.0000 1.875e-06 2.526e-10 1.112e-10 25.0000 1.000

9、0 3.0000 3.000e-06 2.436e-10 1.761e-10 25.0000 1.0000 这里在网表文件中运用了data语句。观察结论：Pmos的沟道宽度变宽后门的传输延时增大。用对偶原理综合CMOS互补门设计的2bit全加器的进位延时：验证全加器逻辑关系：图3.5 验证全加器逻辑关系由上至下依次为A1A0，B1B0, V10(sum1), V6(sum0), cout1.电压值为：A1=B1=0V，A0=B0=2.5V ，sum1=2.5V， sum0=0V，cout1=0V。即01+01=10，进位为0. 全加器逻辑正确。程序（网表文件）：*dai56_2object.l

10、ib cmos25_level49.txt TT .options post=2.tran 1ps 15ns .probe V(cout1) V(10) V(6) V(a0).global pvcc vccVcc pvcc 0 dc 2.5VV1 A0 0 dc 2.5VV2 A1 0 dc 0V V3 B0 0 dc 2.5V V4 B1 0 dc 0V V5 cin 0 dc 0V .subckt ANDg A B Ym1 1 A GND GND NMOS L=0.25u W=0.375um2 2 B 1 gnd NMOS L=0.25u W=0.375um1p 2 A pvcc pvcc

11、 PMOS L=0.25u W=1.125um2p 2 B pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um3p Y 2 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um3 Y 2 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375u .ends.subckt ORg A1 B1 Y1m1 1 A1 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375um2 1 B1 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375um1p 2 A pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um2p 1 B 2 pvcc PMOS L=0.2

12、5u W=1.125um3p Y1 1 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um3 Y1 1 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375u .ends.subckt xorg a2 b2 y2m01 A2a A2 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um02 A2a A2 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375um03 B2a B2 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um04 B2a B2 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375um1 1 B2a GND GND NMOS

13、 L=0.25u W=0.375um2 2 B2 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375um3 y2 A2a 1 GND NMOS L=0.25u W=0.375um4 y2 A2 2 gnd NMOS L=0.25u W=0.375um1p 4 A2 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um2p 4 B2 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um3p y2 A2a 4 pvcc PMOS L=0.25u W=1.125um4p y2 B2a 4 pvcc PMOS L=0.25u W=1.125u.endsx1 A0 B0 3 ANDgx2 A0 b0 4 XORgx3 4 cin 5 ANDgx4 4 cin 6 XORgx5 3 5 cout0 ORgx6 A1 b1 7 ANDgx7 A1 b1 8 XORgx8 8 cout0 9 ANDgx9 8 cout0 10 XORgx10 7 9 cout1 ORg.end