1、課題一：4位與非門電路設(shè)計(jì)（必做）設(shè)計(jì)目的學(xué)會使用電路設(shè)計(jì)與仿真軟件工具Hspice，熟練地用網(wǎng)表文件來 描述模擬電路，并熟悉應(yīng)用Hspice內(nèi)部元件庫。通過該實(shí)驗(yàn)，掌握 Hspice的設(shè)計(jì)方法，加深對課程知識的感性認(rèn)識，增強(qiáng)電路設(shè)計(jì)與綜 合分析能力。本次課程設(shè)計(jì)是用Hspice軟件來實(shí)現(xiàn)對四位與非門電路的設(shè)計(jì)與 仿真，熟悉用MOS器件來設(shè)計(jì)四位邏輯輸入與非門電路，了解用MOS 器件設(shè)計(jì)與TTL與非門的優(yōu)缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)原理1、四輸入與非門邏輯符號如下圖所示：2、四輸入與非門原理四輸入端CMOS與非門電路，其中包括四個(gè)串聯(lián)的N溝道增強(qiáng)型 MOS管和四個(gè)并聯(lián)的P溝道增強(qiáng)型MOS管。每個(gè)輸入端連到一個(gè)N

2、溝 道和一個(gè)P溝道MOS管的柵極。當(dāng)輸入端A、B、C、D中只要有一個(gè) 為低電平時(shí)，就會使與它相連的NMOS管截止，與它相連的PMOS管導(dǎo)蘭州交通大學(xué)通，輸出為高電平；僅當(dāng)A、B、C、D全為高電平時(shí)，才會使四個(gè)串 聯(lián)的NMOS管都導(dǎo)通，使四個(gè)并聯(lián)的PMOS管都截止，輸出為低電平。 設(shè)計(jì)電路圖如下圖所示：VCCAIM2M3AM5 M6 |_2M1二j_M4OUTPUTM82、輸入網(wǎng)表文件（*.sp）Hspice讀入一個(gè)輸入網(wǎng)表文件，并將模擬結(jié)果存在一個(gè)輸出列 表文件或圖形數(shù)據(jù)文件中，輸入文件*.sp包含以下內(nèi)容：（1）電路網(wǎng)表（子電路和宏、電源等）（2）聲明所要使用的庫說明要進(jìn)行的分析說明所要求的

3、輸出輸入網(wǎng)表文件和庫文件可以由原理圖的網(wǎng)表生成器或文本編輯 器產(chǎn)生。輸入網(wǎng)表文件中的第一行必須是標(biāo)題行，并且.ALTER輔助 模型只能出現(xiàn)在文件最后的.END語句之前，除此之外，其它語句可 以按任意順序排列。設(shè)計(jì)步驟1、寫網(wǎng)表文件首先在oread中將上述原理圖繪制出，仿真后確保電路圖正確且 能夠?qū)崿F(xiàn)與非功能，然后生成網(wǎng)表文件。在文本文檔中寫出Hspice軟 件所要求的網(wǎng)表文件，并另存為*.sp文件。網(wǎng)表文件如下所示：NANDMOS Circuit.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 60NM1OUT4VCCVCCPCHL=1UW=20UM2OUT5VCCVCCPC

4、HL=1UW=20UM3OUT6VCCVCCPCHL=1UW=20UM4OUT7VCCVCCPCHL=1UW=20UM51400NCHL=1UW=20UM62511NCHL=1UW=20UM73622NCHL=1UW=20UM8 OUT 7 3 3 NCH L=1U W=20UVCC VCC 0 5 TOC o 1-5 h z VI40PULSE.24.82N1N1N5N20NV250PULSE.24.82N1N1N5N20NV360PULSE.24.82N1N1N5N20NV470PULSE.24.82N1N1N5N20NC OUT 0 .01p.MODEL PCH PMOS LEVEL=1

5、 .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .END注釋：第三行.TRAN 200P 60N表示瞬態(tài)分析步長為200ps,時(shí)間為60ns第四十二行為電路連接關(guān)系描述語句。第十三行VCC VCC0 5表示在節(jié)點(diǎn)VCC, 0之間加5v直流電壓。第十四十七行V 4 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N表示在節(jié)點(diǎn) 4和0之間加一個(gè)脈沖源，低電平0.2v,高電平4.8v，延時(shí)2ns,上 升沿1ns,下降沿1ns，脈沖寬度5ns,周期20ns第十九，二十行為模型語句，表示模型名PCH，管子類型為PMOS，使 用的是一級模型。2、打開網(wǎng)表文件與仿真進(jìn)入Hspice軟件點(diǎn)擊ope

6、n打開上面的網(wǎng)表文件，仿真，如下圖所示：點(diǎn)擊上圖中Avanwaves如下圖所示:加入輸入波形，如下圖所示:5.i ado匸oti I泌 tfclj_ .W-2OO5.D2 f2CQ5O12：阿團(tuán)囿圃曙t州卿咽曾沖I加入輸出波形，如下圖所示:ST y |k7aAmi ms I-2M5.D3 0C15O128)Qasisi! Eddw Hindaiv Be&ews LafiQrbtLon. loals Help仿真分析1直流工作點(diǎn)分析每種分析方式都以直流操作點(diǎn)分析開始，對DC.OP分析不收斂的 情況，解決方法是：刪除option語句中除acct，list，node，post 之外的所有設(shè)置，采用默

7、認(rèn)設(shè)置，查找.lis文件中關(guān)于不收斂的原 因；使用.nodeset和.ic語句自行設(shè)置部分工作點(diǎn)的偏置；DC.OP不 收斂還有可能是由于model引起的，如在亞閾值區(qū)模型出現(xiàn)電導(dǎo)為負(fù) 的情況。瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析先進(jìn)行直流工作點(diǎn)的計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為瞬態(tài)分析在T0時(shí)刻的初始值，再通過迭代計(jì)算，在迭代計(jì)算過程中時(shí)間步長值 是動(dòng)態(tài)變化的，.trantstep中的步長值并不是仿真的步長值，只是 打印輸出仿真結(jié)果的時(shí)間間隔的值，可以通過調(diào)整.options lvltimimaximin來調(diào)整步長值。瞬態(tài)分析不收斂主要是由于快速的電壓變化和模型的不連續(xù)，對 于快速的電壓變化可以通過改變分析的步長值來保證收斂

8、。對模型的 不連續(xù)，可以通過設(shè)置CAP0P和ACM電容，對于給定的直流模型一般 選擇 CAP0P=4，ACM=3，對于 level 49，ACM=0。對瞬態(tài)分析，默認(rèn)采用Trapezoidal算法，精度比較高，但容易產(chǎn)生 寄生振蕩，采用GEAR算法作為濾波器可以濾去由于算法產(chǎn)生的振蕩， 具有更咼的穩(wěn)定性。延時(shí)分析對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行延時(shí)分析，在網(wǎng)表文件倒數(shù)第三行.MODEL之前 加入下語句，利用Hspice軟件進(jìn)行仿真并輸入延時(shí)分析結(jié)果。網(wǎng)表文件要加入的語句：.measure trantf trig v(out) val=4.5 fall=l targ v(out) val=0.5 fall=1.m

9、easure trantf trig v(out) val=0.5 rise=1 targ v(out)val=4.5 rise=1.measure trantpdr trig v(in) val=2.5 rise=l targ v(out) val=2.5 fall=l.measure trantpdf trig v(in) val=2.5 fall=1 targ v(out) val=2.5 rise=1.measure tpdparam(tpdr+tpdf)/2延時(shí)分析結(jié)果如下：tf=2.7638E-10targ=2.9766E-09 trig=2.7002E-09tr=2.8419E-10targ=8.4835E-09trig=8.1993E-09tpdr=3.2211E-10targ=2.8221E-09trig=2.5000E-09tpdf= -1.5189E-10targ=