集成电路设计上机实验报告
学院: 电子工程学院
班级: 1402018
姓名: 刘嘉信
学号: 14020188005
指导老师: 来新泉
2017年4月25日
目录
实验一:Tanner软件的安装和使用 实验二:简单数字电路设计
(D触发器,要求用S-edit画图、Ledit/SPR自动布局布线、T-spis功能仿真。)
实验三: 手工绘制CMOS版图
(手工画出CMOS结构Nand2或Nor2版图)。
实验四: 简单差分放大电路设计
(对一个模拟电路如差分对完成S-edit画图、T-spice功能仿真、Ledit手工画出版图。)
课程总结
实验一:Tanner的安装与使用
1.Tanner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…\\Tanner L-EDIT 11.1 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….\\Tanner L-EDIT 11.1\\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tanner pro 软件的五个功能模块。
2. Tanner的使用
1.【启动S-edit】: 双击S-Edit图标
,就可以启动S-edit。
在启动时,S-Edit会创建一个名叫File0的文件(这个文件具有一个模块Module0,显示页码为Page0)。
启动S-Edit打开一个未存在的文件时,S-Edit就会寻找文件sedit.sdb,阅读这个文件可以得到设置信息。
2.【加库】:Module -> symbol browser -> add library。 添加库文件:tanner\\library\\element.lib、pages.lib、scoms.lib、spice.lib。其中scoms.lib用作数字电路,spice.lib用作模拟电路,element.lib、pages.lib不常用,可以选择不添加。
3.【放置元件】: 使用菜单Module>Symbol blowser或图标置数字原件“或非门”:scmos -> 选择NOR2 -> 单击place。
4.【移动、删除元件】:先选中元件(原件变成红色),用alt+鼠标左键移动,或使用鼠标中键,按delete删除元件。
5.【放大、缩小、移动整体布局】:按键盘中的“+”,“-”,上下左右箭头。 6【添加连线、端口】:菜单栏左侧提供了用于创建电对象如连线、端口、属性 工具。
连线:点击连线图标
,在原理图中用鼠标左键确定连线的起点,右键确定连
。若此时需要放
线的终点,将各个元件按功能连接起来。
7.【启动T-spice】:在S-edit窗口中点击T-spice图标真环境。
,进入T-spice仿
实验二: 简单数字电路设计
一、 实验目的
1、掌握D触发器的简单数字电路的性能仿真方法。 2、掌握简单数字电路Ledit/SPR自动布局布线方法。
二.实验原理与过程 2.1 原理图分析
图2- 1等效电路
D触发器(data flip-flop或delay flip-flop)由6个与非门组成,其中G1和G2构成基本RS触发器。电平触发的主从触发器工作时,必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号,那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样,输入端受干扰的时间大大缩短,受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。 工作过程如下:
1)CP=0时,与非门G3和G4封锁,其输出Q3=Q4=1,触发器的状态不变。同时,由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开,因此可接收输入信号D,Q5=D,Q6=Q5非=D非。
2)当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开,它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D非,Q4=Q6非=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知,Q=Q3非=D。
3)触发器翻转后,在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后,它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0,若Q3为0,则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁,即封锁了D通往基本RS触发器的路径;该反馈线起到了使触发器维持在1状态和阻止触发器变为0状态的作用,故该反馈线称为置1维持线,置0阻塞线。Q4为0时,将G3和G6
封锁,D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在0状态的作用,称作置0维持线;Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置1的作用,称为置1阻塞线。因此,该触发器常称为维持-阻塞触发器。
总之,该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号,正跳沿时触发翻转,正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成,所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。 /span>。由基本RS触发器的逻辑功能可知,Q=Q3非=D。
2.2 tanner电路图
2.3 T-spice仿真 2.3.1 参数设置
设置输入时钟CP周期为400ns,脉宽200ns,上升沿时间和下降沿时间都是1ns;D输入周期为100ns,脉宽50ns,上升沿和下降沿都是10ns的方波信号。进行仿真。
2.3.2 波形截图
如图1-2-2所示,四排波形从上至下依次为CP、D、Q+、Q-。
图1-3-2 D触发器仿真波形
2.3.3 波形分析
?? 仿真结果是明显的,当时,Q?DCP?1,Q??D,当CP?0
时,两输出端保持各自状态,实现了D触发器的功能。
2.4 版图
三.小结
掌握了画图与调试的基本知识,为下面的实验打下基础。
实验三: 手工绘制CMOS版图
一、 实验目的
(1)掌握与非门、或非门的基本结构; (2)掌握绘制版图的方法.
二. 实验过程 2.1内部结构电路图
如图2-1所示:
M1M2DCGND2AM3OUTBM4GND1
图3-1 CMOS结构NAND2内部线路图
2.2 绘制过程截图
NAND2版图如图2-2所示。
三.小结:
通过这次实验,我对部分数字电路元器件的内部结构有了更深刻的认识。
实验四: 简单模拟放大电路设计
一、实验目的
1、复习基本差分对的电路结构、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、 差分对电路功能及原理 2.1 原理
差分放大器可以用晶体三极管(晶体管)或电子管作为它的有源器件。输出电压u0=u01-u02,是晶体管T1和T2集电极输出电压u01和u02之差。当T1和T2的输入电压幅度相等但极性相反,即us1=-us2 时,差分放大器的增益Kd(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd≈Rc/re,式中Rc=Rc1=Rc2,re是晶体管的射极电阻。通常re很小,因而Kd较大。当us1=us2 ,即两输入电压的幅度与极性均相等时,放大器的输出u0应等于零,增益也等于零。
改变宽长比可以改变管子的导通电阻,通过改变管子的宽长比以及下方电流源的拉电流能力,可以调整放大倍数和输出漂移。电路中管子的大宽长比可以提供大驱动电流,适合于放大器的输出级。
需要注意的是,电路中左右管子的所有参数都是严格对称的,否则必将产生输入误差信号,这个误差信号会限制放大器所能放大的最小信号,及限制放大器的灵敏度。
2.2电路图
图4-1差分对仿真电路
2.3波形截图
仿真波形如图4-2所示。
图4-2 差分对仿真波形
2.2.3 波形分析
输入信号
A?0.01cos?200?t?V?3.5VB?3.5V,,差分对放大的是差分信号,及
幅度为0.01V交流信号。 从图1-2-2中可以看出,
Vout输出信号幅度达到0.14V,直流偏置为3.35V,交流
增益达14倍,约23dB,且波形无明显失真。
2.3 版图绘制
差分对版图及其DRC检查结果如图1-3所示。
注意绘制时要尽可能对称。对称性要考虑器件以及周围的环境,差动电路
的不对称性会产生输入失调电压,因而限制了最小可检测的信号电平。尽管一些失配不可避免但若不考虑版图的对称性,就可能造成大的失调电压。好的对称性可以抑制共模噪声和偶次非线性效应。
图4-3 差分对版图
1.4 小结
通过差分对电路的仿真及版图绘制,深入的理解了CMOS管长宽比等参数对电路性能的影响,以及“对称思想”在电路设计中的运用。
课程总结
通过本次实验对Tanner的运用有了全面的掌握,例如原理图的设计、反相器电路仿真、版图设计等。但在实验的过程中也会遇到很多的困难,如在差分对放大器的电路设计时由于数据设置错误会导致仿真图的不对。所以在实验时要仔细认真,确定每一个细节,以保证实验的顺利完成。
我们要适应未来社会的发展,多学点专业技术知识,就像今天学习的内容,掌握各种仿真分析法,掌握各种模拟和数字电路的特点,能做基本的设计电路,理解软件在常用电力电子电路中的一般分析步骤。这都是我们这次实验需要掌握的。
我们还要明白集成电路的重要性,长期以来, 我国在芯片的集成电路行业一直依赖进口,就像华为因为闪存造不出来,只能任上游公司垄断,导致丑闻(不知道真的假的),所以集成电路是电子产业的重中之重。我们会进过刻苦努力的,把自己的理解与书本上的知识总结起来,形成自己的理解思想,为以后的工作学习做好铺垫。我们会继续努力的,不会怕失败。
【参考资料】
[1]来新泉 等.混合信号集成电路设计,西安电子科技大学出版社,2013 [2]刘祖刚. 模拟电路分析与设计基础,科学出版社,2008