實(shí)驗(yàn)三 全加器電路設(shè)計(jì)與瞬時(shí)分析

1、班級(jí)：電技C083 姓名:金雷 學(xué)號(hào)：087726實(shí)驗(yàn)三 全加器電路設(shè)計(jì)與瞬時(shí)分析（綜合性實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解如何分析所繪制的電路圖的功能能夠達(dá)到原來(lái)預(yù)計(jì)的效果2. 掌握如何使用S-Edit編輯全加器的繪制方法3. 掌握全加器瞬時(shí)分析的方法4. 掌握電路分析中分析設(shè)定和輸出設(shè)定的方法5. 掌握從仿真分析結(jié)果中提取相應(yīng)的參數(shù)和對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析歸納二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括全加器的電路編輯和瞬時(shí)分析，具體操作流程：打開(kāi)S-Edit程序環(huán)境設(shè)定另存新文件從元件庫(kù)中引用元件編輯全加器標(biāo)注節(jié)點(diǎn)名稱加入輸入端口與輸出端口建立全加器符號(hào)加入輸入端口與輸出端口全加器設(shè)計(jì)成果觀察輸出成SPICE 文件加載包

2、含文件設(shè)定參數(shù)值Vdd電壓值設(shè)定設(shè)定A的輸入信號(hào)設(shè)定B的輸入信號(hào)設(shè)定Ci的輸入信號(hào)分析設(shè)定輸出設(shè)定進(jìn)行仿真觀看結(jié)果分析結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)步驟（一）全加器電路設(shè)計(jì)(1) 打開(kāi)S-Edit程序：依照第2章或第3章的方式打開(kāi)S-Edit程序，S-Edit會(huì)自動(dòng)將工作文件命名為File0sdb并顯示在窗口的標(biāo)題欄上。(2) 環(huán)境設(shè)定：S-Edit默認(rèn)的工作環(huán)境是黑底白線，但也可以按照第2 章的步驟設(shè)定為自己喜歡的顏色。(3) 另存新文件：選擇FileSave As命令，打開(kāi)“另存為”對(duì)話框，在“保存在”下拉列表中選擇保存的目錄，在“文件名”文本框中輸入新文件的名稱，如Ex6。(4) 編輯模塊：S-Edit

3、 的編輯方式是以模塊(Module)為單位而不是以文件(File)為單位，每一個(gè)文件可有多個(gè)模塊，而每一個(gè)模塊即表示一種基本組件或一種電路，所以，一個(gè)文件中可能包含多種組件或多個(gè)電路。每次打開(kāi)個(gè)新文件便會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一個(gè)模塊并將其命名為Module0。(5) 從組件庫(kù)引用模塊：可從scmos 組件庫(kù)分別復(fù)制NOR2C，NAND2C，NOR3C，NAND3C 與Inv 模塊到Ex6 文件中，并在Module0 編輯畫(huà)面中引用。方法是選擇Module-以同樣操作再選出NAND2C符號(hào)，單擊Place按鈕后會(huì)出現(xiàn)模塊名稱沖突的對(duì)話框Module Name(s) Conflict, 在其中的列表框中列出復(fù)

4、制時(shí)發(fā)生沖突的模塊名稱有GND，Vdd，N_4 與P_4 等，可選擇第4 項(xiàng)解決方式Don't copy colliding modules. Usethe cells in the current file instead, 即選擇不要復(fù)制發(fā)生名稱沖突的模塊，使用文件中現(xiàn)有的模塊。接著單擊Proceed接鈕，則在Module0編輯窗口內(nèi)將出現(xiàn)NOR2C的符號(hào)。以同樣的方式將NOR3C, NAND3C與NOR2項(xiàng)選擇出來(lái)并放置在當(dāng)前Module0 編輯窗口中。(6) 編輯全加器：按住Alt 鍵的同時(shí)拖動(dòng)鼠標(biāo)可以移動(dòng)各對(duì)象。需要重復(fù)使用的符號(hào)，可通過(guò)選擇Edit-Duplicate命令或

5、按住Ctrl鍵的同時(shí)拖動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)進(jìn)行。之后利用左邊的聯(lián)機(jī)按鈕，完成端點(diǎn)的信號(hào)連接，:注意，控制鼠標(biāo)可將聯(lián)機(jī)轉(zhuǎn)向，右擊可終止聯(lián)機(jī)。當(dāng)聯(lián)機(jī)與組件節(jié)點(diǎn)正確相接時(shí)，節(jié)點(diǎn)上的小圓圈會(huì)消失，但若有3 個(gè)以上的聯(lián)機(jī)或組件節(jié)點(diǎn)接在一起時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)實(shí)心圓圈，將各對(duì)象擺放成如圖3.1 所示的位置。注意，NOR2C, NOR3C，NAND2C與NAND3C各有兩個(gè)輸出，而NOR2C與NOR3 C偏下面的輸出可作為OR 輸出，同樣，NAND2C 與NAND3C 偏下面的輸出可作為AND 輸出。注意，兩個(gè)對(duì)象相連接處的各節(jié)點(diǎn)上的小圓圈消失即代表連接成功。(7) 標(biāo)注節(jié)點(diǎn)名稱：要標(biāo)注圖3.3 中的節(jié)點(diǎn)名稱，可利用s-Edi

6、t提供的節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽按鈕，方法如下：?jiǎn)螕艄?jié)點(diǎn)標(biāo)簽按鈕，再到工作區(qū)中選擇要連接的端點(diǎn)，打開(kāi)Place Node Label對(duì)話框，在Name文本框中輸入節(jié)點(diǎn)的名稱，在Origin Location選項(xiàng)組中選擇節(jié)點(diǎn)名稱與節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，之后單擊OK 按鈕即可。最好配合T-Spice的節(jié)點(diǎn)命名規(guī)則，除了Tab 鍵、空格鍵、;、/、=與（）鍵不能作為名稱，其他字符都可以。(8)加入輸入端口與輸出端口：利用S-Edit 提供的輸入端口按鈕與輸出端口按鈕，標(biāo)明此全加器的輸入輸出信號(hào)的位置與名稱，方法如下：?jiǎn)螕糨斎攵丝诎粹o，到工作區(qū)中用鼠標(biāo)左鍵選擇要連接的端點(diǎn)，打開(kāi)EditSelected Port'對(duì)

7、話框，在Name文本框中輸入輸入端口的名稱，單擊OK 按鈕，在這里要分別建立A，B與Ci這3 個(gè)輸入端口; 單擊輸出端口按鈕，到工作區(qū)用鼠標(biāo)左鍵選擇要連接的端點(diǎn)，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，在Name文本框中輸入輸出端口的名稱，單擊OK 接鈕，在這里分別要建立Co與S兩個(gè)輸出端口。若輸入端口或輸出端口未與所要連接的端點(diǎn)相接時(shí)，可利用移動(dòng)功能將之連接在一起。(9) 建立全加器符號(hào)：在此步驟之前是電路設(shè)計(jì)模式，S-Edit 的模塊除了用于設(shè)計(jì)電路的窗口外，還可以建立該電路符號(hào)的窗口，選擇View-Symbol Mode命令，即可切換至符號(hào)模式。在工具欄中選擇畫(huà)方形工具后，按鼠標(biāo)左鍵拖曳可畫(huà)方形，之后可利用畫(huà)

8、線工具畫(huà)線，并可利用文字工具標(biāo)示文字。(10) 加入輸入端口與輸出端口：利用S-Edit提供的輸入端口按鈕與輸出端口按鈕，標(biāo)明此全加器符號(hào)的輸入輸出信號(hào)的位置與名稱，同步驟(8)，結(jié)果如圖3.5所示。注意，符號(hào)的輸入輸出端口的名稱要與電路輸入輸出端口的名稱相同，大小寫(xiě)亦需一致。(11) 更改模塊名稱：將原來(lái)的模塊名稱Module0 換成符合實(shí)際電路特性的名稱。步驟為：選擇Module-Rename命令，打開(kāi)Module Rename對(duì)話框，在New module's name文本框中輸入“fulladder”，單擊OK按鈕，即可完成全加器模塊的S-Edit設(shè)計(jì)。(12) 全加器設(shè)計(jì)成果

9、：觀看最后全加器的設(shè)計(jì)成果，可分別選擇View-Schematic Mode與View-SymbolMode命令切換到電路設(shè)計(jì)模式和符號(hào)模式兩個(gè)窗口，或者選擇View-Change Mode命令可輪流在電路設(shè)計(jì)模式和符號(hào)模式這兩個(gè)窗口之間進(jìn)行切換。(13) 輸出成SPICE 文件：將設(shè)計(jì)好的S-Edit電路圖輸出成SPICE 格式，可借助T-Spice來(lái)分析與模擬此設(shè)計(jì)電路的性質(zhì)，之后可選擇File-Export命令輸出，或單擊S-Edit右上方的按鈕，將自動(dòng)輸出成SPICE 文件并打開(kāi)T-Spice與轉(zhuǎn)出文件。但此全加器的SPICE 文件必須加入電源與設(shè)定，才能以T -Spice進(jìn)行分析。（

10、二）全加器電路瞬時(shí)分析(1) 打開(kāi)文件：可以執(zhí)行在.TannerTspice70 目錄下的wintsp32.exe文件，或選擇“開(kāi)始”-“程序”-TannerEDA-T-Spice Pro v7.0-T-Spice 命令，即可打開(kāi)T-Spice 程序，再打開(kāi)從Ex6 的fulladder 模塊輸出的fulladder.sp文件。(2) 加載包含文件：由于不同的流程有不同的特性，在模擬之前，必須要引入MOS組件的型文件，此模型文件內(nèi)包括電容電阻系數(shù)等數(shù)據(jù)，以供T-Spice 模擬之用。在本章是引用1.25um 的CMOS 流程組件模型文件m12_125.md。將鼠標(biāo)移至主要電路之前，選擇Edit

11、-Insert Command 命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框中的列表框選擇Files 選項(xiàng)，此時(shí)在右邊窗口將出現(xiàn)4 個(gè)按鈕，可直接單擊Include按鈕，也可展開(kāi)左側(cè)列表框中Files選項(xiàng)并選擇Includefile選項(xiàng)，此時(shí)單擊Browse按鈕在出現(xiàn)的對(duì)話框中找到.TannerTSpice70models目錄， 接著選取模型文件m12_125.m, 則在Include file 文本框中將出現(xiàn).TannerTSpice70modelsml2_125.md。再單擊Insert Command 按鈕，則會(huì)出現(xiàn)默認(rèn)的以紅色字開(kāi)頭的“.include ?C:TannerTSpice70modelsm12_1

12、25.md”。(3) 設(shè)定參數(shù)值：由于nmos 與pmos組件的W 與L是以參數(shù)(1)來(lái)表示所以必須設(shè)定參數(shù)值才能進(jìn)行模擬。選擇 Edit-Insert Command命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的列表框中選擇Settings 選項(xiàng)，對(duì)話框右側(cè)會(huì)出現(xiàn)6個(gè)選項(xiàng)，在Settings選項(xiàng)下選擇Parameters選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)出現(xiàn)的Parameter type下拉列表中選擇General選項(xiàng)，在Parameter name文本框中輸入“1”，在Parameter value文本框中輸入“0.5u”。再單擊Insert Command按鈕，則會(huì)出現(xiàn)默認(rèn)的以紅色字開(kāi)頭的“.param I = 0.5u”。(

13、4) Vdd電壓值的設(shè)定：設(shè)定Vdd的電壓值為5.0v。其方法為設(shè)定一個(gè)名稱為vvdd的定電壓源，加在Vdd與GND 之間，定電壓值為5.0V 。可以仿效前面在S-Edit中加入電源符號(hào)，再輸出成SPICE 文件的方式，也可在T-Spice中選擇Edit-Insert Command命令設(shè)定，其方法如下：選擇Edit- Insert Command命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的列表框中選擇Voltage Source選項(xiàng)， 在對(duì)話框的右側(cè)出現(xiàn)10 個(gè)選項(xiàng)，再在VoltageSource選項(xiàng)下選擇Constant選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)出現(xiàn)的Voltage source name文本框中輸入“vvdd”，在P

14、ositiveterminal文本框中輸入“Vdd ",在Negative terminal (GND)文本框中輸入“GND”，在DC Value文本框中輸入“5.0”，單擊Insert Command按鈕，則會(huì)出現(xiàn)“vvdd Vdd GND 5.0”的文字。(5) 設(shè)定A的輸入信號(hào)：為了了解電路的正確性，需要觀察輸入與輸出的波形變化，一般是以周期性倍增的周期方波作為輸入。在本章中將以3 種不同的方式設(shè)定A，B 與Ci的輸入波形，其中兩種為周期性方波方式設(shè)定，一種為分段線性波形方式設(shè)定。首先以脈沖波的方式設(shè)定輸入A的電壓信號(hào)，其周期為100ns，方波最大值為5.0V,最低為0V, 5

15、V維持時(shí)間為50ns?？梢苑滦懊嬖赟-Edit中加入電源符號(hào)，接至輸入端當(dāng)作輸入信號(hào)，再輸出成SPICE 文件的方式，也可在T-Spice中選擇Edit-Insert Command命令進(jìn)行設(shè)定，其方法如下：選擇Edit-Insert Command命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的列表框中選擇Voltage Source選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)將出現(xiàn)10個(gè)選項(xiàng)，再在Voltage Source選項(xiàng)下選擇Pulse選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)的Voltage sourcename(電壓源名稱)文本框輸入“va”，在Positive terminal(電源正端)文本框輸入節(jié)點(diǎn)名稱“A”，在Negativeterminal

16、 (GND )(電源負(fù)端)文本框輸入“(GND)”，在Initial(電源起始點(diǎn))文本框輸入“0”，在Peak(電源脈沖最高點(diǎn))文本框輸入“5”，在Rise tune(脈沖波形的上升時(shí)間)文本框輸入“5n”，在Fall(脈沖波形的下降時(shí)間)文本框輸入“5n”，在Pulse width(脈沖波形的脈沖寬度)文本框輸入"50n", 在Pulse period (脈沖波形的脈沖周期)文本框輸入“l(fā)00n”, 在Initial delay(起始延遲時(shí)間)文本框輸入“50n”。再單擊Insert Command按鈕，將會(huì)出現(xiàn)“va AGND PULSE (0 5 50n 5n 5n

17、50n 100n )”的文字。(6) 設(shè)定B的輸入信號(hào)：再來(lái)以數(shù)據(jù)串流的方式設(shè)定周期性方波輸入B的電壓信號(hào)，其周期為200ns, 每位最大值為5.0V，最低為0V。5V維持時(shí)間為50ns, 0V維持時(shí)間為50ns。可在T-Spice中選擇Edit-InsertCommand命令進(jìn)行設(shè)定，其方法如下：選擇Edit-Insert Command命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的列表框中選擇Voltage Source選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)將出現(xiàn)10個(gè)選項(xiàng)，再在Voltage Source選項(xiàng)下選擇Bit選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)出現(xiàn)的Voltage source name 文本框輸入“vb”，在Positive term

18、inal 文本框中輸入節(jié)點(diǎn)名稱“B”，在Negative terminal本框中輸入"GND", 在Bit stream(位串設(shè)定處)文本框中輸入“0011”，在ON value(位值為1 電壓)文本框中輸入“5”，在OFF value(位值為0 的電壓)文本框輸入“0”，在Low time(脈沖為L(zhǎng)ow時(shí)的保持時(shí)間)文本框輸入“50n”，在High time(脈沖為High時(shí)的保持時(shí)間)文本框輸入“50n”，在Rise time 文本框輸入" 5n", 在Fall time 文本框輸入"5n"。再單擊Insert Command 按

19、鈕，則會(huì)出現(xiàn)“vb B GNDBIT(00111t=50n ht=50n on=5 off =0rt=5n ft=5n)”的文字。(7) 設(shè)定Ci 的輸入信號(hào)：接著以分段線性波形的方式設(shè)定輸入Ci 的電壓信號(hào)，方波最大值為5.0V，最低為0V, 5V 維持時(shí)間為200ns。選擇Edit-Insert Command 命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的列表框中選擇VoltageSource 選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)將出現(xiàn)10 個(gè)選項(xiàng)，再在VoltageSource 選項(xiàng)下選擇Piecewise-linear 選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)出現(xiàn)的Voltage source name文本框輸入“vci”，在Positive t

20、erminal文本框輸入“A”，在Negativeterminal(GND)文本框輸入“GND”，在Waveform(波形設(shè)定)文本框輸入“0ns 0V 200ns 0V 205ns 5V 400ns5V”。再單擊Insert Command按鈕，則會(huì)出現(xiàn)“vci Ci GND PWL(0ns 0V 200ns 0V 205ns 5V 400ns 5V)”的文字。（8）分析設(shè)定：此范例為全加器的瞬時(shí)分析，必須下瞬時(shí)分析指令，將鼠標(biāo)移至文件尾，選擇Edit-InsertCommand 命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的列表框中選擇Analysis 選項(xiàng)，在對(duì)話框右側(cè)出現(xiàn)8 個(gè)選項(xiàng)，可直接單擊Transien

21、t 瞬時(shí)分析按鈕，也可展開(kāi)左側(cè)列表框的Analysis 選項(xiàng)，并選擇Transient 選項(xiàng)。在對(duì)話框右側(cè)有幾項(xiàng)設(shè)定需要選擇，并設(shè)定其時(shí)間間隔與分析時(shí)間范圍，這里我們將模擬時(shí)間間隔設(shè)定為1ns,總模擬時(shí)間設(shè)定為400ns。首先在Modes 選項(xiàng)組中選擇Standard (from DC op.point)單選按鈕，在Maximum tinge文本框輸入“1n”，在Simulation文本框輸入“400n”，在Methods 選項(xiàng)組中選擇Standard BDF單選按鈕。單擊Insert Command按鈕后，則會(huì)出現(xiàn)默認(rèn)以紅色字開(kāi)頭的“.tran/op 1n 400n method =bdf”。(9) 輸出設(shè)定：若要觀察瞬時(shí)分析的結(jié)果，首先要設(shè)定觀察瞬時(shí)分析結(jié)果為哪些節(jié)點(diǎn)的電壓或電流，在此要