非門,與非門,或非門的電路結(jié)構(gòu)與仿真

1、飯融向奇人,微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)二 非門、與非門、或非門的電路結(jié)構(gòu)與仿真班級(jí)xxxx姓名xx 學(xué)號(hào)xxxxxxxx指導(dǎo)老師、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握基本組合邏輯電路結(jié)構(gòu)及相關(guān)特性;2、進(jìn)一步熟練Hspice等工具;、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1、設(shè)計(jì)反相器電路；2、設(shè)計(jì)出2輸入與非門、或非門并仿真；實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求：(1)、確定反相器電路每個(gè)晶體管尺寸；(2)、繪制出反相器電壓傳輸特性；(3)、確定與非門、或非門各個(gè)管子的尺寸；三、實(shí)驗(yàn)原理.反相器：(1)組成：一個(gè)增強(qiáng)型 NMOS 管和一個(gè)增強(qiáng)型 PMOS管相連接而組成的；下方的NMOS 管的襯底(P型硅)都接地，而 PMOS管襯底(N型硅)都接Vdd ,這種對(duì)

2、襯底的偏置方式可以避第1頁共10頁免源，漏區(qū)和襯底形成的PN結(jié)正偏，防止寄生效應(yīng)。(2)結(jié)構(gòu)：CMOS反相器中輸入端直接連接在NMOS管和PMOS管的柵極上，輸入端引入的輸入電平會(huì)直接影響NMOS管和PMOS管的工作狀態(tài)。而 NMOS管和PMOS管的漏極則相互連接起來，構(gòu)成了輸出端，對(duì)外提供輸出電平( Vout ).注意：反相器的輸出端并不是孤立的節(jié)點(diǎn)，而是連接有負(fù)載電容。(3 )在CMOS反相器中，NMOS管和PMOS管的柵源電壓和漏源電壓與輸入，輸出電平的關(guān)系為：V(GSN)= V(in);V(DSN)=V(out)V(GSP)=V(in)-V(DD);V(DSP)=V(out)-V(DD

3、);備注：G為柵極，S為源極，D為漏極。(5)反相器的工作原理：靜態(tài)工作的CMOS反相器，當(dāng)輸入為邏輯值“ 0”時(shí)(V (in) = 0V ) ,NMOS管的接地端為源極， NMOS管上的柵源電壓為 0V,而PMOS管接V (DD)的是源極，PMOS管的柵源電壓為-V(DD). 這就使得NMOS管處于截止?fàn)顟B(tài)而 PMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)； 通過導(dǎo)通的PMOS管，在電源電壓 V(DD)與輸出端連接的負(fù)載電容之間建立起了導(dǎo)電通路?？梢詫⒇?fù)載電容充電到V (DD)，使得輸出的邏輯值變?yōu)椤?1” ；當(dāng)輸入為邏輯值“ 1”時(shí)(此時(shí)的輸入電平為 V (DD),即V(in)=V(DD) 由于PMOS管的柵源電

4、壓為 0V,而NMOS管的柵源電壓為 V(DD),使得PMOS管處于截止?fàn)顟B(tài)而 NMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣就在負(fù)載電容與地電極之間通過NMOS管建立起了導(dǎo)電通路，使得負(fù)載電容被放電到 0V,這就使輸出邏輯值變?yōu)椤?”。(6)反相器的直流電壓傳輸特性：當(dāng)輸入電壓處于0-VDD之間，此時(shí)的輸出電平將隨著輸入電第2頁共10頁捌港人 亭微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告平的不同而發(fā)生變化，此時(shí)輸入電平與輸出電平的關(guān)系就是直流電壓傳輸特性。(7)電路的直流噪聲容限：在實(shí)際電路電路參數(shù)的設(shè)計(jì)中，允許電路的輸入電平在一定的范圍之內(nèi)，在此變化范圍內(nèi)可以保證電路輸出電平在邏輯上仍然是正確的。電路中允許的輸入電平變化 范圍稱為

5、電路的直流噪聲容限。(8)采用對(duì)稱設(shè)計(jì)的 CMOS反相器有相同的輸入高電平和輸出低電平的噪聲容限。最大噪聲容限 V(it),V(in)VQt),V(out)V(it),則 V(out)V(it).兩輸入與非門：.邏輯功能：AB =C,其中A,B均為輸入，C為輸出。.原理：當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)A,B都是低電平(即邏輯 1)時(shí)，2個(gè)NMOS管都截止，2個(gè)PMOS管都導(dǎo)通，上拉開關(guān)都接通，下拉開關(guān)都斷開，因此輸出必然是高電平Vdd。同理可得，輸出為低電平的情況。輸入或非門：(1)邏輯功能：A + B =C(2)原理：只有當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào) A和B都是低電平時(shí)，2個(gè)NMOS管都截止，2個(gè)串聯(lián)的PMOS 管都導(dǎo)通

6、，才能使下拉開關(guān)都斷開，上拉開關(guān)都接通，形成上拉通路，使輸出為高電平。同理可 得，輸出為低電平的情況。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟實(shí)驗(yàn)方法：計(jì)算機(jī)平臺(tái)： Asus A450C (inter Core i5-3337U1.8GHz)軟件仿真平臺(tái)：操作系統(tǒng)( windows 7 或者 windows XP ),軟件(Hpice )實(shí)驗(yàn)步驟：.設(shè)計(jì)反相器的實(shí)驗(yàn)步驟：(1)編寫源代碼。在記事本編輯器上編寫反相器描述代碼。并以 .sp文件擴(kuò)展名存儲(chǔ)文件。(2)打開Hspice軟件平臺(tái)，點(diǎn)擊 open按鈕，然后在系統(tǒng)文件中找到反相器的.sp文件，加入到第3頁共10頁微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告當(dāng)前選項(xiàng)。點(diǎn)擊“simulate

7、 ”，仿真后進(jìn)行編譯Edit LL.(3)編譯運(yùn)行通過后。點(diǎn)擊Avanwaves;(4)查看輸出特性曲線；.設(shè)計(jì)二輸入與非門的實(shí)驗(yàn)步驟；(1)編寫源代碼。在記事本編輯器上編寫二輸入與非門描述代碼。并以.sp文件擴(kuò)展名存儲(chǔ)文件。(2)打開Hspice軟件平臺(tái)，點(diǎn)擊 open按鈕，然后在系統(tǒng)文件中找到二輸入與非門的.sp文件,加入到當(dāng)前選項(xiàng)。點(diǎn)擊“simulate ”，仿真后進(jìn)行編譯 Edit LL.(3)編譯運(yùn)行通過后。點(diǎn)擊Avanwaves;(4)查看輸出特性曲線；.設(shè)計(jì)二輸入或非門： (1)編寫源代碼。在記事本編輯器上編寫二輸入或非門描述代碼。并以 .sp文件擴(kuò)展名存儲(chǔ)文件。(2)打開Hsp

8、ice軟件平臺(tái)，點(diǎn)擊 open按鈕，然后在系統(tǒng)文件中找到二輸入或非門的.sp文件,加入到當(dāng)前選項(xiàng)。點(diǎn)擊“simulate ”，仿真后進(jìn)行編譯 Edit LL.(3)編譯運(yùn)行通過后。點(diǎn)擊 Avanwaves;(4)查看輸出特性曲線；五、實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果及其分析 反相器：1、仿真過程1)代碼：*Sample netlist for GSMC.TEMP 25.0000.param wn=1u wp=0.28u Lmin=0.28u vdd=3.6v.lib gd018.1 TT.option postvdd vcc 0 dc vdd*-Voltage Sources-*-Inverter Subcirc

9、uit-M1 n2 n1 vcc vcc PCH w=wp L=LminM2 n2 n1 00 NCH w=wn L=LminC1 n2 0 10pvs n1 0*-Transient Analysis-.dc vs 0 vdd 0.01.print dc v(n2) I(m2).alter.param wp = 1u第4頁共10頁微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告.param wp = 3u.alter.param wp = 9u.alter.param wp = 27u.end2)編譯或調(diào)試過程(中間出現(xiàn)的情況與結(jié)果)寫入 gd018 庫(kù)文件：.lib gd018.l TT1和l輸入搞混，導(dǎo)致編譯無法通過

10、。2、仿真結(jié)果及分析1)仿真結(jié)果2)仿真結(jié)果分析其中橙色曲線為輸出曲線；由圖可知： V(TN)=500mV , V(it)=1V , V(DD)=2.5V;兩輸入與非門:.仿真過程：(1)代碼：*Sample netlist for GSMC第5頁共10頁輻也 奇文多 微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告.TEMP 25.0000.param wn=30u wp=30u Lmin=6u vdd=3.6v.lib gd018.1 TT.option postvdd vcc 0 dc vdd*-Voltage Sources-*-Inverter Subcircuit-Mp1 n3 n2 vcc vcc PCH w

11、=wp L=LminMp2 n3 n1 vcc vcc PCH w=wp L=LminMn1 n3 n1 n4 0 NCH w=wn L=LminMn2 n4 n2 0 0 NCH w=wn L=Lminvs n1 0 dc=5vvd n2 0 dc=5v*-Transient Analysis-.dc vs 0 vdd 0.01 vd 0 vdd vdd.print v(n3).end(2)編譯或調(diào)試過程(中間出現(xiàn)的情況與結(jié)果)編譯調(diào)試均正常；.仿真結(jié)果及分析 (1)仿真結(jié)果：* EiUTipl4 .FLdktli E t & KJEH CHEaBBSMMI9aHiMime9MBHE(2)仿

12、真結(jié)果分析:第6頁共10頁微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)沏由大學(xué)圖中紅綠兩條直線各自表示兩個(gè)輸入端電壓變化曲線，藍(lán)色曲線表示反相器的輸出曲線，最下方 綠色的曲線是兩輸入與非門的輸出曲線?？梢钥闯霎?dāng)兩個(gè)輸入端的電壓值在不斷上升，隨著輸入端電壓的上升，與非門輸出曲線從低電平 向高電平過渡。兩輸入或非門：1.仿真過程：(1)代碼：*Sample netlist for GSMC.TEMP 25.0000.param wn=30u wp=30u Lmin=6u vdd=3.6v.lib gd018.1 TT.option postvdd vcc 0 dc vdd*-Voltage Sources-Inverter

13、Subcircuit-Mp1 vcc n1 n4 vcc PCH w=wp L=LminMp2 n4 n2 n3 n4 PCH w=wp L=LminMn1 n3 n1 0 0 NCH w=wn L=LminMn2 n3 n2 0 0 NCH w=wn L=LminC1 n3 0 0.1pvs n1 0vd n2 0-Transient Analysis-.dc vs 0 vdd 0.01 vd 0 vdd vdd.print v(n3).endSample netlist for GSMC.TEMP 25.0000.param wn=30u wp=30u Lmin=6u vdd=3.6v.l

14、ib gd018.1TT第7頁共10頁微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告vdd vcc 0 dc vdd*-Voltage Sources-Inverter Subcircuit-Mp1 n3 n2 vcc vcc PCH w=wp L=LminMp2 n3 n1 vcc vcc PCH w=wp L=LminMn1 n3 n1 n4 0 NCH w=wn L=LminMn2 n4 n2 0 0 NCH w=wn L=Lminvs n1 0 dc=5vvd n2 0 dc=5v-Transient Analysis-.dc vs 0 vdd 0.01 vd 0 vdd vdd.print v(n3).endS

15、ample netlist for GSMC.TEMP 25.0000.param wn=30u wp=30u Lmin=6u vdd=3.6v.lib gd018.1TT.option postvdd vcc 0 dc vdd-Voltage Sources-Inverter Subcircuit-第8頁共10頁例篦?捌奇具多 微電子電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告Mp1 vcc n1 n4 vcc PCH w=wp L=LminMp2 n4 n2 n3 n4 PCH w=wp L=LminMn1 n3 n1 0 0 NCH w=wn L=LminMn2 n3 n2 0 0 NCH w=wn L=LminC1 n3 0 0.1pvs n1 0vd n2 0-Transient Analysis-.dc vs 0 vdd 0.01 vd 0 vdd vdd.print v(n3).end(2)編譯或調(diào)試過程編譯調(diào)試過程正常，無差錯(cuò)；2.仿真結(jié)果及分析：(1)仿真結(jié)果：第9頁共10頁微電