TSPC鎖存器的設計及HSPICE仿真

.z.IC課程設計報告題目TSPC鎖存器的設計與HSPICE仿真學院專業(yè)班級學生日期指導教師（簽字）HSPICE簡介SPICE（SimulatorProgramwithIntegratedCircuitEmphasis，以集成電路為重點的模擬程序）模擬器最初于20世紀70年代在berkeley開發(fā)完成，能夠求解描述晶體管、電阻、電容以及電壓源等分量的非線性微分方程。SPICE模擬器提供了許多對電路進行分析的方法，但是數(shù)字VLSI電路設計者的主要興趣卻只集中在直流分析（DCanalysis）和瞬態(tài)分析（transientanalysis）兩種方法上，這兩種分析方法能夠在輸入固定或實時變化的情況下對節(jié)點的電壓進行預測。SPICE程序最初是使用FORTRAN語言編寫的，所以SPICE就有其自身的一些相關特點，尤其是在文件格式方面與FORTRAN有很多相似之處?，F(xiàn)在，大多數(shù)平臺都可以得到免費的SPICE版本，但是，往往只有商業(yè)版本的SPICE才就有更強的數(shù)值收斂性。尤其是HSPICE，其在工業(yè)領域的應用非常廣泛，就是因為其具有很好的收斂性，能夠支持最新的器件以及互連模型，同事還提供了大量的增強功能來評估和優(yōu)化電路。PSPICE也是一個商業(yè)版本，但是其有面向學生的限制性免費版本。本章所有實例使用的都是HSPICE，這些實例在平臺版本的SPICE中可能不能正常運行。雖然各種SPICE模擬器的細節(jié)隨著版本和操作平臺的不同而各不相同，但是所有版本的SPICE都是這樣工作的：讀入一個輸入文件，生產一個包括模擬結果、警告信息和錯誤信息的列表文件。因為以前輸入文件經常是以打孔卡片盒的方式提供給主機的，所以人們常常稱輸入文件為SPICE“卡片盒（deck）”，輸入文件中的每一行都是一“卡片”。輸入文件包含一個由各種組件和節(jié)點組成的網表。當然輸入文件也包含了一些模擬選項、分析指令以及器件模型。網吧可以通過手工的方式輸入，也可以從電路圖或者CAD工具的版圖(layout)中提取。一個好的SPICE“卡片盒”就好像是一段好的軟件代碼，必須具有良好的可讀性、可維護性以及可重用性。適當?shù)夭迦胍恍┳⑨尯涂瞻组g隔有助于提高“卡片盒”的可讀性。一般情況下，書寫SPICE“卡片盒”的最好方法就是：先找一個功能完備、正確的“卡片盒”例，然后在此基礎上對其進行修改。二、要與要求在兩相時鐘技術中，必須十分小心的對兩個時鐘信號進行布線以保證它們的重疊性最小。雖然CMOS提供了一種允許時鐘偏差的解決辦法，但還可以設計出只用單相位時鐘的寄存器。由Yuan和Svensson提出的真單相鐘控寄存器（TSPCR，TrueSingle-PhaseClockedRegister）使用單個時鐘。它解決了上述問題。該鎖存器主要是能夠很好的解決上述問題，達到記錄和保持數(shù)據(jù)的本領，在一定程度上解決了之前所遇到的問題。該鎖存器能在CLK為高電平時記錄并保存數(shù)據(jù)，在CLK為低電平時，即使出現(xiàn)IN為1，將對數(shù)據(jù)進行丟棄。通過HSPICE軟件模擬，達到本次課程設計的目的。關鍵字：課程設計，TSPC，HSPICE，真單相鐘控寄存器三、設計原理下圖【圖1】是正鎖存器的基本原理圖。對于正鎖存器，當CLK為高時，鎖存器處于透明模式，相當于兩個串聯(lián)的反相器；因此鎖存器是非反相的，并把輸入傳送到輸出。反之，當CLK=0時，兩個反相器都不起作用，鎖存器處于維持狀態(tài)。只有上拉網絡起作用，而下拉網絡則不工作。由于采用兩級串聯(lián)的方法，在這一模式下不會有任何信號可以從鎖存器的輸入傳送到輸出端。一個寄存器可以通過串聯(lián)正反鎖存器來構成。其時鐘負載與通常的傳輸門寄存器活CMOS寄存器類似。它主要優(yōu)點是只用單相位時鐘。對于【圖2】是反鎖存器的基本原理圖，它和正鎖存器的原理是相似的。四、程序設計方案程序詳單（*.sp）：*TSPC.OPIIONSPOST.TRAN20ps100nsM11INVDDVDDPCHL=1UW=3UM2OUT1VDDVDDPCHL=1UW=3UM31CLK22NCHL=1UW=3UM4OUTCLK33NCHL=1UW=3UM52IN00NCHL=1UW=3UM63100NCHL=1UW=3U*電容C若取0.01p，波形結果會有一定的不同C1OUT00.06pVDDVDD05VinIN0PULSE.232N2N2N4N22NVclkCLK0PULSE.221N1N1N4N15N.MODELNCHNMOSLEVEL=1.MODELPCHPMOSLEVEL=1.END設計原理：該鎖存器共需6個MOS管，其中2個PMOS，4個NMOS。在程序設計過程中，我們確定M1、M2為PMOS管，M3、M4、M5、M6為NMOS管，為了讓實驗效果明顯，我們假定電容C為0.06pF。并且設定PMOS、NMOS均為一級HSPICE模型。五、方案的實現(xiàn)1．HSPICE軟件運行圖2．節(jié)點分析表如上圖顯示，表中的in表示輸入，clk為始終脈沖，out為鎖存器輸出。0代表地，vdd為高電平。1、2、3為自行定義的節(jié)點六、結果與分析按要求運行軟件程序，可以得到以下圖形七、創(chuàng)新點TSPC還有一個額外優(yōu)點：可以將邏輯功能嵌入到鎖存器中，這就減少了鎖存器相關的延遲。它除了完成鎖存功能之外有實現(xiàn)了兩個In1和In2的