ASIC课程设计报告三输入与非门的设计与Hspice仿真

1、ASIC课程设计报告课程名称： ASIC课程设计实验名称：三输入与非门 的设计与 Hspice 仿真姓 名：学 号：班 级：指导教师：合肥工业大学电子科学与应用物理学院制一.设计目的学会使用电路设计与仿真软件工具 Hspice,熟练地用网表文件来描述 模拟电路，并熟悉应用Hspice内部元件库。通过该实验，掌握 Hspice的设 计方法，加深对课程知识的感性认识，增强电路设计与综合分析能力。本次课程设计是用Hspice软件来实现对三位与非门电路的设计与仿 真，熟悉用MO彝件来设计三位逻辑输入与非门电路，了解用MO彝件设计与TTL与非门的优缺点。二.设计原理1、三输入与非门逻辑符号如下图所示：O

2、UTPUTNAW32电路结构此电路功能为三输入与非门形式，输入为 A,B,C,输出为丫。用PMOS 和NMOST进行全互补连接方式，栅极相连作为输入，电路上面是三个 PMOS联，PMOS勺漏极与下面NMOS勺漏极相连彳为输出，POMSf的源 极和衬底相连接高电平，NMOSf的源极与衬底相连接低电平；原理图如 下图2、三输入与非门原理三输入端CMOS1非门电路，其中包括三个串联的 N沟道增强型MOS 管和三个并联的P沟道增强型MOST。每个输入端连到一个 N沟道和一个 P沟道MOST的栅极。当输入端 A B C中只要有一个为低电平时，就会 使与它相连的NMOST截止，与它相连的PMOST导通，输

3、出为高电平；仅 当A、B C全为高电平时，才会使三个串联的 NMOST都导通，使三个并 联的PMOST都截止，输出为低电平。二、实验步骤HSPICE简介SPICE （Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis,以集成电路为重点的模拟程序）模拟器最初于 20世纪70年代在berkeley开发完成，能够求解描述晶体管、电阻、电容以及电压源等分量的非线性微分方程。SPICE模拟器提供了许多对电路进行分析的方法，但是数字 VLSI电路设计者的主 要兴趣却只集中在直流分析（DC analysis和瞬态分析（transient analysis）两

4、种方法上，这两种分析方法能够在输入固定或实时变化的情况 下对节点的电压进行预测。SPICES序最初是使用FORTRAN言编写的， 所以SPIC就有其自身的一些相关特点，尤其是在文件格式方面与 FORTRANt很多相似之处。现在，大多数平台都可以得到免费的 SPICE本，但是，往往只有商 业版本的SPICEET就有更强的数值U敛性。尤其是 HSPICE其在工业领域 的应用非常广泛，就是因为其具有很好的收敛性，能够支持最新的器件以及互连模型，同事还提供了大量的增强功能来评估和优化电路。PSPIC曲是一个商业版本，但是其有面向学生的限制性免费版本。本章所有实例使用的都是HSPICE这些实例在平台版本

5、的SPIC即可能不能正常运行。虽然各种SPICER拟器的细节随着版本和操作平台的不同而各不相同，但是所有版本的SPICER是这样工作的：读入一个输入文件，生产一个包括模拟结果、警告信息和错误信息的列表文件。因为以前输入文件经常是以打孔卡片盒的方式提供给主机的，所以人们常常称输入文件为SPICE卡片盒（deck） ”，输入文件中的每一行都是一张 韦片，输入文件包含一个由各种组件和节点组成的网表。当然输入文件也包含了一些模拟选项、分析指令以及器件模型。网吧可以通过手工的方式输入，也可以从电路图或者CAD工具的版图（layout）中提取。一个好的SPICE卡片盒”就好像是一段好的软件代码，必须具有良

6、好的可读性、可维护性以及可重用性。适当地插入一些注释和空白间隔有助于提高 韦片盒”的可读性。一般情况下，书写 SPICE卡片盒”的最7好方法就是：先找一个功能完备、正确的“卡片盒 ”范例，然后在此基础上对其进行修改。2、输入网表文件（*.sp ）Hspice 读入一个输入网表文件，并将模拟结果存在一个输出列表文件或图形数据文件中，输入文件 包含以下内容：（ 1）电路网表（子电路和宏、电源等）（ 2）声明所要使用的库（ 3）说明要进行的分析（ 4）说明所要求的输出输入网表文件和库文件可以由原理图的网表生成器或文本编辑器产生。输入网表文件中的第一行必须是标题行，并且.ALTER辅助模型只能出现在文

7、件最后的.END语句之前，除此之外，其它语句可以按任意顺序排列。三 设计步骤1 、写网表文件在文本文档中写出Hspice软件所要求的网表文件，并另存为*sp文件 网表文件如下所示：* Simulation netlist and stimulusVCC VCC GND DC * 接地vss vss gnd dc 0* 在vss和gnd之间加上直流电压*以下为分段线性源，分别表示在 a,b,c节点与gnd之间所加电压随时间 的变化va a GND pwl(0 0 0 3n 6n 0 0 9n 12n 0 0 15n 18n 0 )vb b gnd pwl(0 0 0 5n 10n 0 0 15n

8、VC C Gnd pwl(0 0 0 7n 14n 0)* 以下六行为电路连接关系描述语句* 模型语句，MXXX ND NG NS NB MNAME L=VAM 型为 PMOSM为元件名称，ND NG NS NB分别是漏、栅、源和衬底节点。 pmos是模型名，L沟道长，W为沟道宽。M1 y a vcc vcc pmos w=3u l=M2 y b vcc vcc pmos w=3u l=M3 y c vcc vcc pmos w=3u l=* 模型语句，管子类型为NMOSM4 y a a2 vss nmos w=1u l=M5 a2 b b2 vss nmos w=1u l=M6 b2 c v

9、ss vss nmos w=1u l=* stimulus.tran 1p 20n*瞬态分析步长为1ps,时间为20ns.print tran v(A) v(B) v(C) v(Y) *输出 A,B,C,Y 节点的节点电压值* 以下为库文件 * * NORMAL DEVICES LIB* * CORNER_LIB OF TYPICAL MODEL*.param toxp = toxn =+dxl = 0 dxw = 0+dvthn = 0 dvthp = 0+cjn = cjp =+cjswn = cjswp =+cgon = cgop =+cjgaten = cjgatep =+hdifn

10、= hdifp =*NMOS DEVICES MODEL*.MODEL nmos NMOS (+LEVEL = 49TNOM = 25XL=3E-8 + dxl+XW = 0 + dxwVERSION =TOX = toxn+CALCACM = 1 SFVTFLAG= 0 VFBFLAG = 1 +XJ = 1E-07 NCH = +17 LLN = 1+LWN = 1 WLN = 1 WWN = 1+LINT = WINT = MOBMOD = 1+BINUNIT = 2 DWG = 0 DWB = 0+VTH0 = +dvthn LVTH0 = WVTH0 =+PVTH0 = K1 = L

11、K1 =+WK1 = PK1 = K2 =+LK2 = WK2 = PK2 =+K3= 0 DVT0 = 0 DVT1 = 0+DVT2 = 0 DVT0W = 0 DVT1W = 0+DVT2W = 0 NLX = 0 W0 = 0+K3B = 0 VSAT = +04 LVSAT =+WVSAT = PVSAT = UA =+LUA = WUA = PUA =+UB = LUB = WUB =+PUB = UC = LUC =+WUC = PUC = RDSW =+PRWB = 0 PRWG = 0 WR =+U0= LU0 = WU0 =+PU0 = A0= LA0 =+WA0 = PA

12、0 = KETA =+LKETA = WKETA = PKETA =+A1= LA1 = A2 = 1+AGS = LAGS = WAGS =+PAGS = B0 = 0 B1 = 0+VOFF = LVOFF = WVOFF = +PVOFF = NFACTOR = LNFACTOR=CDSCD+WNFACTOR= PNFACTOR= CIT +LCIT = WCIT = PCIT = +CDSC = 0 CDSCB = 0 +ETA0 = LETA0 = WETA0 = +PETA0 = ETAB = LETAB = +WETAB = PETAB = DSUB = 0+PCLM = LPC

13、LM = WPCLM = +PPCLM = PDIBLC1 = 0 PDIBLC2 =PPDIBLC2=WPDIBLCB=PSCBE1 = +08+LPDIBLC2= WPDIBLC2= +PDIBLCB = LPDIBLCB= +PPDIBLCB= DROUT = 0 +LPSCBE1 = WPSCBE1 = PPSCBE1 = +PSCBE2 = LPSCBE2 = WPSCBE2 = +PPSCBE2 = PVAG = LPVAG = +WPVAG = PPVAG = DELTA = +LDELTA = WDELTA = PDELTA =+ALPHA0 = 0BETA0 = 30KT1+

14、LKT1 = WKT1 = PKT1 = +KT2 = LKT2 = WKT2 = +PKT2 = AT = +04 LAT = +WAT = PAT = UTE = +LUTE = WUTE = PUTE = +UA1 = LUA1 = WUA1 =+PUA1 = UB1 = 0 UC1 =+LUC1 = WUC1 = PUC1 =+KT1L = 0 PRT = -1E-18 CJ = cjn+MJ = PB = CJSW = cjswn+MJSW = PBSW = CJSWG = cjgaten+MJSWG = PBSWG = HDIF = hdifn+RS = 0 RD = 0+ACM

15、= 12 LDIF = RSH =+CTA = CTP = PTA =+PTP = N = 1 XTI = 3+CGDO = cgonCGSO = cgonCAPMOD = 0+NQSMOD = 0XPART = 1CF = 0+TLEV = 1 TLEVC = 1 JS = 1E- 06+JSW = 5E-11)*PMOS DEVICES MODEL*LEVEL = 49+XL = 3e-8+dxl +XW = 0+dxw toxp+CALCACM = 1 +XJ = 1E-7 +LLN = 1 +WWN = 1 +MOBMOD = 1 +DWB = 0.MODEL pmos PMOS (

16、+VERSION =TNOM = 25 TOX =SFVTFLAG= 0 VFBFLAG = 1NCH =LWN = 1 WLN = 1LINT = WINT =BINUNIT = 2 DWG = 0VTH0 = LVTH0 =+WVTH0 = PVTH0 = K1 =+LK1 = WK1+K2= LK2+PK2 = K3+DVT1 = 0+DVT1W = 0+W0= 0= PK1 = WK2 = 0 DVT0DVT2 = 0DVT2W = 0K3B = 0= 0DVT0W = 0NLX = 0VSAT =+LVSAT = WVSAT = PVSAT =+UA = LUA = WUA =+PU

17、A = UB = LUB = +WUB=PUB=UC=+LUC=WUC=PUC=+RDSW = PRWB = 0 PRWG = 0 +WR= 1 U0 =LU0=+WU0=PU0=A0=+LA0=WA0 =PA0=+KETA = LKETA = WKETA = +PKETA = A1= 0A2 =+AGS = LAGS = WAGS = +PAGS = B0 = 0B1 = 0+VOFF = LVOFF = WVOFF = +PVOFF = NFACTOR = LNFACTOR= +WNFACTOR= PNFACTOR= CIT = +LCIT = WCIT = PCIT = +CDSC =

18、0 CDSCB = 0 CDSCD = 0 +ETA0 = LETA0 = WETA0 = +PETA0 = ETAB = LETAB = +WETAB = PETAB = DSUB = 0 +PCLM = LPCLM = WPCLM = +PPCLM = PDIBLC1 = 0 PDIBLC2 = +LPDIBLC2= WPDIBLC2= PPDIBLC2= +PDIBLCB = DROUT = 0 PSCBE1 = +PSCBE2 = 1E-20 PVAG = 0 DELTA = +ALPHA0 = 0 BETA0 = 30 KT1 = +LKT1 = WKT1 = PKT1 = +KT2

19、 =AT = 1E4UTE =+UA1 = UB1 = LUB1 = +WUB1 = PUB1 = UC1 = +KT1L = 0 PRT = 0 CJ = cjp +MJ = PB = CJSW = cjswp +MJSW = PBSW = CJSWG = cjgatep +MJSWG = PBSWG = HDIF = hdifp +LDIF = ACM = 12 RS = 0 +RD = 0 RSH = CTA = +CTP = PTA =PTP =+CGDO = cgop CGSO = cgop +CAPMOD = 0 NQSMOD = 0 XPART = 1 +CF = 0 N = 1

20、 XTI = 3+TLEV 7 +JSW=1=5E-12TLEVC = 1)JS = 3E-.END四.仿真分析1、打开网表文件与仿真进入Hspice软件点击open打开上面的网表文件，仿真，如下图所示:点击上图中Avanwaves如下图所示，节点分析表:如上图显示，表中的a2,b,b2分别表示节点a,b,c的输入电压，c表示节 点y的输出电压,0代表地，vcc为高电平。加入输入输出波形，如下图所示：上图前三条波形分别是节点a,b,c输入的节点电压，第四条波形为节点 y 的输出电压，由上述波形图可以清楚地看到当输入A, B, C都为1时，输出Y为0,当输入有一个为0时，输出为1。实现了三输入与门的基本 逻辑功能。2.修改器件参数对电路性能的影响分析MO甯宽长比影响着仿真后波形的性能，宽长比设置合适仿真后输出 波形就更能够反映出器件的功能，能够更好地实现逻辑功能， 使其高电平、低电平值接近理想值（即高电平更高，低电平更低）。Mp onWui * Mn off国 J1H五、课程设计总结通过本次课程设计，使用了电路设计与仿真软件 HSPICE并练习用网 表文件来描述模拟电路，用 MO舜件来设计三位逻辑输入与非门电路，使 我对