非门,与非门,或非门的电路结构与仿真

1、饭融向奇人,微电子电路实验报告实验二 非门、与非门、或非门的电路结构与仿真班级xxxx姓名xx 学号xxxxxxxx指导老师、实验目的1、掌握基本组合逻辑电路结构及相关特性;2、进一步熟练Hspice等工具;、实验内容及要求1、设计反相器电路；2、设计出2输入与非门、或非门并仿真；实验结果及要求：(1)、确定反相器电路每个晶体管尺寸；(2)、绘制出反相器电压传输特性；(3)、确定与非门、或非门各个管子的尺寸；三、实验原理.反相器：(1)组成：一个增强型 NMOS 管和一个增强型 PMOS管相连接而组成的；下方的NMOS 管的衬底(P型硅)都接地，而 PMOS管衬底(N型硅)都接Vdd ,这种对

2、衬底的偏置方式可以避第1页共10页免源，漏区和衬底形成的PN结正偏，防止寄生效应。(2)结构：CMOS反相器中输入端直接连接在NMOS管和PMOS管的栅极上，输入端引入的输入电平会直接影响NMOS管和PMOS管的工作状态。而 NMOS管和PMOS管的漏极则相互连接起来，构成了输出端，对外提供输出电平( Vout ).注意：反相器的输出端并不是孤立的节点，而是连接有负载电容。(3 )在CMOS反相器中，NMOS管和PMOS管的栅源电压和漏源电压与输入，输出电平的关系为：V(GSN)= V(in);V(DSN)=V(out)V(GSP)=V(in)-V(DD);V(DSP)=V(out)-V(DD

3、);备注：G为栅极，S为源极，D为漏极。(5)反相器的工作原理：静态工作的CMOS反相器，当输入为逻辑值“ 0”时(V (in) = 0V ) ,NMOS管的接地端为源极， NMOS管上的栅源电压为 0V,而PMOS管接V (DD)的是源极，PMOS管的栅源电压为-V(DD). 这就使得NMOS管处于截止状态而 PMOS管处于导通状态； 通过导通的PMOS管，在电源电压 V(DD)与输出端连接的负载电容之间建立起了导电通路。可以将负载电容充电到V (DD)，使得输出的逻辑值变为“ 1” ；当输入为逻辑值“ 1”时(此时的输入电平为 V (DD),即V(in)=V(DD) 由于PMOS管的栅源电

4、压为 0V,而NMOS管的栅源电压为 V(DD),使得PMOS管处于截止状态而 NMOS管处于导通状态，这样就在负载电容与地电极之间通过NMOS管建立起了导电通路，使得负载电容被放电到 0V,这就使输出逻辑值变为“0”。(6)反相器的直流电压传输特性：当输入电压处于0-VDD之间，此时的输出电平将随着输入电第2页共10页捌港人 亭微电子电路实验报告平的不同而发生变化，此时输入电平与输出电平的关系就是直流电压传输特性。(7)电路的直流噪声容限：在实际电路电路参数的设计中，允许电路的输入电平在一定的范围之内，在此变化范围内可以保证电路输出电平在逻辑上仍然是正确的。电路中允许的输入电平变化 范围称为

5、电路的直流噪声容限。(8)采用对称设计的 CMOS反相器有相同的输入高电平和输出低电平的噪声容限。最大噪声容限 V(it),V(in)VQt),V(out)V(it),则 V(out)V(it).两输入与非门：.逻辑功能：AB =C,其中A,B均为输入，C为输出。.原理：当两个输入信号A,B都是低电平(即逻辑 1)时，2个NMOS管都截止，2个PMOS管都导通，上拉开关都接通，下拉开关都断开，因此输出必然是高电平Vdd。同理可得，输出为低电平的情况。输入或非门：(1)逻辑功能：A + B =C(2)原理：只有当两个输入信号 A和B都是低电平时，2个NMOS管都截止，2个串联的PMOS 管都导通

6、，才能使下拉开关都断开，上拉开关都接通，形成上拉通路，使输出为高电平。同理可 得，输出为低电平的情况。四、实验方法与步骤实验方法：计算机平台： Asus A450C (inter Core i5-3337U1.8GHz)软件仿真平台：操作系统( windows 7 或者 windows XP ),软件(Hpice )实验步骤：.设计反相器的实验步骤：(1)编写源代码。在记事本编辑器上编写反相器描述代码。并以 .sp文件扩展名存储文件。(2)打开Hspice软件平台，点击 open按钮，然后在系统文件中找到反相器的.sp文件，加入到第3页共10页微电子电路实验报告当前选项。点击“simulate

7、 ”，仿真后进行编译Edit LL.(3)编译运行通过后。点击Avanwaves;(4)查看输出特性曲线；.设计二输入与非门的实验步骤；(1)编写源代码。在记事本编辑器上编写二输入与非门描述代码。并以.sp文件扩展名存储文件。(2)打开Hspice软件平台，点击 open按钮，然后在系统文件中找到二输入与非门的.sp文件,加入到当前选项。点击“simulate ”，仿真后进行编译 Edit LL.(3)编译运行通过后。点击Avanwaves;(4)查看输出特性曲线；.设计二输入或非门： (1)编写源代码。在记事本编辑器上编写二输入或非门描述代码。并以 .sp文件扩展名存储文件。(2)打开Hsp

8、ice软件平台，点击 open按钮，然后在系统文件中找到二输入或非门的.sp文件,加入到当前选项。点击“simulate ”，仿真后进行编译 Edit LL.(3)编译运行通过后。点击 Avanwaves;(4)查看输出特性曲线；五、实验仿真结果及其分析 反相器：1、仿真过程1)代码：*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页共10页微电子电路实验报告.param wp = 3u.alter.param wp = 9u.alter.param wp = 27u.end2)编译或调试过程(中间出现的情况与结果)写入 gd018 库文件：.lib gd018.l TT1和l输入搞混，导致编译无法通过

10、。2、仿真结果及分析1)仿真结果2)仿真结果分析其中橙色曲线为输出曲线；由图可知： V(TN)=500mV , V(it)=1V , V(DD)=2.5V;两输入与非门:.仿真过程：(1)代码：*Sample netlist for GSMC第5页共10页辐也 奇文多 微电子电路实验报告.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)编译或调试过程(中间出现的情况与结果)编译调试均正常；.仿真结果及分析 (1)仿真结果：* EiUTipl4 .FLdktli E t & KJEH CHEaBBSMMI9aHiMime9MBHE(2)仿

12、真结果分析:第6页共10页微电子电路实验报沏由大学图中红绿两条直线各自表示两个输入端电压变化曲线，蓝色曲线表示反相器的输出曲线，最下方 绿色的曲线是两输入与非门的输出曲线。可以看出当两个输入端的电压值在不断上升，随着输入端电压的上升，与非门输出曲线从低电平 向高电平过渡。两输入或非门：1.仿真过程：(1)代码：*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页共10页微电子电路实验报告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页共10页例篦?捌奇具多 微电子电路实验报告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)编译或调试过程编译调试过程正常，无差错；2.仿真结果及分析：(1)仿真结果：第9页共10页微电