集成实验Hspice实验报告

1、武汉大学电工电子实验教学示范中心集成电路设计实验实验报告 电子信息学院 学院 电子信息工程 专业 2014 年 6 月 5 日实验名称电路仿真与分析实验（HSpice）指导教师曹华伟姓名江燕婷年级2011级学号25成绩一、预习部分1 实验目的（预期成果）2 实验基本原理（概要）3 主要仪器设备（实验条件，含必要的元器件、工具）一、实验目的1.熟悉Spice 编程语言和文件格式；2.通过实验掌握Hspice 软件的基本用法；3.通过实验了解线性CMOS 放大器的设计与仿真。 二、实验原理1. HSpice 包含的元器件种类有：电阻、电容、电感、半导体二极管、双极型晶体管、结型场效应晶体管、MOS

2、 场效应晶体管、砷化镓场效应管和可控硅器件等以及电源、子电路等，HSpice 输入文件为网表文件.sp、模型.inc 和库文件.lib，用户通过在.sp 文件中定义其仿真电路及仿真条件。仿真输出文件有运行状态文件.st0、输出列表文件.lis、瞬态分析文件.tr#、直流分析文件.sw#、交流分析文件.ac#、测量输出文件.m#等，分析数据文件都可以用来显示波形。2. 元器件使用.MODEL 语句描述模型参数值。模型语句的语句格式为:.MODEL MODELNAME MODELTYPE (PARANAMEl=VALlPARANAME2=PVAL2 . 其中MODELNAME 是模型名，它与器件描

3、述语句中的模型名相对应。允许多个器件使用同一组模型参数。TYPE 为元器件模型类型, 模型参数值由参数名和参数值给出。3. Hspice仿真流程如下图所示。图1三. 实验设备与软件平台微型计算机，Synopsys Hspice。二、实验操作部分1 实验数据、表格及数据处理（综合结果概要、仿真波形图、时序分析结果、signalTAPII 结果等）2 实验操作过程（可用图表示）3 结论四. 实验内容1. 设计一个由NMOS 和PMOS 管组成的CMOS 反相器电路，对所设计CMOS 反相器进行瞬态仿真；2. 设计一个CMOS 线型放大器电路，对所设计CMOS 线型放大器进行仿真。五. 实验步骤1C

4、MOS 反相器仿真实验（1）在Windows平台下找到Hspice软件所在目录， C: - synopsys - Hspice2005.03，在Hspice2005.03文件夹中新建文本文档，编辑CMOS 反相器仿真程序并保存为test1.sp文件。（2）启动hspice_mt，点击菜单File - Simulate运行仿真，保存输入输出文件。 图2 图3使用文本编辑器查看test1.lis 和test1.st0文件并分析这两个文件，查看仿真结果。（3）启动AvanWaves W-2005.03，在AvanWaves 程序主窗口中，点击菜单Design-Open- 选择test1.sp文件-O

5、K-出现Results Browser窗口。在Results Browser窗口中，选择“Transient: Invertertran circuit”，在“Types”中选择“Voltages”， 在“Curves”中双击“v(in”和“v(out”，则AvanWaves 程序主窗口中出现相应电压波形，点击“Close”关闭Results Browser窗口。图4可以看到输出与输入信号相反。2CMOS线性放大器仿真实验（1）C: - synopsys - Hspice2005.03，在Hspice2005.03文件夹中新建文本文档，编辑CMOS 线性放大器仿真程序并保存为test2.sp文

6、件。（2）启动hspice_mt，点击菜单File - Simulate运行仿真，保存输入输出文件。使用文本编辑器查看test2.lis 和test2.st0文件并分析这两个文件，查看仿真结果。（3）启动AvanWaves W-2005.03，在AvanWaves 程序主窗口中，点击菜单Design-Open- 选择test2.sp文件-OK-出现Results Browser窗口。在Results Browser窗口中，选择“Transient: Invertertran circuit”，在“Types”中选择“Voltages”， 在“Curves”中双击“v(in”观察输入电压波形，如

7、下图所示。图5（4）在波形浏览区点击菜单Panels Add添加两个波形显示窗口，然后在“Curves”中继续双击 “v(in1”、“v(in2”，可在主窗口中同时观察v(in、v(in1、v(in2的波形对比，如下图所示。图6（5）与上述步骤相同，在“Curves”中双击“v(in”，“v(clamp” “v(in1”然后在主窗口中同时观察波形如下图所示。图7由以上三个图可以看到线性放大器的非线性区域。3.生成的文件如下图所示。图8三、实验效果分析（与预期结果的比较，实验中发现的问题。包括仪器设备等使用效果）六.实验效果分析 实验结果与预期效果一致。七.思考题1. CMOS 反相器延迟时间的

8、影响因素有哪些？答：与负载电容和器件尺寸有关。2. 为何要进行CMOS放大器仿真？答：验证设计的放大器的各个参数能否达到设计指标。四、源代码（仅记录自己设计的，或者针对实验资料修改的部分）1.CMOS反相器test1.sp源文件Inverter Circuit.OPTION LIST NODE POST.TRAN 200P 20N.PRINT TRAN V(IN) V(OUT)M1 OUT IN VCC VCC PCH L = 1U W = 20UM2 OUT IN 0 0 NCH L = 1U W = 20UVCC VCC 0 5VIN IN 0 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1

9、N 5N 20NCLOAD OUT 0 .75P.MODEL PCH PMOS LEVEL = 1.MODEL NCH NMOS LEVEL = 1.END2.CMOS线性放大器test2.sp源文件* Example HSPICE netlist, using a linear CMOS amplifier* netlist options.option post probe brief nomod* defined parameters.param analog_voltage=1.0* global definitions.global vdd* source statementsVin

10、put in gnd SIN ( 0.0v analog_voltage 10x )Vsupply vdd gnd DC=5.0v* circuit statementsRinterm in gnd 51Cincap in infilt 0.001Rdamp infilt clamp 100Dlow gnd clamp diode_modDhigh clamp vdd diode_modXinv1 clamp inv1out inverterRpull clamp inv1out 1xXinv2 inv1out inv2out inverterRoutterm inv2out gnd 100x* subcircuit definitions.subckt inverter in outMpmos out in vdd vdd pmos_mod l=1u w=6uMnmos out in gnd gnd nmos_mod l=1u w=2u.ends* model definitions.model pmos_mod pmos level=3.model nmos_mod nmos level=3.model diode_mod d* analysis specifications.TRAN 10n 1u sweep analog_voltage lin 5 1.0