Tanner EDA 实验教程全套

为获得最佳体验，请在 Acrobat X、Adobe Reader X 或更高版本中打开此 PDF 包。 立即下载 Adobe Reader！ 实验一 使用S-Edit设计基本组件符号 实验操作步骤：总共九页纸 1．新建文件夹：在电脑E盘新建文件夹，文件夹名为ex1。 2．打开S-Edit程序： D:\Tanner\tanner\S-Edit 3．另存新文件： 4．环境设置： 5．编辑模块： 6．切换模式：（这三步可以不看，不做） 7．绘制NMOS符号： 8．加入元件引脚： 9．编辑连接端口： 10．建立元件特性： 11．设置输出性质： 12．更改模块名称： 13．NMOS元件设计成果： 14．新增模块： 15．切换模式： 16．绘制Vdd符号： 17．加入全域端口: 18．全域符号Vdd设计成果： 照片 001 照片 002 照片 003 照片 004 照片 005 照片 006 照片 007 照片 008 照片 009 空白页面 1 实验七：四位加法器电路设计与模拟 一、实验目的 1．复习全加器结构特点； 1．进一步掌握 T-SPICE 的操作； 2．掌握设计复杂电路方法及流程，并会分析结果。 二、预习要求 1．复习 SPICE 语言，复习前面学过的基本软件操作； 2．了解四位加法器的结构特点； 3. 画出四位加法器电路图。 三、实验内容 1．设计四位加法器电路及其符号； 2．输出 SPICE 文件，并仿真； 3．分析仿真结果，验证电路的正确性。 四、实验报告要求 实验报告包括以下内容： 1．电路原理图及模拟结果； 2．调试过程； 3．遇到的问题及处理方法； 4．实验的体会。 五、四位加法器电路 1．四位加法器输入输出端口 输入 输出 数据输入 A3，A2，A1，A0 进位输出 Cout 数据输入 B3，B2，B1，B0 和 S3，S2，S1，S0 2．四位加法器关系式 {Cout S} A B ， 2 六、操作步骤： 实验步骤： 1．新建文件夹：在电脑 E 盘新建文件夹，文件夹名为 ex7。 2．打开 S-Edit 软件：双击电脑桌面上的图标，打开 S-Edit13.0 软件。 3．建立新设计：选择 File——New——New Design，在 New Design 对话框中的 Design name 下面输入 add4，在 Create in folder 下面空白的右边点击 ，在弹出的“浏览文件夹” 面板上选中 E 盘里的 ex7 文件夹，点击“确定”。如下图所示。 完成“确定”之后，New Design 面板如下图所示，点击“OK”按钮即可，新设计就建 立好了。 3 4．建立新单元：新设计建立好后，接下来就是要建立新单元，一个设计可以包含很多个 单元（Cell），一个单元又包含两种视图模式（电路图模式和符号图模式）。我们先建立一个 电路图视图模式，再建立一个符号图视图模式。 建立电路图视图模式如下操作。选择 Cell——New View，弹出如下对话框。在 view type 选项中选择“schematic”，点击“OK”按钮即可，会出现画电路图的面板。 建立符号图视图模式如下操作。选择 Cell——New View，弹出如下对话框。在 view type 选项中选择“symbol”，点击“OK”按钮即可，会出现画符号图的面板。 5．从元件库引用元件：新单元建立好后，就可以在新单元的电路图模式下画电路图了。 这里我们需要画四位加法器的电路图，为了使画四位加法器的电路图简单一些我们引用实验 六的全加器模块，画四位连波进位加法器。其方法为：点击左边面板上的“Add…”（Add Lirary）按钮，将会弹出“Add Lirary”对话框，如下如所示。 4 点击上图“Add Lirary”对话框右边的浏览 按钮，找到实验六 ex6 中的 fulladder 文 件，选中它，点击下面的“打开”。如下如所示。 5 再单击“OK”按钮，在 S-Edit 面板左边的 Libraries 对话框中将会出现如下所示的图形。 接下来我们选择“fulladder”，将在下面会出现我们需要的模块 cell0，如下图所示。 选中所需的模块，点击下面的 Instance，就能把模块放到工作区中。 这里除了用到全加器的符号图外还用到了 D:\My Documents\Tanner EDA\Tanner Tools v13.0\S-Edit\Examples\Lights\Lights\Lights.tanner 中 Misc 中的 GND 元件。所以和上面同样的 方式把它调出来，放到四位加法器电路图的工作区中。 6 6．编辑四位加法器电路图：把所需的模块全部调出后，通过加入输入输出管脚以及联 机线，就能编辑出如下所示的四位加法器电路图。 7．编辑四位加法器符号图：在符号模式下画全加器的符号图， 画好的符号图如下图所 示。 8．输出成 SPICE 文件：把编辑好的四位加法器的电路图输出成 SPICE 文件，操作和以 前类似。输出的 SPICE 文件打开后在其最后面能看到有如下的文字。 7 9．加载包含文件：操作如下图所示。 10．加入 Vdd 电压值：操作如下图所示。 8 11.设定向量：由于四位加法器数据输入为四位数据，模拟的输入信号可以采用向量 （Vector）方式给值，但首先要将 A3，A2，A1，A0设定为向量 A，并将 B3，B2，B1，B0设 定为向量 B。方法如下：选择 Edit——Insert Command 命令，在出现的对话框的列表中选 择 Settings 选项，对话框右侧将出现 6个选项，单击其中的 Bus definition 按钮，然后在 出现的 Bus name 文本框中输入“A”，在 Nodes in bus 文本框输入节点名称“A3 A2 A1 A0”， 如下图所示。 在单击 Insert Command 按钮，则会出现默认以蓝色字开头的“.vector A {A3 A2 A1 A0}”。向量 B的设定方式与向量 A相同，如下图所示。 9 13．设定 A 的输入信号：操作如下图所示。 14．设定 B 的输入信号：操作如下图所示。 10 14．分析设定：操作如下图所示。 15．输出设定：操作如下图所示。 11 经过以上操作，可得 SPICE 文件增加了如下一些语句， 12 16．进行仿真：进行仿真得到如下波形图，分析其波形是否符合四位加法器电路的功能。 通过在 T-SPICE 文件中进行如下设置，可得输入信号 A 的波形图，如下图所示。 输入信号波形，从上到下一次是 A0，A1，A2，A3 13 通过在 T-SPICE 文件中进行如下设置，可得输入信号 B 的波形图，如下图所示。 输入信号波形，从上到下一次是 B0，B1，B2，B3 14 通过在 T-SPICE 文件中进行如下设置，可得输出信号 S，Cout 的波形图，如下图所示。 输出信号波形，从上到下一次是 S0，S1，S2，S3，Cout 波形分析： 0——50ns 50——100ns 100——150ns 150——200ns A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 B3 B2 B1 B0 B3 B2 B1 B0 B3 B2 B1 B0 B3 B2 B1 B0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 S3 S2 S1 S0 S3 S2 S1 S0 S3 S2 S1 S0 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 Cout Cout Cout Cout 1 1 1 0 1 实验三：使用 S-Edit 设计 AO22 电路 一、实验目的 1．进一步掌握 S-Edit 的基本操作（包括从组件库引用模块、加入联机、加入输入/输 出端口、输出成 SPICE 文件等）； 2．学会利用已有模块来构成一些电路； 3．充分理解电路设计模式（Schematic Mode）和符号模式（Symbol Mode）。 二、预习要求 1．复习 S-Edit 软件的使用方法； 2．了解 AO22 电路结构图。 三、实验内容 1．编辑 AO22 的原理图； 2．编辑 AO22 的符号图； 3．导出 SPICE 文件。 四、实验报告要求 实验报告包括以下内容： 1．电路原理图及模拟结果； 2．调试过程； 3．遇到的问题及处理方法； 4．实验的体会。 五、AO22 电路 逻辑表达式：Y AB CD  2 六、操作步骤： 实验步骤： 1．新建文件夹：在电脑 E 盘新建文件夹，文件夹名为 ex3。 2．打开S-Edit软件：执行 D:\Tanner\tanner\S-Edit 目录下的 sedit.exe 文件，即可打开 S-Edit 程序，S-Edit 会自动将工作文件命名为“File0.sdb”并显示在窗口的标题栏上，如下图所示。 3．另存新文件：选择 File——Save As 命令，打开“另存为”对话框，在“保存在”下拉 列表中选择保存的路径，在“文件名”文本框中输入新文件的名称，如 ex3,如图下图所示。 4．更改模块名称：另存新文件后将自动形成一个模块，模块名称为“Module0”，要将原 来的模块名称 Module0 换成符合实际电路特性的名称，要选择 Module——Rename 命令，打 开 Module Rename 对话框，如下图所示，在其中的 New module’name 文本框中输入“AO22”， 之后单击 OK 按钮，即可完成与非门模块的 S-Edit 设计。 5．从元件库引用模块：编辑 AO22 电路会利用到 NMOS, PMOS, Vdd 与 Gnd 这 4 个模块， 所以要从组件库中复制 NMOS, PMOS, Vdd 和 Gnd。其方法为:选择 Module——Symbol 3 Browser 命令，打开 Symbol Browser 对话框，在 Library 列表框中选取 spice 组件库，其内含 模块出现在 Modules 列表框中，在 Modules 列表框中选取 MOSFET_N 选项(NMOS)，单击 Place 按钮，则在 Module0 编辑窗口内将出现 MOSFET_N 的符号。以同样操作选出 MOSFET_P 选项(PMOS)、Vdd 和 Gnd 符号并在每次选择后分别单击 Place 按钮，最后单击 Close 按钮。（在电路设计模式下进行） 因为与非门要用到多个 NMOS，多个 PMOS，所以选中 NMOS，按 Ctrl+C 进行复制， 按 Ctrl+V 进行粘贴，之后以同样的方式复制粘贴 PMOS。把他们分开后得到如下所示图形。 6．编辑 AO22 电路：（在电路设计模式下进行）按住 Alt 键拖动鼠标，可移动各对象。注 意，MOSFET_N 与 MOSFET_P 选项分别有 4 个节点，Vdd 与 Gnd 选项分别有一个节点。 复制一定数量的 NMOS 和 PMOS 晶体管，加入联机线，加入输入输出端口编辑成如下图所 示的 AO22 电路。 4 7．编辑 AO22 符号：在此步骤之前是电路设计模式，S-Edit 中的模块，除了可以建立设 计电路的窗口外，还可以建立该电路符号的窗口，选择 View——Symbol Mode 命令，即切 换至符号模式。编辑如下图所示的 AO22 符号图。 8．模块输出格式：S-Edit 可将模块的内容输出成几种文字形式，具体操作是选择 File— —Export 命令，打开 Export Netlist 对话框，在其中的 Select Export Data Type 下拉列表中可 以看到有 6 种输出格式，选择 SPICE File（*.sp）格式，如下图所示。 9．输出成 SPICE 文件：将设计好的 S-Edit 电路图输出成 SPICE 格式，可借助于 T-SPICE 分析与模拟此设计电路的性质，可选择 File——Export 命令输出，或单击 S-Edit 右上方“OK” 按钮，会自动输出成 SPICE 文件，进入 D:\Tanner\tanner\TSpice70，打开 wintsp32 程序，在 T-SPICE 中调出 E:\ex3 中的 NAND 可以看到下面代码。 5 1 实验九：使用 L-Edit 编辑反相器的版图 一、实验目的 1．熟练使用 L-Edit 软件； 2．熟悉设计规则； 3．了解版图设计流程。 二、预习要求 1．了解不同颜色代表的不同图层； 2．了解设计规则； 3．了解反相器布局图结构形式。 三、实验内容 1．使用 L-Edit 编辑反相器的版图； 2．进行 DRC检查； 3．进行截面观察。 四、实验报告要求 实验报告包括以下内容： 1．绘制反相器版图的详细步骤； 2．在进行 DRC 检查过程中出现的错误； 3．绘制的版图； 4．绘制过程中出现的问题； 5．实验中的心得与体会。 五、反相器 1．真值表： 2．逻辑表达式：Y A A Y 0 1 1 0 2 3．电路图： 4．版图： 3 六、操作步骤： 1．新建文件夹：在电脑 E 盘新建文件夹，文件夹名为 ex9。 2．打开 L-Edit 软件：双击电脑桌面上的 L-Edit v13.0 快捷键，打开 L-Edit v13.0 软件，如 图所示。 3．另存新文件：选择 File Save As 命令，打开“另存为”对话框，在“保存在”下拉 列表框中选择存储目录（存储在刚才新建的文件夹 ex9 中），在“文件名”文本框中输入新文件名称，例如： ex9。 4．取代设定：选择 File Replace Setup 命令，单击 出现的对话框的 From file 下拉列表右侧的 Browser 按钮，选择 d:\My Documents\Tanner EDA\Tanner Tools v13.0\L-Edit and LVS\SPR\Lights\Layout\lights.tdb 文件， 如图所示，再单击 OK 按钮。接着出现一个警告对话框， 按确定按钮，就可将 lights.tdb 文件的设定选择性应用在 目前编辑的文件，包括格点设定、图层设定等。 5．重新命名：将 Cell0 的名称重新命名，可选择 Cell Rename 命令，打开 Rename Cell Cell0 对话 框，将 cell0 名称改成 inv（代表反相器的意思）。 6．复制组件：选择 Cell Copy 命令，打开 Select Cell to Copy 对话框，单击其中的 Browser 按钮，在 出现的对话框中选择第一次实验（画 pmos 布局图）所做的 ex8，再在 Select Cell to Copy 对话框中选择 nmos 组件，如图所示，单击 OK 按钮，则可将 nmos 组件复制至 ex9 文件中。之后再以同样的方式将 pmos 组 件复制到 ex9 文件中。 7．引用组件：引用上述复制的 nmos、pmos 组件，选择 Cell Instance 命令，打开 Select Cell to Instance 对话框，可以看到，在组件列表中有这 2 个组件，如图所示，选择 nmos 组件再单击 OK 按钮，可以看到 编辑画面出现一个 nmos 组件。同样操作可以把 pmos 组件引用到当前编辑面板中。 4 8．新增 pmos 基板节点元件：选择 Cell New 命令，打开 Create New Cell 对话框，在 New cell name 文 本框中输入“Basecontactp”，单击 OK 按钮，如图所示。 9．编辑 pmos 基板节点元件：由于 PMOS 的基板也需要接通电源，故需要 在 N Well 上面建立一个欧姆节点，其方法为在 N Well 上制作一个 N 型扩散 区，再利用 Active Contact 将金属线接至此 N 型扩散区。N 型扩散区必须在 N Well 图层绘制出 Active 图层与 N Select 图层，再加上 Active Contact 图层 与 Metal 1 图层，使金属线与扩散区接触，绘制结果如图所示。 具体操作是：先绘制一个 1515 格点的 N Well，然后在 N Well 上绘制 一层 55 格点的 Active，再在 Active（有源区）上面绘制一层 99 格点的 N Select 图层，其次在 N Select 图层上绘制 22 格点的 Active Contact（有源区接触孔），最后再绘制 44 格点的金属层 Metal 1。 对以上绘制的 Basecontactp（pmos 基板节点）元件进行截面观察可以看到如下图形。 5 10．新增 nmos 基板节点元件：选择 Cell New 命令，打开 Create New Cell 对话框，在 New cell name 文本框中输入“Basecontactn”，单击 OK 按钮。 11．编辑 nmos 基板节点元件：由于 NMOS 的基板也需要接地，故需要在 P Base 上面 建立一个欧姆节点，其方法为在 P Base 上制作一个 P 型扩散区，再利用 Active Contact 将金属线接至此 P 型扩散区。P 型扩散区必须绘制出 Active 图层与 P Select 图层，再 加上 Active Contact 图层与 Metal 1 图层，使金属线与扩散区接触，绘制结果如图所示。 具体操作是：先绘制一层 55 格点的 Active，然后在 Active（有源区）上面绘制一层 99 格点的 P Select 图层，其次在 P Select 图层上绘制 22 格点的 Active Contact（有源区接触孔），最后再绘制 44 格点的金 属层 Metal 1。 对以上绘制的 Basecontactn（nmos 基板节点）元件进行截面观察可以看到如下图形。 12．新增输入端口 input 元件：选择 Cell New 命令，打开 Create New Cell 对话框，在 New cell name 文本框中输入“input”，单击 OK 按钮。 13．编辑输入端口 input 元件：由于反相器有一个输入端口，且输入信号是从栅极(Poly)输入，由于此范 6 例使用技术设定为 MOSIS/ORBIT 2.0U SCNA Design Rules，输入输出信号由 Metal2 传入，故一个反相器 输入端口需要绘制 Metal2 图层、Via 图层、Metal 1 层、Poly Contact 图层与 Poly 图层，才能将信号从 Metal2 图层传至 Poly 层。 具体操作是：先绘制 22 格点的 Poly Contact 图层，然后在 Poly Contact 上面绘制一层 55 格点的 Poly 图层，Poly Contact 是用来连 接 Poly 层和 Metal 1 的接触孔，故接着绘制一个 104 格点的 metal 1 图层，接下来在 Metal 1 上绘制 22 格点的 Via（通孔）图层，Via 图层是用来连接 Metal 1 和 Metal 2 的接触孔。所以最后在 Via 上绘制 44 格点的 Metal 2 图层。绘制结果 如图所示。 14．新增输出端口 output 元件：选择 Cell New 命令，打开 Create New Cell 对话框，在 New cell name 文本框中输出“output”，单击 OK 按钮。 15．编辑输出端口 output 元件：反相器有一个输出端口，输出信号是从漏极输出，由 于此范例使用技术设定为 MOSIS/ORBIT 2.0U SCNA Design Rules，输入输出信号由 Metal 2 传出，故可在连接 pmos 与 nmos 漏极区的 Metal 1 上绘制 Via 图层与 Metal2 图 层，才能将漏极信号从 Metal 1 图层传至 Metal2 图层。 具体操作是：先绘制 22 格点的 Via 图层，Via 图层是用来连接 Metal 1 图层与 Metal2 图层的接触孔。 接着绘制 44 格点的 Metal2 图层，它要与 Via 图层重叠。绘制结果如图所示。 16．引用 Basecontactp、Basecontactn、input、output 元件：先选择 Cell open 命令，选择 inv 单元元件， 点击 OK 按钮，回到 inv 编辑面板中。然后选择 Cell Instance 命令，打开 Select Cell to Instance 对话框， 可以看到，在组件列表中有Basecontactp、Basecontactn、input、output这 4个组件，如图所示，选择Basecontactn 组件再单击 OK 按钮，可以看到编辑画面出现一个 Basecontactn 组件。同样操作可以把 Basecontactp、input、 output 组件引用到当前编辑画面中。 17．连接栅极 Poly：对以上引用的组件进行简单排列。由于反相器电路的 pmos 与 nmos 的栅极是要相连 7 的，故直接以 Poly 图层将 pmos 与 nmos 的 Poly 相连接，绘制出 215 格点 Poly，如图所示。 18．连接漏极：由于反相器电路的 nmos 漏极与 pmos漏极是要相连的，则以 Metal 1 连接即可，利用 Metal1 将图中的 nmos 与 pmos 的右边扩散区有接触点处相连接，绘制出 420 格点 Metal 1，如图所示。 19．绘制电源线：由于反相器电路需要有 Vdd电源与 GND电源，电源绘制是以 Metal 1 图层表示，利用Metal1 将图中 pmos上方与 nmos 下方各绘制一个 395 格点 Metal 1，如图所示。 8 20．连接电源与接触点：将 PMOS 的左边接触点与 Basecontactp 的接触点利用 Metal 1 图层与 Vdd 电源相 连接，而将 NMOS 的左边接触点与 Basecontactn 的接触点利用 Metal 1 层与 GND 电源相连接。绘制四个 43 格点 Metal 1，之后把这四个 Metal 1 把电源与接触点连接上，如图所示。 9 21．加入输入输出端口：把 input组件移到中间部分与 poly 图层相连接，把 output 组件移到中间部分与 Metal 1 图层相重叠，如图所示。 22．标出 Vdd、GND、输入端口 A、输出 端口 Y 的节点：单击 插入节点按 钮，再到编辑窗口中用鼠标左键拖曳出 一个与上方电源图样重叠的宽为39个格 点、高为5个格点的方格后，将出现 Edit Object(s)对话框，如图所示。 首先需先确定最上方的On下拉列表 框选择的是 Metal 1（Vdd、GND是 Metal 1，A 和 Y 是 Metal2），在 Port name 文 本框中输入节点名称“Vdd”，在 Text Alignment 选项组中选择文字相对于框 的位置的右边，单击按钮。再单击确定 按钮。类似操作可以标出 GND、输入端口 10 A、输出端口 Y的节点，结果如图所示。 23．设计规则检查：对编辑好的反相器版图进行设计规则检查修改，直至没有错误为止。 11 需要截六个图： 12 13 1 实验二：使用 S-Edit 设计简单逻辑电路 一、实验目的 1．进一步掌握 S-Edit 的基本操作（包括从组件库引用模块、加入联机、加入输入/输 出端口、输出成 SPICE 文件等）； 2．学会利用已有模块来构成一些电路； 3．充分理解电路设计模式（Schematic Mode）和符号模式（Symbol Mode）。 二、预习要求 1．复习 S-Edit 基本功能的使用； 2．掌握 MOS管构成的与非门电路及原理； 3．掌握 MOS管构成的或非门电路及原理。 三、实验内容 1．使用 S-Edit 编辑二输入与非门及其符号，输出 SPICE 文件； 2．使用 S-Edit 编辑二输入或非门及其符号，输出 SPICE 文件； 3．检查与非门、或非门的导出的 SPICE文件。 四、实验报告要求 实验报告包括以下内容： 1．设计过程； 2．电路原理图； 3．遇到的问题及处理方法； 4．实验的体会。 五、与非门、或非门 1．与非门（NAND） ①逻辑表达式：Y A B  ②真值表：与非门真值表如右表所示。 ③电路图：与非门电路图如右图所示。 输入 输出 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 2 2．或非门（NOR） ①逻辑表达式：Y A B  ②真值表：或非门真值表如右表所示。 ③电路图：或非门电路图如右图所示。 六、操作步骤： 实验步骤： 1．新建文件夹：在电脑 E 盘新建文件夹，文件夹名为 ex2。 2．打开S-Edit软件：执行 D:\Tanner\tanner\S-Edit 目录下的 sedit.exe 文件，即可打开 S-Edit 程序，S-Edit 会自动将工作文件命名为“File0.sdb”并显示在窗口的标题栏上，如下图所示。 3．另存新文件：选择 File——Save As 命令，打开“另存为”对话框，在“保存在”下拉 列表中选择保存的路径，在“文件名”文本框中输入新文件的名称，如 ex2,如图下图所示。 4．环境设置：S-Edit 默认的工作环境是黑底白线，但可按照用户的爱好来自定义颜色， 例如，可将背景颜色换成白色，而将电路线条颜色换成黑色。选择 Setup——Colors 命令， 打开 Color 对话框，可分别设置背景色(Background Color)、前景色(Foreground Color)、选取 的颜色(Selection Color)、栅格颜色(Grid Color)与原点的颜色(Origin Color)。用鼠标来选择颜 色的部分，即可更换颜色，将各颜色设置为下图所示的状态，则画面背景变成白色。 输入 输出 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 A B Y VDD =A+B M M M MN1 N2 P2 P1 3 再选取 Setup——Grid，打开 Setup Grid Parameters 对话框，设置如下图所示。 5．编辑模块：S-Edit 编辑方式是以模块(Module)为单位而不是以文件(File)为单位，每一 个文件可以有多个模块，而每一个模块则表示一种基本组件或一种电路，故一个文件内可能 包含多种组件或多个电路。每次打开新文件时便自动打开一个模块并将之命名为“Module0”, 如下图所示（注意目前在电路设计模式下）。 4 6．浏览元件库：S-Edit 本身附有 4 个元件库，它们分别是在 D:\Tanner\tanner\S-Edit\library 目录下的 scmos.sdb, spice.sdb, pages.sdb 与 element.sdb。若要引入这些组件库中的模块，可 以选择 Module——Symbol Browser 命令，打开 Symbol Browser 对话框，单击 Add Library 按钮，可加入要使用的元件库，本范例中加入了 scmos, spice, pages 与 element 元件库在 Library 列表中，如图 3.5 所示。 7．从元件库引用模块：编辑与非门电路会利用到 NMOS, PMOS, Vdd 与 Gnd 这 4 个模 块，所以要从组件库中复制 NMOS, PMOS, Vdd 和 Gnd。其方法为:选择 Module——Symbol Browser 命令，打开 Symbol Browser 对话框，在 Library 列表框中选取 spice 组件库，其内含 模块出现在 Modules 列表框中，在 Modules 列表框中选取 MOSFET_N 选项(NMOS)，单击 Place 按钮，则在 Module0 编辑窗口内将出现 MOSFET_N 的符号。以同样操作选出 5 MOSFET_P 选项(PMOS)、Vdd 和 Gnd 符号并在每次选择后分别单击 Place 按钮，最后单击 Close 按钮则出现如图上图所示的界面。 因为与非门要用到两个 NMOS，两个 PMOS，所以选中 NMOS，按 Ctrl+C 进行复制， 按 Ctrl+V 进行粘贴，之后以同样的方式复制粘贴 PMOS。把他们分开后得到如下所示图形。 8．编辑与非门：按住 Alt 键拖动鼠标，可移动各对象。注意，MOSFET_N 与 MOSFET_P 选项分别有 4 个节点，Vdd 与 Gnd 选项分别有一个节点。将 6 个对象摆放成如下图所示的 位置，注意，在两对象相连接处，各节点上小圆圈消失即代表连接成功。 9．加入联机：将 6 个对象排列好后再利用左边的联机按钮 ，完成各端点的信号连接， 注意控制鼠标键可将联机转向，按鼠标右键可终止联机。当联机与组件节点正确相接时，节 点上小圆圈同样会消失，但若有 3 个以上的联机或组件节点接在一起时，则会出现实心圆圈， 如下图所示。 6 10．加入输入端口 与输出端口 ：利用 S-Edit 提供的输入端口按钮与输出端口按 钮，标明此与非门的输入输出信号的位置与名称，方法如下：选择输入端口按钮，再到工作 区用鼠标左键选择要连接的端点，打开 Edit Selected Port 对话框，如下图所示，在 Name 文 本框输入“A”，单击 OK 按钮。同样的方式加入输入端口 B 和输出端口 Y。加入输入输出 端口后的电路如下图所示。 7 11．编辑与非门符号：在此步骤之前是电路设计模式，S-Edit 中的模块，除了可以建立 设计电路的窗口外，还可以建立该电路符号的窗口，选择 View——Symbol Mode 命令，即 切换至符号模式。 改变栅格的设置可以利用多段直线画出弧线，栅格设置可选择 Setup——Grid 命令，打 开 Setup Grid Parameters 对话框，设置 Mouse Snap Grid 文本框的值为“1”，其单位为 Internal Units，如下图左所示，画出的弧形如下图右所示。 再设置 Mouse Snap Grid 文本框的值为“8”，单位为 Internal Units。再用直线来完成与 8 非门的符号，如上图所示。 12．加入输入端口与输出端口：利用 S-Edit 提供的输入端口按钮与输出端口按钮，标 明此与非门符号的输入输出信号的位置与名称，具体操作同步骤(10) ，结果如图下所示。 注意，符号的输入输出端口的名称要与电路输入输出端口的名称相同，大小写亦需一致。 13．更改模块名称：要将原来的模块名称 Module0 换成符合实际电路特性的名称，要选 择 Module——Rename 命令，打开 Module Rename 对话框，如下图所示，在其中的 New module’name 文本框中输入“NAND”，之后单击 OK 按钮，即可完成与非门模块的 S-Edit 设计。 14．与非门设计成果：观看最后与非门设计成果，可分别选择 View——Schematic Mode 与 View——Symbol Mode 命令切换电路设计模式和符号模式两个窗口，或者选择 View—— Change Mode 命令来轮流在电路设计模式和符号模式这两个窗口之间进行切换，如下图所 示。 9 15．模块输出格式：S-Edit 可将模块的内容输出成几种文字形式，具体操作是选择 File ——Export 命令，打开 Export Netlist 对话框，在其中的 Select Export Data Type 下拉列表中 可以看到有 6 种输出格式，如下图所示。 16．输出成 SPICE 文件：将设计好的 S-Edit 电路图输出成 SPICE 格式，可借助于 T-SPICE 分析与模拟此设计电路的性质，可选择 File——Export 命令输出，或单击 S-Edit 右上方“OK” 按钮，会自动输出成 SPICE 文件，进入 D:\Tanner\tanner\TSpice70，打开 wintsp32 程序，在 10 T-SPICE 中调出 E:\ex2 中的 NAND 可以看到下面代码。 17．新增或非门模块：回到 S-Edit 的 ex2.sdb 文件，新增一个模块，选择 Module——New 命令，打开 Create New Module 对话框，如下图所示，在其中的 Module Name 文本框中输入 “NOR”，单击 OK 按钮，即可完成新增模块的操作。 18．类似以上操作完成 NOR 的电路图及符号图，并输出其 SPICE 文件。 1 实验五：与非门的瞬时分析 一、实验目的 1．学会 S-Edit 的模块复制和输出成 SPICE 文件； 2．掌握 T-SPICE 的操作（包括加入工作电源、分析设定、输出设定、进行模拟、观看 结果等）； 3．掌握瞬时分析的方法及流程，并会分析结果。 二、预习要求 1．掌握与非门的特点，了解整个瞬时分析流程； 2．了解对一个模块直流分析的基本要求（对电源、输入/输出如何定义）。 三、实验内容 1．设计与非门电路图，加入激励；激励要求：delay=0；falltime=0；risetime=0； vhigh=5.0V；vlow=0V；SPICE Output：将 V#改为${instance}； 2．导出 SPICE 文件，用 T-SPICE 仿真； 3．用 W-Edit 观察仿真结果。 四、实验报告要求 实验报告包括以下内容： 1．电路原理图及模拟结果； 2．调试过程； 3．遇到的问题及处理方法； 4．实验的体会。 五、操作步骤： 实验步骤： 1．新建文件夹：在电脑 E 盘新建文件夹，文件夹名为 ex5。 2．打开S-Edit软件：执行 D:\Tanner\tanner\S-Edit 目录下的 sedit.exe 文件，即可打开 S-Edit 程序。 2 3．另存新文件：选择 File——Save As 命令，打开“另存为”对话框，在“保存在”下拉 列表中选择保存的路径，在“文件名”文本框中输入新文件的名称，如 ex5，如下图所示。 4．复制 NAND 模块：要复制 ex2 的 NAND 模块到 ex5 文件中，必须先打开实验二编辑的 文件“ex2.sdb”，选择 File——Open 打开 ex2.sdb 文件。进行复制之前必须回到 ex5 文件环 境，方法为选择 Module——Open 命令，打开 Open Module 对话框，在 Files 下拉列表中选 择 ex5 选项，单击 OK 按钮，回到 ex5 环境，才能进行复制模块的操作。选择 Module—— Copy 命令，打开 Copy Module 对话框，如下图所示，在 Files 下拉列表中选择 ex2 选项，在 Select Module To Copy 列表框中选择 NAND 选项，单击 OK 按钮，即完成将 NAND 模块从 ex2 文件中复制到 ex5 文件的操作。 5．打开 NAND 模块：由于上一步骤复制模块的操作只是在 ex5 文件中增加了 NAND 模块 (还有 NAND 引用到的模块 Vdd, Gnd，MOSFET_N 与 MOSFET_P )，而 ex5 依旧在 Module0 模块的编辑环境下，所以要编辑 NAND 模块必须先选择 Module——open 命令，打开 Open Module 对话框，如下图所示，在 Files 下拉列表中选择 ex5 选项，在 Select Module To Open 列表框中选择 NAND 选项，单击 OK 按钮。 3 6．更改模块名称：因在本章中是利用与非门电路学习使用 T-SPICE 的瞬时分析功能，后 面还需要将该电路应用在其他种的分析之中，为避免以后文件混杂，故将原来的模块名称 NAND 变成 NAND_tran。选择 Module——Rename 命令，打开 Module Rename 对话框，在 New module’s name 文本框中输入“NAND_tran”，如下图所示，之后单击 OK 按钮。 7．输出成 SPICE 文件：将设计好的 S-Edit 电路图输出成 SPICE 格式，可借助于 T-SPICE 分析与模拟此设计电路的性质，可选择 File——Export 命令输出，或单击 S-Edit 右上方“OK” 按钮，会自动输出成 SPICE 文件。输出成 SPICE 文件后，双击电脑桌面上的 T-Spice v13.0 图标，打开 T-SPICE 程序，之后打开从 ex5 的 NAND_tran 模块输出的 NAND_tran.sp 文件， 结果如下图所示。 4 8．加载包含文件：由于不同的流程有不同的特性，在模拟之前，必须要引入 CMOS 组 件的模型文件，此模型文件内包括电容电阻系数等数据，以供 T-SPICE 模拟之用，本章引用 1.25um 的 CMOS 流程组件模型文件 m12_125.md。将鼠标移至主要电路之前，选择 Edit— —Insert Command 命令，在出现的对话框的列表框中选择 Files 选项，在右边窗口将出现 4 个按钮，可直接单击其中的 Include 按钮，或者展开左侧列表框中的 Files 选项，并选择其中 的 Include file 选项之后，打开如下图所示的画面，单击 Browser 按钮，在出现对话框中找 到D:\Tanner\tanner\TSpice70\models\目录，选取其中的模型文件m12_125.md，这样，在 Include file 选项组中将会出现“D:\Tanner\tanner\TSpice70\models\ml2_125.md”。再单击 Insert Command 按钮，则会出现默认以红色字开头的 "D:\Tanner\tanner\TSpice70\models\ml2_125.md"，如下图所示。 5 9．Vdd 电压值的设定：设定 Vdd 的电压值为 5.0v。其方法为设定一个名称为 vvdd 的 6 定电压源，加在 Vdd 与 GND 之间，定电压值为 5.0V。可以仿效前面在 S-Edit 中加入电源 符号，再输出成 SPICE 文件的方式，也可在 T-SPICE 中选择 Edit——Insert Command 命令 设定，其方法如下：选择 Edit——Insert Command 命令，在出现的对话框的列表框中选择 Voltage Source 选项，在对话框的右侧出现 10 个选项，再在 Voltage Source 选项下选择 Constant 选项，在对话框右侧出现的 Voltage source name 文本框中输入“vvdd”，在 Positive terminal 文本框中输入“Vdd ",在 Negative terminal (GND)文本框中输入“GND”，在 DC Value 文本框中输入“5.0”，如下图所示，单击 Insert Command 按钮，则会出现“vvdd Vdd GND 5.0 ” 的文字。 10．设定 A 的输入信号：为了了解电路的正确性，需要观察输入与输出的波形变化，一 般是以周期性倍增的周期方波作为输入。在本章中将以 2 种不同的方式设定 A，B 的输入波 形，他们为周期性方波方式设定。首先以脉冲波的方式设定输入 A 的电压信号，其周期为 100ns，方波最大值为 5.0V,最低为 0V, 5V 维持时间为 50ns。操作如下：在 T- S p i c e 中选 择 Edit---Insert Command 命令进行设定，在出现的对话框的列表框中选择 Voltage Source 选 项，在对话框右侧将出现 10 个选项，再在 Voltage Source 选项下选择 Pulse 选项，在对话 框右侧的 Voltage source name( 电压源名称)文本框输入“va ”，在 Positive terminal(电源正端) 文本框输入节点名称“A”，在 Negative terminal (GND )(电源负端)文本框输入“(GND) ”， 7 在 Initial(电源起始点)文本框输入“0”，在 Peak(电源脉冲最高点)文本框输入“5 ”，在 Rise tune(脉冲波形的上升时间)文本框输入“5n”，在 Fall( 脉冲波形的下降时间)文本框输入 “5n”，在 Pulse width(脉冲波形的脉冲宽度)文本框输入"50n", 在 Pulse period ( 脉冲波形 的脉冲周期)文本框输入“l00n ”, 在 Initial delay(起始延迟时间)文本框输入“50n”，如下 图所示。再单击 Insert Command 按钮，将会出现“va A GND PULSE (0 5 50n 5n 5n 50n 100n ) ”的文字。 11．设定 B 的输入信号：再来以数据串流的方式设定周期性方波输入 B 的电压信号， 其周期为 200ns,每位最大值为 5.0V ，最低为 0V。5V 维持时间为 50ns, 0V 维持时间为 50ns 。可在 T- S p i c e 中选择 Edit---Insert Command 命令进行设定，其方法如下：选择 Edit---Insert Command 命令，在出现的对话框的列表框中选择 Voltage Source 选项，在对话 框右侧将出现 10 个选项，再在 Voltage Source 选项下选择 Bit 选项，在对话框右侧出现的 Voltage source name 文本框输入“vb”，在 Positive terminal 文本框中输入节点名称“B ”， 在 Negative terminal 文本框中输入"GND",