集成实验Hspice实验报告

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 2011301200025 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:.MODELMODELNAMEMODELTYPE(PARANAMEl=VALlPARANAME2=PVAL2...其中MODELNAME是模型名，它与器件描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，SynopsysHspice。 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1．CMOS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AvanWavesW-2005.03，在AvanWaves程序主窗口中，点击菜单Design->Open->选择test1.sp文件->OK->出现"ResultsBrowser"窗口。在"ResultsBrowser"窗口中，选择“Transient:Invertertrancircuit”，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"ResultsBrowser"窗口。图4可以看到输出与输入信号相反。2．CMOS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AvanWavesW-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"ResultsBrowser"窗口。在"ResultsBrowser"窗口中，选择“Transient:Invertertrancircuit”，在“Types”中选择“Voltages”，在“Curves”中双击“v(in”观察输入电压波形，如下图所示。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InverterCircuit.OPTIONLISTNODEPOST.TRAN200P20N.PRINTTRANV(IN)V(OUT)M1OUTINVCCVCCPCHL=1UW=20UM2OUTIN00NCHL=1UW=20UVCCVCC05VININ00PULSE.24.82N1N1N5N20NCLOADOUT0.75P.MODELPCHPMOSLEVEL=1.MODELNCHNMOSLEVEL=1.END 2.CMOS线性放大器test2.sp源文件*ExampleHSPICEnetlist,usingalinearCMOSamplifier*netlistoptions.optionpostprobebriefnomod*definedparameters.paramanalog_voltage=1.0*globaldefinitions.globalvdd*sourcestatementsVinputingndSIN(0.0vanalog_voltage10x)VsupplyvddgndDC=5.0v*circuitstatementsRintermingnd51Cincapininfilt0.001Rdampinfiltclamp100Dlowgndclampdiode_modDhighclampvdddiode_modXinv1clampinv1outinverterRpullclampinv1out1xXinv2inv1outinv2outinverterRoutterminv2outgnd100x*subcircuitdefinitions.subcktinverterinoutMpmosoutinvddvddpmos_modl=1uw=6uMnmosoutingndgndnmos_modl=1uw=2u.ends*modeldefinitions.modelpmos_modpmoslevel=3.modelnmos_modnmoslevel=3.modeldiode_modd*analysisspecifications.TRAN10n1usweepanalog_voltagelin51.05.0*outputspecifications.probeTRANv(in)v(clamp)v(inv1out)v(inv2out)i(dlow).measureTRANfalltimeTRIGv(inv2out)VAL=4.5vFALL=1+TARGV(inv2out)VAL=0.5vFALL=1.end1