软件实训实验讲义2.doc

实验 1 二极管的 I-V 特性本实验的目的在于学会用 Cadence 观察二级管的 I-V 特性1.1 电路图按照图 1.1 所示画出电路图所用的元件分别是 analogLib 库中的 vdc、res 、diode 和 gnd示例中的电阻过大，实际仿真中设电阻为 0图 1.1 二极管的仿真电路图1.2 设置各元件参数在这里要设置二极管的参数、电压源的参数和电阻的参数二极管的参数设置如图 1.2 所示，在 Model name 栏填入 ndio18，说明用的是 1.8V 的电源电压，并且是 n+/pwell 二极管，在 Multiplier 处填入 1 (这代表此电路中用的二极管并联个数为 1)，其它参数都采用默认设置图 1.2 二极管参数设置图电压源的参数设置图 1.3 所示，在 DC voltage 处填入 vin (填入变量是为了要做直流扫描)图 1.3 电压源参数设置电阻的参数设置如图 1.4 所示，在 Resistance 后面的框中输入电阻值 (默认为 1k，此处采用默认值) 图 1.4 电阻参数设置1.3 设置仿真参数在原理图编辑框中，选 Tools→Analog Environment,打开 ADE 对话框。

①设置库路径在 ADE 窗口中，选 Setup→Model Libraries,在 section 项填入工艺角 tt(典型工艺角), 然后让光标停留在 Model Library File 框中，点击右下角的 Browse,然后选择以下文件作为仿真模型库文件：/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib然后点 Add，得到如图 1.5 所示对话框：（最后点 ok 设置完毕）图 1.5 库路径设置②编辑变量在 ADE 窗口中点 按钮，就会弹出 EDV 窗口，然后在此窗口中点 Copy From，会自动从原理图中提出相应的变量，我们前边的 vin 会被自动提出将其初始值设置为 0，初值可以任意，但一定要有，否则仿真会出错，如图 1.6 所示③选择分析类型在 ADE 窗口中选 Analyses→Choose,就会弹出分析类型对话框(即 CA 窗口)，然后选中 dc， Save DC Operating Points(为了方便观察管子的工作点而选)，在 Sweep Variable 栏中选择 Design Variables,然后于 Variable Name 栏输入要扫描的变量 vin ，具体设置如图 1.8 所示：（表示对 vin 做直流扫描，从 0 到 1.8V）最后点击 ok 设置完毕。

④输出设置在 ADE 窗口中，选 Outputs→To Be Plotted→Slected On Schematic然后在电路图中选择想要观察电流的结点，本实验选二极管的阳极(注意：观察电流点击元件的 pin 脚，会出现一个彩色圆圈；观察电压点击相应的连线，连线会改变颜色)，选择完成后按键盘上的 ESC 键退出选择输出状态在 Analog design environment 窗口中的 Outputs 输出部分就可以看到我们所选择的点然后选 Outputs→To Be Plotted→Add To 保存输出点击 Seession→Save State 保存当前仿真设置完整的设置好的 ADE 对话框如图 1.7 所示：图 1.6 变量设置图 1.7 设置好的 ADE 窗口图 1.8 dc 分析设置1.4 电路仿真参数设置完毕之后，就可以开始电路仿真了方法是在 ADE 窗口中，选 Simulation→Netlist and Run 就开始仿真了，如果整个过程都没错，那么系统会自动输出二级管的 I-V 曲线，如图 1.9所示可以看到该二极管的阈值电压大约是 0.75v 左右图 1.9 二极管的 I-V 特性曲线实验 2 BJT 和 MOS 晶体管的 I-V 特性本实验学习测量 BJT 和 MOS 管的 I-V 特性，并观察 BJT 和 MOS 管的 g-m、ro、 Vgs、Vds、寄生电容等参数。

2.1 BJT 晶体管的 I-V 特性1、创建 cellview(bjt)按照如图 2.1 所示画出电路图用到的元件符号分别是 analogLib 库中的vdc、res、npn、gnd图 2.1 电路图三极管的 Model 名为 npn18a100(可以从工艺库文件/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_bjt_spe.mdl中查到，其中 18 的意思为电压为 1.8V，100 代表晶体管发射区面积为 100um2)参数Multiplier 代表该种 npn 晶体管并联的个数)，这里我们设为 2，如图 2.2 所示为了得到三极管的输入与输出特性曲线，我们把发射极电压和基极电压分别设为变量vce 和 vbe图 2.2 bjt 晶体管参数设置2、输入特性三极管的输入特性是指当集电极电压 Vce 为常数时，基极与发射极间电压 Veb 与基极电流 ib 之间的关系如同前一个实验介绍的方法，打开仿真窗口，先设置好 model 路径，模型文件依然选择/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib，注意 section 设为 bjt_tt。

然后添加变量 vbe 和 vce再按图 2.3 对话框设置好 DC 分析其中 DC 分析是对 vbe 进行扫描，扫描范围从 0 到 1.8Vvce 的初始值设为 1.5V最后设置输出，这里我们要看的是基极电流，所以点击三极管的基极 pin 脚图 2.3 npn 三极管输入特性仿真设置Netlist and Run然后点“Netlist and Run”进行仿真得到的输入特性曲线如图 2.4 所示横坐标是基极- 射极电压 vbe 的变化，纵坐标是基极电流 ib 的变化图 2.4 三极管的输入特性曲线3、输出特性三极管的输出特性是指以 iB 为参变量的共射极电流 iC 与 UCE 之间的关系先设置好 Analog Design Enviroment 对话框，注意这次 DC 分析所扫描的变量是vce，扫描范围为-0.3 到 1.8V如图 2.5 所示：图 2.5 npn 晶体管输出特性仿真设置然后点 Tools→Paratrmetric，弹出如图 2.6 所示的 Parametric Analysis 窗口，进行参变量设置由于我们输入为电压源，无法把电流作为参变量，因此我们以 vbe 作为参变量。

于 Variable Name 栏输入参变量 vbe，范围为 -0.3 到 1.8参变量扫描方式选为 Linear Steps(线性步长改变)，步长设为 0.3如图 2.6 所示图 2.6 参量扫描窗口然后点 Analysis→Start，得到三极管输出特性曲线，如图 2.7 所示每条曲线都是在vbe 固定时， Ic 随着 Vce 电压改变而变化的曲线，改变 vbe 得到许多条曲线图 2.7 三极管的输出特性曲线2.2 MOS 晶体管的 I-V 特性1、创建 cellview 并画出电路图这一步和前面的方法一致，电路图的 cell 名可以自己取各元件参数如图 2.8 所示，用到的元件符号为 analogLib 库中的vdc、nmos4、vdd、gnd图 2.8 电路图两个电压源和 mos 管的参数设置如下所示，其中要注意电压源 V0 的 DC voltage 值设为变量 vgs同样的电压源 V1 的值设为变量 vds图 2.9 电压源的参数设置nmos 晶体管的模型为 n18，这是 1.8v nmos 晶体管的模型，选择其栅长 l 为 0.18um，栅宽 w 为 2um，注意填入尺寸时不要加单位，系统会自动加上长度单位 M。

图 2.10 MOS 管的参数设置2、设置仿真参数如同前面的方法，打开仿真窗口，先设置好 model 路径，库文件与上面的相同，但工艺角(section) 填入 tt然后添加变量 vds 和 vgs接着设置 DC 分析其中 DC 分析是对vds 进行扫描，扫描范围从 0 到 1.8Vvgs 的初始值设为 0V最后设置输出，这里我们要观察的是 MOS 管的漏电流，所以点击 MOS 管的漏极设置好后的仿真窗口如图 2.11 所示图 2.11在 Analog Design Environment 对话框中，点 tools→Parametric Analysis，弹出参变量分析窗口，我们以 vgs 作为参变量进行仿真，如图 2.12 所示图 2.12 参变量分析参数设置窗口3、仿真并观察 mos 管的输出特性曲线在 Parametric Analysis 窗口中，点 Analysis→Start 开始扫描，如果无错则会弹出输出窗口和波形（mos 管的 I-V 输出特性曲线） 图 2.13 Mos 管的输出特性曲线可能会出现的问题，如下图所示：需要对观察电流的节点进行保存，系统默认对电压的观察，而对电流观察需要进行保存。

解决方法：然后在 Parametric Analysis 窗口中，点 Analysis→ Start 开始扫描4、MOS 管的输入特性曲线打开 Analog Design Environment 窗口，大部分设置同前边的仿真设置只是变量 vds 的初始值为 1.8，vgs 的初始值为 0设置好后如图 2.14 所示图 2.14然后点 Netlist and Run,就得到输出波形如下图所示：图 2.15 Mos 管的输入特性曲线2.3 MOS 晶体管参数观察在 Analog Design Environment 窗口中，点击 Results→print→DC Operating Points如图 2.16 所示：图 2.16会弹出一个空白窗口，再在电路图上选择你想要观察的器件，则就会在空白窗口中显示你所选器件的各种参数，下图是选择 mos 管后的器件参数窗口在此窗口中你就可以看到 mos 管的各种参数图 2.17实验 3 MOS 晶体管电容测试 体效应学习通过本实验，学习使用 cadence 仿真工具中的 calculator，另外复习 MOS 电容和 MOS 管体效应的知识3.1 MOS 晶体管栅源电容测试1、创建 cellview，按照图 3.1 所示画出电路，并设置好各元件的参数。

图 3.1 电路图2、用和前面同样的方法设置 Analog Design Environment 对话框设好的对话框如下所示：图 3.23、点 Netlist and Run4、参量扫描在 Analog Design Environment 对话框中点 tools→Parametric Analysis 弹出 Parametric Analysis，按如下设置好参数然后点 Analysis→Start.图 3.35、在 Analog Design Environment 窗口中点 output→setup 弹出如图 3.4 对话框图 3.46、在图 3.4 对话框中点 Open，打开 Calculator 对话框在 Calculator 对话框中点 info→op 就会弹出如下对话框：(其中，op 代表 Operating Parameters)图 3.57、点击电路图中的 nmos 管，然后点击图 3.5 对话框中的 list 则会出现一个下。