集成实验Hspice实验报告.doc

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 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:.MODEL MODELNAME MODELTYPE (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2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 AvanWaves W-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"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3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 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。

4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 1N 5N 20NCLOAD OUT 0 .75P.MODEL PCH PMOS LEVEL = 1.MODEL NCH NMOS LEVEL = 1.END52.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 statementsVinput 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 5.0* output specifications.probe TRAN v(in) v(clamp) v(inv1out) v(inv2out) i(dlow).measure TRAN falltime TRIG v(inv2out) VAL=4.5v FALL=1+ TARG V(inv2out) VAL=0.5v FALL=1.end。