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1、CMOS模拟集成电路实训 第二讲,东南大学集成电路学院 IC实验室,,内容,Lab1-电流源负载共源级放大器 Lab1-两级运放的设计和仿真,写在开始前 根据工艺库文件查找几个计算需要的参数：,因此需要在工艺库中查找的或计算得出的参数有：,CSMC 0.5um CMOS,Lab1-电流源负载共源级放大器,设计指标: VDD=5V IREF=100uA CL=10pf AV=35dB GB=9MHz,一、电路分析,（1）,（2）,（3）,取,同时通过（1）和（3）式得出，可以通过增加（W/L)n来获得大的电压增益 和GB。,关键语句,二、直流分析及关键语句,直流分析网表 b1-DC analys
2、is.sp,（一）任选项语句 .OPTION,(二）库文件调用语句,（三）模型描述语句 (.MODEL语句),（四）直流扫描分析.DC,（五）输出控制语句,（一）任选项语句 .OPTION 一般形式： .OPTION opt1 其中 : opt1是所有输入控制选项。一般以=x 形式出现。其中, 是控制选项名称,“x”表示那些选项的赋值。 不同的任选项在语句中可任意顺序排列。一种是无值的， 一种是有值的。 ACCT打印出计算和运行时间统计；LIST打印出输入数据总清单； NODE打印出结点表； NOMOD抑制模型参数的打印输出； POST指定分析数据的输出形式 .OPTION POST创建二进制
3、文件;同 POST=1 .OPTION POST=2 创建ASCII（美国信息互换标准代码）文件 还有其他的功能，如控制Accuracy（精度）、Algorithms（算法）、Speed（速度）,(二）库文件调用语句 一般形式: .LIB f ilename entryname 或 .LIB libnumber entryname 其中: filepath 指明库文件所在的路径，当库文件与HSPICE运行在 一目录下，则可缺省目录路径。“/”表示当前目录的 上一级目录。 filename 包含在数据文件的文件名，所有文件目录路径和文件 名组合最长不超过 256 个字符。文件目录路径和文件 名必
4、须包含在单引号或双引号中。 entryname 进入文件的类型名，这个名字的第一个字符不能是一 个整数。 libnumber 参考库文件的另一种方法。值得注意的是在不同的 操作系统下，数字定义域不同，如 1189 可以用在 除UNIX以外的所有系统中。UNIX 系统一般用 914。 例: .LIB MODELS cmos1 .LIB /sum/MODELS cmos1 .LIB 14 lm 101,（三）模型描述语句 (.MODEL语句) 一般形式是：.MODEL mname type 其中： mname 模型参考名、元件必须靠这个名字来指明所要参考的 模型。 type 用来选择模型类型、模型
5、类型必须是下列类型中的 一种： AMP: 运算放大器模型； C: 电容模型 CORE: 磁芯模型 D: 二极管模型 L: 磁芯互感模型 NJF: n 沟 JFET 模型 NMOS: n 沟 MOSFET 模型 PMOS: p 沟 MOSFET 模型 NPN: npn 双极型晶体管模型 OPT: 优化模型 PJF: p 沟 JFET 模型 PNP: pnp 双极型晶体管模型 PLOT : 针对.GRAPH 语句的硬拷贝绘图模型 R : 电阻器模型 pname1 用来设置模型参数名。模型参数名必须是相应模型中存在的参数，未给定的参数名和值就由程序中的缺省值代替。模型参数值由圆括号内参数表中的参数值
6、给出。每个独立参数之间用空格或逗号分隔，续行前要加”+”号。 例: .MODEL MOD1 NPN BF = 50 IS = 1E-13 VBF = 50 AREA = 2 + PJ = 3 N = 1.05,（四）直流扫描分析.DC 该语句规定了直流传输特性分析时所用的电源类型和扫描极限。在直流分 析中，.DC 语句可进行 ： a. 直流参数值扫描 ； b. 电源值扫描 ； c. 温度范围扫描 ； d. 执行直流蒙特卡罗分析（随机扫描） ； e. 完成直流电路优化 ； f. 完成直流模型特性化 .DC 语句具体格式取决于实际应用需要，下面给出直流参数值扫描应用格式： .DC var1 STA
7、RT=start1 STOP=stop1 STEP=incr1 .DC var1 START= STOP = + STEP= .DC var1 start1 stop1 incr1 ,（五）输出控制语句,.PRINT:在输出的list文件中打印数字的分析结果，如果.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。,.PLOT:在输出的list文件中打印低分辨率的曲线（由ASCII字符组成）,如.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。,.GRAPH：生成用于打印机或PostScript格式的高分辨率曲线。,.PROBE:把数据输出到post-
8、processor，而不输出到list文件。,直流仿真过程,lab1-dc analysis-1 lab1-dc analysis-2 由仿真结果可以看出，在VIN=1.23300左右增益达到最大。,交流分析,lab1-ac analysis-1.sp,关键语句,（一） 直流工作点分析.OP,（二）.AC,（三）. MEASURE,（一） 直流工作点分析.OP 会在输出文件(.lis文件)中列出一些直流参数和各结点的工作点电压与支路电流、静态功耗，对电路分析非常有用。直流或交流扫描中(.ac or .dc),计算的是初始工作点。瞬态分析中(.tran), 计算某一时刻的工作点，默认时间是0。例
9、如：.op 3n ,计算3纳秒时电路的工作情况。 一般形式：.OP 其中： format是下述关键字中的任何一个（缺省值为ALL）： ALL 、BRIEF、 NOTE、 CURRENT、DEBUG、OLTAGE。 上述关键字有一点值得特别注意，这些关键字互相不兼容，同一时间只能用一个关键字定义。 time这个参数直接跟在 All、Voltage、Current 或DEBUG 等参数后面 ，用来确定这些参数值输出打印的时间 。 下面给出两个进行直流工作点分析的例子： 例 ：.OP .5NS CUR 10NS VOL 17.5NS 20NS 25NS 在例中计算了直流工作点，并要求在 0.5ns
10、时打印出所有直流工作点值，此外电流在 10 ns，电压在17.5 ns、20ns 以及 25 ns 时进行瞬态分析。,ALL提供全部工作点值，包括电压、电流、电导和电容等值； BRIEF每一个元件都产生一行电压、电流和功率值，电流单位是 mA ，功率单位是 mw； CURRENT提供一种带有元件电流和功率的电压表格样式的简明结果； NOTE，禁止节点和元件打印输出，但允许执行时附加分析规定 ；OLTAGE仅提供电压输出表格形式。 DEBUG此参数同上只有在模拟结果不收敛的情况下才由程序来调用。并能调整打印出收敛节点的新、老电压以及不收敛的程度（容差），它也能打印出带容差值的不收敛元件。,（二）
11、.AC,对电路进行交流分析 AC : V(2), VI(3), VM(5,7), VDB(OUT), IP(9), IP4(M4) R : Real I : Imaginary M : Magnitude P : Phase DB : Decibels 例：.AC DEC 10 1K 100MEG $ 1kHz-100MHz,每10倍频10个采样点。,（三）. MEASURE,1）Rise, Fall, and Delay (TRIG-TARG) 2）AVG, RMS, MIN, MAX, & Peak-to-Peak (FROM-TO) 3）FIND-WHEN,.MEASURE DC|AC|
12、TRAN result_var TRIG . TARG . result_var : Name Given the Measured Value in HSPICE Output TRIG . : TRIG trig_var VAL=trig_value + TARG . : TARG targ_var VAL=targ_value + TRIG . : TRIG AT=value : Example: .meas TRAN tprop trig v(in) val=2.5 rise=1 targ v(out) val=2.5 fall=1,1）Rise, Fall, and Delay (T
13、RIG-TARG),.MEASURE DC|AC|TRAN result FUNC out_var + result_var : Name Given the Measured Value in HSPICE Output FUNC : AVG - Average MAX - Maximun PP - Peak-to-Peak MIN - Minimum RMS - Root Mean Square : out_var : Name of the Output Variable to be Measured Example: .meas TRAN minval MIN v(1,2) from=
14、25ns to=50ns .meas TRAN tot_power AVG power from=25ns to=50ns .meas TRAN rms_power RMS power,2）AVG, RMS, MIN, MAX, & Peak-to-Peak (FROM-TO),.measure DC|AC|TRAN result WHEN . .measure DC|AC|TRAN result FIND out_var1 WHEN . .measure DC|AC|TRAN result_var FIND out_var1 AT=val result : Name Given the Me
15、asured Value in HSPICE Output WHEN . : WHEN out_var2=val|out_var3 + : Example: .meas TRAN fifth WHEN v(osc_out)=2.5V rise=5 .meas TRAN result FIND v(out) WHEN v(in)=2.5V rise=1 .meas TRAN vmin FIND v(out) AT=30ns,3）FIND-WHEN,.meas TRAN Vmax MAX v(out) FROM=TDval TO=Tstop .meas TRAN Vmin MIN v(out) FROM=TDval TO =Tstop .meas TRAN Trise TRIG v(out) VAL=Vmin+0.1*Vmax TD=TDval RISE=1 + TARG v(out) VAl=0.9*Vmax RISE=1 .meas TRAN Tfall TRIG v(out) VAL=0.9*Vmax TD=TDval FALL=2 + TARG v(out) VAl=Vmin+0.1*Vmax FALL=2 .meas TRAN Tdel
