2022年2022年集成电路实验指导书 .pdf

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1、 Henan University of Science and Technology 集成电路实验指导书 河南科技大学 电子信息工程学院名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 48 页 - - - - - - - - - 集成电路实验指导书王丽萍、徐丹 旸 主 编 齐晶晶 副主编 电工电子实验教学中心 2007年 9 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -

2、- - - 第 2 页，共 48 页 - - - - - - - - - I 前言随着微电子技术的不断发展和半导体工艺水平的不断提高，电子产品始终朝着速度快、体积小、重量轻的方向发展，近年来电子产品的更新换代速度更可谓日新月异。为适应这种现状，进一步缩短电子产品的设计研发周期、降低开发成本， 日趋进步和完善的EDA/ASIC技术正在逐步取代传统的电子设计方法而成为现代电子设计技术的核心；而掌握与可编程逻辑器件、大规模集成电路（VLSI ） 、专用集成电路（ASIC ）及电子设计自动化紧密结合的 EDA/SOPC 设计技术也已成为现代电子信息系统设计工程师的必备技能。本实验指导书分为大规模集成电

3、路实验、专用集成电路实验两大部分，围绕课程的主要内容使学生对当前集成电路设计技术以及EDA/SOPC 技术有一个比较全面和准确的掌握和认识。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 48 页 - - - - - - - - - - II - 目录第一部分 大规模集成电路实验. 1 实验一EDA 工具（ Tanner Pro ）的使用. 2 实验二四位加法器电路的设计与SPICE 模拟. 14 实验三CMOS 反相器的版图设计及其功能验证. 24 附录Tanner P

4、ro简介 . 39 第二部分 专用集成电路实验. 44 实验一 用OrCAD 软件进行电路原理图的设计输入. 45 实验二 用PSpice软件进行电路模拟. 56 实验三 数字电路的 FPGA 实现. 66 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 48 页 - - - - - - - - - 1第一部分大规模集成电路实验 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -

5、- - - 第 5 页，共 48 页 - - - - - - - - - 实验一EDA工具（ Tanner Pro ）的使用一、实验目的1、初步了解VLSI 设计过程；2、了解 VLSI 设计软件系统Tanner Pro的运行；3、掌握系统基本操作方法。二、实验环境本指导书中的所有实验均在Tanner Pro 系统中完成。三、预习要求初步了解VLSI 设计过程，了解Tanner Pro 系统所集成软件S-Edit，T-Spice，L-Edit 与LVS 的作用及相互关系。四、实验内容及步骤1. S-Edit 使用练习：以建立一个NMOS 符号为例来进行S-Edit 的使用练习：（ 1）打开 S

6、-Edit 程序，系统自动将工作文件命名为“File0.sdb”并显示在窗口标题栏处，如图 1-1 所示：图 1-1 标题栏 （ 2）创建新文件（ 3）环境设置：S-Edit 默认黑底白线，如需改变选择Setup Colors 命令，打开Color对话框，可分别设置背景颜色（Background Color ） 、前景色、选取颜色、格点颜色与原点颜色。用鼠标选定颜色部分，即可更换颜色，如图 1-2 所示。2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 48 页 - -

7、- - - - - - - 图 1-2 设置环境颜色 （4）编辑模块： S-Edit 编辑方式是以模块（Module ）为单位而不是以文件为单位，每一个文件可以有多个模块，而每一个模块即表示一种基本组件或电路，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其命名为“Module0 ” ，如图 1-1 所示。（5）切换模式：S-Edit 的文件中的模块具有两种模式，一个电路设计模式（Schematic Mode） ，一个为符号模式（Symbol Mode ） 。在此步骤之前都是电路设计模式，若要设计基本组件符号必须在符号模式中进行，其切换方式为选择View-Sym

8、bol Mode命令，如图1-3 所示。 图 1-3 切换符号模式 图1-4 绘图与文字工具栏 图1-5 Schematic Tool （6）绘制 NMOS 符号： S-Edit 提供 Annotation Tools （绘图与文字）工具栏，如图1-4所示， 使用画线工具画出NMOS 符号。 单击鼠标左键是画线的起点，单击鼠标右键为画线的终点。绘制的NMOS 符号如图 1-6 所示。（7）加入组件接脚：在符号模式下，S-Edit 提供了 Schematic Tools 工具栏，如图1-5 所3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

9、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 48 页 - - - - - - - - - 示，可用来设置组件接脚，本例使用Other Port 工具作为 NMOS 组件符号的接脚即可。方法为先选择工具按钮，再到工作区中用鼠标左键选择要连接的端点，例如， 点 NMOS 左边的端点，打开Edit Select Port 对话框，如图1-7 所示，在 name 文本框中输入“G” ，单击 OK 。图 1-6 NMOS符号 图 1-7 编辑接脚 （ 8）同理，再建立D 连接端口、 S连接端口与B 连接端口。如图1-6 所示，（ 9）建立组件特性：组件符号建立后，需要再设置组件

10、特性，包括沟道长度（L） 、沟道宽度（ W） 、源极周长（PS） 、源极面积（AS） 、漏极周长（PD） 、漏极面积（AD ） 、组件类型（ Model ） 。其方法为选择Schematic Tools 工具栏的编辑性质工具按钮，再到工作区用鼠标左键选择任一位置，打开Create Property 对话框，如图 1-8 所示。在 name 文本框内输入性质名称“W” ， 在 Value 文本框中输入 “ W” 的值“22u” ， 再在 Value Type 下拉列表中选择 “Text”选项，其它选项保持默认值，单击“OK ” 。以同样方式将沟道长度特性L 的值设置成2u，接着再以同样方式设置P

11、S=24u，AS=66u ，PD=24u，AD=66u 与 Model=NMOS ，但 show下拉列表中选择None 选项。（ 10） 设置输出性质： S-Edit 可输出成多种格式， 其输出性质的类型包括SPICE OUTPUT ，SPICE PARAMETER ，TPR OUTPUT ，EDIT PRIMITIVE，VHDL PRIMITIVE与 NETTRAN OUTPUT 。在此设置SPICE OUTPUT性质内容，同样选择Schematic Tools 工具栏中的编辑性质工具按钮，到工作区用鼠标左键选择任一位置，打开Create Property 对话框，如图1-9所示。在 nam

12、e 文本框内输入性质名称“SPICE OUTPUT ” ，在 Value 文本框中输入“SPICE 4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 48 页 - - - - - - - - - OUTPUT ” 的值 “M$instance %D %G %S %B $model L=$L W=$W” ， 在 Value Type 下拉列表中选择“Text” ，在 show 下拉列表中选择None 选项。图 1-8 组件特性建立 图 1-9 输出性质设置 （ 11）完成

13、NMOS 符号编辑。（ 12）更换模块名称：将原本模块名称Module0 换成符合实际组件特性的名称，选择Module Rename命令，打开Module Rename 对话框，在New modules name 文本框中输入名称，单击“ OK” 。（ 13）NMOS 组件设计成果： NMOS 组件最后的设计成果，如图1-6 所示，注意此图的模式为符号模式。对于像NMOS_my 模块之类的基本组件而言，在电路设计模式中没有电路图存在。2. T-Spice 使用练习：（ 1）打开 T-Spice 程序。（ 2）打开T-Spice 提供范例文件：选择File-Open 命令，在“ C: Progr

14、am FilesTanner ”目录中打开invert_tran.cir 文件，打开的SPICE 文件为文字形式， 如图 1-10 所示。 此范例是分析一个反相器输入与输出电压的时序关系，除了文字描述5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 48 页 - - - - - - - - - 组件节点情况。还要有指令的部分来控制电压源，分析时间与观察项目。图 1-10 invert_tran.cir 文件内容 （ 3）模拟结果：选择Simulation-Run Simu

15、lation命令，设置模拟输出文件保存路径如图1-11 所示。模拟的结果有两部分，一部分出现在Simulation Status 窗口，如图1-12 所示，其中记载了分析出的组件数目、节点数目、电激数目、模拟时间等，另一部分是用W-Edit 表示模拟结果，如图1-13 所示。图 1-11 输出文件invert_tran.out保存路径设置 6名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 1-12 模拟状态 图 1-13

16、 模拟结果 3. L-Edit 使用练习：（1）打开 L-Edit 程序。（2）打开 L-Edit 自带范例文件： 选择 File-Open 命令，在“C: Program FilesTanner EDA L-Edit 11.1 samples spr example1 ”目录中打开lights.tdb 文件。（3）布局图：打开lights.tdb 文件，画面会自动呈现出一个系统的布局图Lights 组件（如图1-14 所示）与一个文字说明Cell0 组件。 Lights 组件的内容包括了核心逻辑电路部分和周围的焊垫（Pad） 。（4）设计导航： 选择 view-Design Navigato

17、r 命令，打开 Design Navigator 窗口，如图 1-15所示。显示此文件中所有组件（Cell） ，例如， Lights，Nor2，Nand2，DFFC 等。7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 1-14 lights.tdb布局图 图 1-15 设计导航 （5）层次关系：有些组件会引用到其它组件，其中的层次关系，在Design Navigator 窗口也可以看出来。Lights 组件作为一个系统

18、布局图，是由其他组件组合而成的，可在Design 8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 48 页 - - - - - - - - - Navigator 窗口中单击Lights 旁边的 +号，观察其层次关系。Lights 组件引用到Core 与 Frame等组件。 Care 组件引用到的最下层次有Nor2，DEFC，Nand2C 等组件。（6）观看组件内容：双击Design Navigator 窗口的组件名称，可打开组件编辑窗口，例如，双击 Nor2 组件，

19、即可打开该组件的编辑窗口，或可以选择Cell-Open 命令打开组件的编辑窗口，如图1-16 所示。图 1-16 Nor2组件窗口 （ 7）分析各图层：布局图包含了好几种图层，可以通过控制各图层的隐藏或显示状态来观察各图层的位置。以Nor2 为例，只显示Poly 图层如图 1-17 所示。利用鼠标选取编辑窗口的对象时，在窗口左下角会出现图层性质（包括形状，宽，高，面积，周长）。图 1-17 Nor2组件 Poly 层 （8）截面观察：L-Edit 有一观察截面的功能，可以模拟制作过程截面图，以Nor2 组件为例进行截面观察，选择Tool-Cross-Section 命令，如图1-18 所示。9

20、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 1-18 截面观察 （9）设计规则检查：对于组件内的布局图，用L-Edit 的 DRC 功能，可检查出此布局图是否设计符合设计规则，以组件Nor2 为例进行设计检查，选择Tools-DRC 命令，结果如图1-19 所示。图 1-19 设计规则检查结果 图 1-20 转化出的netlist文件 10名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

21、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 48 页 - - - - - - - - - （10）转化：以 Nor2 组件为例，选择Tools-Extract 命令，设定转化文件为Nor2.spc，可利用任何文字编辑器打开转化出的文件，如图1-20 所示，转化出的文字文件可在T-Spice 模拟时使用或是用于LVS 对比。4. LVS 使用练习（1）打开 LVS 程序。（2）打开文件：先打开要进行对比的Lights.spc 文件与 Lights.sp 文件，其中Lights.spc文件是从 Lights.tdb 文件中 Lights 组件转化

22、结果， 而 Lights.sp 文件是从 Lights.sdb 文件中 Lights模块输出成SPICE 文件的结果， 具体如图1-21 与图 1-22 所示。 将两个文件中的include 设定修改成（ .include C:Program FilesTanner EDAT-Spice 10.1modelsml2_125.md）并保存。图 1-21 从布局图转化的Lights.spc文件 图 1-22 从电路图输出的Lights.sp文件 （3）打开 LVS 新文件：在LVS 环境下的菜单中选择File-New 命令，在“打开”列表框中选取第一项LVS Setup，如图 1-23 所示。图

23、1-23 建立 LVS Setup 11名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 48 页 - - - - - - - - - （4）文件设定：在Setup1 窗口中有很多项目要设定，包括要对比的文件名称、对比结果的报告文件、 要对比项目等。 在 File 列表框来进行文件的设定，在 Input Files 选项组的 Layout netlist 文本框中输入从L-Edit 转化出的 Lights.spc 文件路径，在Schematic netlist 文本框输入

24、从 S-Edit 输出的 Lights.sp 文件的路径。在Output Files 选项组的Output File 文本框中输入对比结果的报告文件名“Lights.out ” ，在 Node and Element list 后的文本框中输入对比结果的报告文件的路径，并选中Overwrite existing output files复选框，如图1-24 和图 1-25 所示。（5）存储文件：设定完成以后，要存储LVS 的设定。存储为Lights.vdb 。（6）执行对比：设定完成后，开始进行Lights.spc 和 Lights.sp 文件的对比操作，选择Verification-Run

25、命令，对比结果如图1-26 所示。可以看出这两个电路是相等的。图 1-24 文件设定 图 1-25 文件设定 12名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 1-26 执行对比结果 五、思考题1、 使用 Tanner Pro 进行集成电路设计的操作流程是什么？2、本实验所用系统由几个模块构成，作用各是什么？六、实验报告要求1、 写出实验题目、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容。2、 分析 T-Spice 使用练习

26、中所用的invert_tran.cir 的 Spice 描述，并画出等效电路图。记录并分析仿真结果。3、 记录 Tanner Pro 每个模块输出文件所包含的信息。13名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 48 页 - - - - - - - - - 14实验二四位加法器电路的设计与SPICE模拟一、实验目的1、 通过设计 ,熟悉电路模拟过程及电路的SPICE 程序。2、 初步掌握电路模拟的方法。二、预习要求1、 预习使用 Tanner Pro 的电路模拟工具

27、T-Spice。2、 掌握集成电路模拟的Spice 程序。3、 掌握集成电路模拟的基本方法。三、实验内容及步骤1.全加器设计：输入输出端口如表2-1 所示。表 2-1 全加器输入输出端口 输入输出进位输入 Ci 和 S 数据输入 A 进位 Co 数据输入 B （1）打开 S-Edit 程序，新建文件。（ 2）加载组件库，S-Edit 本身附有4 个组件库，分别是在C:Program FilesTanner EDAS-Editlibrary目录的 scmos.sdb， spice.sdb， papes.sdb与 element.sdb。 选择 ModuleSymbol Browser 命令，打开

28、 Symbol Browser 对话框，单击 Add Library按钮，可加入要使用的组建库，如图 2-1 所示。（3）加载所设计全加器模块（FULLADDER ）所有组件。注意：添加组件过程中如果出现模块名称冲突的对话框Module Name(s) Conflict，在其中的列表框中列出发生冲突的模块名称有 GND， Vdd ， N_4,P_4 等，可选择第四项解决方式“Don t copy colliding modules. Use the cells in the current file instead” ，即选择不要复制发生冲突的模块，使用文件中现有的模块，如图 2-2 所示。接

29、着单击Proceed按钮，然后继续添加组件。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 2-1 加载组件库 图 2-2 模块名称冲突的对话框 15（4）编辑全加器：按住Alt 键的同时拖动鼠标可以移动各对象。需要重复使用的组件，可通过选择Edit-Duplicate 命令或按住Ctrl 键的同时拖动鼠标来进行。之后利用左边的联机按钮，完成端点的信号连接，注意，控制鼠标可将联机转向，右击可终止联机。当联机与组件节点正确

30、相接时，节点上的小圆圈会消失，但若有3个以上的联机或组件节点接在一起时，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 48 页 - - - - - - - - - 则会出现实心圆圈。注意：两个对象相连接处的各节点上的小圆圈小时即代表连接成功。（5）标注节点名称：标注节点可利用S-Edit 提供的节点标签按钮，方法如下：单击节点标签（Node Label ）按钮，再到工作区中选择要连接的端点，打开 Place Node Label 对话框，如图 2-3 所示，在Name

31、 文本框中输入节点的名称，在Origin Location选项组中选择节点名称与节点的相对位置，如图2-4 所示。图 2-3 节点名称的设定 （6）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，标明此全加器的输入输出信号的位置与名称，方法如下：单击输入端口按钮，到工作区中用鼠标左键选择要连接的端点，打开Edit Select Port 对话框，在Name 中输入输入端口的名称，在这里要分别建立A，B 与 Ci 这三个输入端口。 若输入端口或输出端口未与索要连接的端点相接时，可利用移动功能将之连接在一起。如图2-4 为示范例子，相同方法加入输出端口S和 Co。图 2

32、-4 节点标注与加入端口示例 （7）建立全加器符号：在此步骤之前是电路设计模式，S-Edit 的模块除了用于电路设计的窗口外， 还可以建立该电路符号的窗口，选择 ViewSymbol Mode 命令，切换至符号模式。在工具栏中选择画图工具画出全加器符号。如图2-5 所示。（ 8）加入输入与输出端口：步骤同（6） ，注意：符号的输入端口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。16名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 48 页 - - - -

33、 - - - - - 图 2-5 全加器符号 2. 四位加法器设计：输入输出端口如表2-2 所示。表 2-2 四位加器输入输出端口 输入输出A3，A2，A3，A0 S1，S2，S3，S0 B3，B2，B1，B0 COUT （1）在设计的全加器电路基础上建立新的模块方法是：点击Module New 命令建立四位加发器新模块(Add4) 。（2）引用全加器模块：单击ModuleInstance，选择全加器（FULLADDER ）模块如图2-6 所示。图 2-6 引用全加器模块（ FULLADDER） 17名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

34、- - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 48 页 - - - - - - - - - （3）组合 4 个全加器：利用联机按钮完成各断点的信号连接。（4）标注节点名称。（5）加入输入输出端口。（6）建立四位加法器符号，如图2-7 所示。图 2-7 四位加法器符号 （7） 输出 SPICE 文件：将设计好的S-Edit 电路图，输出成 SPICE 格式， 以便借助T-Spice进行电路性质的模拟，可选择FileExport 命令输出，如图2-8 所示。图 2-8 SPICE 文件输出 3. 四位加法器的SPICE 模拟（1）打开 T-Spice 程序，打开已

35、生成的四位加法器的SPICE 文件（例如为ADD4.sp ） 。18（2）加载包含文件：由于不同的流程有不同特性，在模拟之前，必须要引入MOS 组件的模型文件，此模型文件包括电容电阻系数等数据，以供T-Spice 模拟之用。这里引用1.25m 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，在出现的对话框左侧的列表框中选择Files 选项，单击右侧四个按钮中的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

36、22 页，共 48 页 - - - - - - - - - Include 按钮，此后单击 Browse 按钮，在出现对话框找到 “C:Program FilesTanner EDAT-Spice 10.1models”目录，选取m12_125.md，如图 2-9 所示。然后单击Insert Command 按钮，则会出现“ .include “C:Program FilesTanner EDAT-Spice 10.1models ” ” 。图 2-9 加载包含文件 （3）设定参数值：本实验所使用nmos 和 pmos 组件的 W 和 L 是以参数（ l）来表示，所以必须设定参数值才能进行模拟

37、。选择Edit-Insert Command 命令，在出现的对话框列表中选择 Settings 选项， 对话框右侧出现六个选项，在 Settings 选项下选择Parameters选项， 在对话框右侧出现的Parameters type 下拉列表中选择General 选项，在 Parameter name 文本框中输入“l” ，在 Parameters value文本框中输入 “0.5u” ，如图 2-10 所示， 再单击 Insert Command按钮，则会出现“.Param l=0.5u” 。（4） Vdd 电压值的设定： 设定 Vdd 的电压值为5.0V 。 其方法有两种， 一种为直接

38、在S-Edit中为此电路加电压源符号，然后输出SPICE 文件。另外一种是在T-Spice 中选择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，在对话框的右侧出现的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” ，如图 2-11

39、 所示，单击 Insert Command 按钮，则会出现“vvdd Vdd GND 5.0 ”的文字。19名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 2-10 参数设定 图 2-11 电源设定 （5）设定 A 的输入信号：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

40、项下选择Bus 选项，在对话框的右侧出现的Voltage Source name（电压源名称）文本框中输入“ va” ，在 Bus name 文本框输入节点名称“A” ，在 Referance name（ GND） （电源负端）20名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 48 页 - - - - - - - - - 文本框输入“ GND” ，在 Bit stream （位串设定）文本框中输入“0011 1110 1100 1010 ” ，在ON value（位值

41、为1 的电压）文本框输入“5” ，在 OFF value（位值为0 的电压）文本框输入“0” ，在 High time（脉冲为高电平的时间）文本框输入“50n” ，在 Low time（脉冲为低电平的时间）文本框中输入“50n” ，在 Rise time（脉冲上升时间）文本框输入“5n” ，在 Fall time（脉冲下降时间）文本框中输入“5n” ，如图 2-12 所示，再单击Insert Command 按钮，将会出现“ va A GND BUS (0011 1110 1100 1010 lt=5n ht=50n on=5.0 off=0 rt=5n ft=50n)” 。图 2-12 输入

42、 A设定 （6）设定 B 的输入信号：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Bus 选项，在对话框的右侧出现的Voltage Source name（电压源名称）文本框中输入“ vb” ，在 Bus stream 文本框输入节点名称“B” ，在 Referance name （ GND） （电源负端）文本框输入“ GND” ，在 Bit name 文本框中输入“ 1101 0111 1010 0101” ，在 ON value 文本

43、框输入“ 5” ，在 OFF value 文本框输入“ 0” ，在 High time 文本框输入“ 50n” ，在 Low time 文本框中输入“ 50n” ，在 Rise time 文本框输入“ 5n” ，在 Fall time文本框中输入“5n” ，如图2-12 所示，再单击Insert Command 按钮，将会出现“vb B GND BUS (1101 0111 1010 0101 lt=50n ht=50n on=5 off=0 rt=5n ft=5n)” 。（7）分析设定：本实验为四位加法器的瞬时分析，可在SPICE 文件中添加分析指令，选择 Edit-Insert Comma

44、nd 命令，在出现的对话框的列表框中选择Analysis 选项，在对话框的右侧出现8 个选项，再在Analysise 选项下选择Transient 选项，在对话框右侧有几项设定需要选择，并设定其时间间隔与分析时间范围，这里我们将模拟时间间隔设定为1ns，总模拟时间设定为400ns。首先在 Modes 选项组中选择Standard（from DC op.point ）单选按钮，在21名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 48 页 - - - - - - - -

45、- Maximum time step 文本框输入“ 1n” ，在 Simulation length 文本框输入“ 400n” ，如图 2-13 所示，单击Insert Command 按钮后，则会出现“.tran 1n 400n” 。图 2-13 瞬时分析设定 （ 8）输出设定：首先要设定观察瞬时分析结果为哪些节点的电压和电流，本实验要观察的是输入节点A3 ，A2，A3，A0，B3，B2，B1，B0，输出节点S1，S2，S3，S0 和 COUT的电压模拟结果。将鼠标移至四位加法器SPICE 文件尾， 选择 Edit-Insert Command 命令， 在出现的对话框的列表框中选择Outp

46、ut 选项， 在对话框右侧出现7 个选项，可直接单击Transient results 选项，在右侧出现的Plot type 下拉列表中选择Voltage 选项，在 Node name 文本框中输入节点名称“COUT ” ，单击Add 按钮，重复该操作将S1，S2，S3，S0 加入，如图2-14所示，单击Insert Command 按钮，则会出现“.print tran v(COUT) v(S3) v(S2) v(S1) v(S0)” 。（9）进行模拟：完成指令设定的文件如图2-15 所示，完成设定后开始进行模拟分析。选择 Simulation-Start Simulation命令，或单击按

47、钮，打开Run Simulation对话框，单击Start Simulation 按钮， 则会出现模拟结果的报告窗口Simulation Status，并会自动打开W-Edit 窗口来观看模拟波形图。（10）观察结果： 可在 TSPICE 环境下打开模拟结果报告文件扩展名为OUT 的输出报告文件。（11）在 W-Edit 中观察输出波形，并记录。22名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 48 页 - - - - - - - - - 图 2-14 输出设定 图

48、2-15 设定后的文件 四、思考题1、 写出 T-Spice 电路模拟的工作流程。2、通过 W-Edit 分析全加器输出波形，判断是否各个时间段输出正确。3、通过 W-Edit 分析四位加法器的输出波形，判断是否各个时间段输出正确。五、实验报告要求1、 写出实验题目、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容。2、 附上全加器和四位加法器电路图。3、 记录波形仿真图和信号传输分析。23名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 48 页 - - - - - - - -

49、- 实验三 CMOS反相器的版图设计及其功能验证一、实验目的1、 掌握 CMOS 反相器的版图设计方法。2、 掌握 CMOS 反相器的瞬时分析和直流分析的方法。3、 了解集成电路设计当中的LVS。二、预习要求1、 预习集成电路版图设计规则。2、 掌握运用 T-Spice 进行电路模拟的方法。3、 写出预习报告。三、实验内容及步骤1、 CMOS 反相器电路设计：利用 S-Edit 将 PMOS 和 NMOS 组合成反相器逻辑电路并输出SPICE 文件。反相器输入输出端口的关系如表3-1。表 3-1 反相器输入输出端口 输入输出0 1 1 0 2、利用 T-Spice 进行反相器瞬时分析，操作流程

50、为：24名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 28 页，共 48 页 - - - - - - - - - （1）加工作电源：在S-Edit 中新建 tran-inv.sdb 文件，引用步骤1 中所设计的反相器模块，在反相器模块的Schematic Mode 下，在 Library 列表框中选择Spice 组件库，选取直流电压源 Source_v_dc 作为此电路的工作电源，如图3-1 所示。图 3-1 加载工作电源 （ 2）加入输入信号：在Library列表框中选择Spic