《模拟集成电路设计课程》实验教学大纲.docx

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1、模拟集成电路设计课程实验教学大纲目录模拟集成电路设计课程1一、课程简介2二、课程实验教学的目的、任务与要求2三、实验方式与基本要求2四、实验项目设置2五、教材（讲义、指导书）：3六、实验报告要求3七、考试（考核）方式3八、使用说明3附件：4模拟集成电路设计课程实验项目14模拟集成电路设计课程实验项目27模拟集成电路设计课程实验项目38模拟集成电路设计课程实验项目49模拟集成电路设计课程实验项目510模拟集成电路设计课程实验项目611模拟集成电路设计课程实验项目711模拟集成电路设计课程实验项目813模拟集成电路设计课程实验项目5一、实验项目名称及实验项目编号电流源做负载的共源级放大器设计，05

2、512605二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过本实验使学生掌握设计常用的电流源做负载的共源放大器的方法，掌握单级放大器 的设计方法。四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第三章，单级放大器。五、实验内容设计要求：针对CSMC工艺，设计一个电流源做负载的共源级放大器，电路结构如图3. 14。要求: 输出摆幅在0.3-4. 6V之间,NMOS管的L取lum,PM0S管的L取1. lum, ID=0. 5mA左右,VDD=5V。 仿真得到它的增益。参考结果：电压增益73左右。六、实验方法与步骤按照实验指导书要求开展。1 .参考

3、图3. 14,画出如图所示电流源负载的共源级放大器电路。2 .根据ID,计算M2管子的栅源电压Vb。3 .创建直流仿真电路原理图，使用MDE仿真。4 .创建交流仿真电路原理图，使用MDE仿真。5 .改变NMOS管的宽长比为（50/1）,重新上述仿真。得到什么结论？七、实验要求、本实验由学生单人独立完成。6 、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。模拟集成电路设计课程实验项目6一、实验项目名称及实验项目编号共栅放大器设计，05512606二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实

4、验目的通过本实验使学生掌握设计常用的共栅放大器的方法，掌握单级放大器的设计方法。四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第三章，单级放大器。五、实验内容设计要求：针对CSMC工艺，设计一个共栅放大器，电路结构如图3.40(a)。要求：输出摆幅在 之间，NM0S管的L取lum, PM0S管的L取1. lumNMOS管的W取相同值，PM0S管 的W取相同值，ID=0. 5mA左右，VDD=5VO仿真得到它的电压增益，并与前一个实验所设计 的共源放大器的电压增益比较。参考结果：电压增益最大可达1200。六、实验方法与步骤按照实验指导书要求开展。1 .在自己的设计

5、库中创建图3.40 (a)所示的电路图CG_R,形成symbol。2 .创建相应的测试电路CG_R_testo.接入电源vdd=5V,输入信号vdc,使用MDE仿真电路的直流特性(见仿真图)。Vin= (0.01+1.93) /2=.交流小信号特性仿真七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。模拟集成电路设计课程实验项目7、实验项目名称及实验项目编号共源共栅放大器设计，05512607二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过

6、本实验使学生掌握设计常用的共源共栅结构的放大器的方法，掌握单级放大器的设 计方法。四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第三章，单级放大器。五、实验内容设计要求：针对CSMC工艺，设计一个共源共栅放大器，电路结构如图3. 60.要求：输出摆幅在 之间，NM0S管的L取lum, PMOS管的L取1. lu叫NMOS管的W取相同值，PM0S管 的W取相同值，ID=0.5mA左右，VDD=5V。仿真得到它的电压增益，并与前一个实验所设计 的共源放大器的电压增益比较。参考结果：电压增益最大可达1200。六、实验方法与步骤按照实验指导书要求开展。1、在自己的设计库

7、中创建图3.60所示的电路图CS_CG,形成symbol。2、创建相应的测试电路CS_CG_test。3、接入电源vdd=5V,输入信号vdc,使用MDE仿真电路的直流特性(见仿真图)。4、交流小信号特性仿真将输入信号替换为 vsin(其中 DC = 0. 5V, ACMAG=1, ACPIIASE = O, V0=0. 5V, VA=10m, FREQ=1M, TD=0, THETA=0, PHASE=0),仿真电路的交流小信号特性，计算其增益= 45。思考：M2和M3的B端接哪里?注意：CSMC0.5um工艺是P-subNwell工艺，所有NM0S管的体端相同，PM0S管的 体端可以接S或

8、接VDDo 七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。模拟集成电路设计课程实验项目8一、实验项目名称及实验项目编号差分放大器设计，05512608二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过本实验使学生掌握设计常用的差分放大器的方法，掌握差分放大器的设计方法。四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第四章，差分放大器。五、实验内容设计要求：针对CSMC工艺，设计一个差分放大器，电路结构如图4

9、.32 (b),要求：图中的ISS电 流源用一个饱和区工作的NMOS管实现。要求输出摆幅在2* (0. 8-4. 5V)之间，NMOS管的L 取lum, PMOS管的L取LlumJSS=1mA左右，VDD=5VO仿真得到它的差模转移特性曲线，共 模转移特性曲线，差模电压增益。参考结果：ADM=21 o六、实验方法与步骤按照实验指导书要求开展。1、在自己的设计库中创建差分放大器DM,形成symbol。2、创建相应的测试电路DM_test。3、接入电源vdd=L8V,输入信号vdc,使用MDE仿真电路的直流特性(见仿真图)。4、交流小信号特性仿真将输入信号替换为 vsin(其中 DC = 0. 5

10、V, ACMAG=1, ACPHASE = 0, V0 = 0. 5V, VA=10m, FREQ=1M, TD=0, THETA=0, PHASER),仿真电路的交流小信号特性，计算其增益。七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。课程名称：模拟集成电路设计课程编号:055126英文名称:CMOS Analog Circuit Design课程性质：非独立设课课程属性：专业课应开实验学期：第5学期学时学分：课程总学时-56实验学时一T6课程总学分一-

11、3.5实验学分一-1 实验者类别：本科生适用专业：电子科学与技术先修课程：电路分析基础，模拟电子技术，微电子工艺，集成电路版图设计一、课程简介CMOS模拟集成电路设计课程是电子科学与技术专业（微电子方向）的主干课程，在 教学过程中可以培养学生对在先修课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力和 CMOS模拟集成电路分析、设计能力，掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能，为学 生进一步学习硕士有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。二、课程实验教学的目的、任务与要求通过实验使学生加深对课堂上所学专业知识的认识，通过理论与实践相结合提高学 生的动手能力。要求学生利用集成电路设计EDA软件完

12、成基础电路的性能仿真和版图设 计。三、实验方式与基本要求实验方式：学生一人一机，独立实验，注意记录实验数据与结果分析。基本要求：实验前，学生要认真预习实验任务，了解实验目的和实验内容；实验时, 要认真上机，做好观察分析和记录；实验后，按要求编写实验报告。四、实验项目设置注 翦筵 1.砺2期溜.综的谢闱附5.朝也 翦绣J 1.翱监.专、蜃蛇与必4其&爽凝 1.必修统脂序号实验 编号实验项目名称实验内容提要实验 时数实验 类型实验 类别实验 要求每组 人数101基本门电路设计-电路仿真基本门电路的电路设计和仿真方法2验正型必修1202MOS管的I-V特性曲线仿真MOSFET直流特性仿真方法2验正可

13、必修1303电阻做负载的共源级放大 器设计电阻负载单级放大器的设计方法2验正毡必修14(M二极管连接的MOS做负载的 共源级放大器设计二极管负载单级放大器的设计方法2貂型必修1505电流源做负载的共源级放 大器设计电流源负载单级放大器的设计方法2必修1606共栅放大器设计共栅放大器2必修1707共源共栅放大器设计共源共栅放大器2潞选修1808差分放大器设计差分放大器2绛选修1合计16五、教材（讲义、指导书）：CMOS模拟集成电路实验指导书，校内讲义，电子科学与技术教研室编制。参考书：美毕查德拉扎维著，陈贵灿等译模拟CMOS集成电路设计西安交通大学出版 社，2003年第一版，2012年7月第12

14、次印刷六、实验报告要求每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，典型程序流程图，程序清单，数据结果和分析讨论。七、考试（考核）方式实验的考核由实验指导教师完成，本课程实验由学生单人独立完成，学生的实 验成绩根据实验结果、实验中分析解决问题的能力、课堂纪律、预习情况、操作技能、 数据分析能力等综合评估。基本要求（1）学生在实验前认真预习准备实验。复习教材中相关知识，并根据需要查找资 料。明确实验目的、任务，拟订实验方案，规划流程图。（2）实验中认真分析实验结果，主动解决出现的问题，学会自主调试程序。（3）实验结果进行分析研究，书写实验报告。实验成绩的评定方法：实验成绩=实验过

15、程（60%） +实验报告（40%）八、使用说明本实验教学大纲适用于电子科学与技术专业，按照课堂讲授进度可适当调节实验内 容。附件:模拟集成电路设计课程实验项目1一、实验项目名称及实验项目编号基本门电路设计-电路仿真，05512601二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过本实验使学生掌握基本门电路的电路设计和仿真方法。熟悉熟悉华大九天的设计数据管理结构，以及定制设计的原理图输入、电路仿真、版图设计、 版图验证工具的使用。四、实验原理本实验是基于模拟集成电路设计的环境设置来设计的。本实验的准备知识：Linux系统，模拟集成电路设计的基本概念，集成电路设计EDA平台，本

16、 实验以华大九天的集成电路设计平台为例。注意：学生登录linux系统下，使用user账号登陆。在账户下，创建一个以个人姓名为名的的 文件夹，以后的个人文档都保存在该目录下。不允许随便删除和拷贝机器内的其它文件。五、实验内容本实验要求完成一个CMOS反相器的电路设计。基于CSMC35nls_2013工艺，完成一个具有逻辑反 相功能的电路。设计要求如下：1、反相器的逻辑阈值在Vdd/2附近，即噪声容限最大2、反相器的版图高度限制为24微米，电源和地线宽度各为2微米3、反相器宽度限制为mos器件不折栅4、为了给顶层设计留出更多的布线资源，版图中只能使用金属1和多晶硅作为互连线，输入, 输出和电源、地

17、线等pin脚必须使用金属15、版图满足设计规则要求，并通过LVS检查6、为了满足以后复杂门电路设计的需要，要求反相器版图满足上、下、左、右并置排列的时候 不违反设计规则。六、实验方法与步骤1、设计过程1）设置华大九天环境2）启动 Aether3）建立自己的设计库4) 用 Schematic Editor 画电路图5)在MDE中进行电路仿真6)用 Layout Editer 画版图7)利用Aeolus工具进行版图验证和提取2、根据实验指导书，完成上述所有实验内容。(-)熟悉设计环境1)在本地目录中建立自己的工作目录，名称为姓名缩写加上学号后四位，例如js04592) Hes目录为我们的设计目录，

18、以后所有的设计均放在该目录中3)将设计数据包CSMC2013目录拷贝到自己的工作目录，可以用命令行cp命令，也可以用 copy-paste 操作4)利用gzip -d命令将设计数据解压，利用tar -xvf命令将数据解包，输入文件名的 过程中按esc键可以帮助自动完成相关输入5) 数据包 中包括 CSMC_O. 35um Design _kit_2013 , BandGap 等 目录，其中的 CSMC_0. 35um_Design_kit_2013 为主要的 PDK 库，该目录下的 CSMC35ms_2013 中的 csmc351ib为设计库。(二)工艺环境1)本课程中面向的工艺为无锡华润上华

19、CSMC公司的0.35UU1CM0S双层多晶硅三层金属的混 合信号工艺。2) CSMC35MS_2013目录中为定制设计用库文件：3) doc目录中为工艺描述和设计规则文件，以及PDK包的说明文件，版图设计过程中我们 可以参考design rule文件中的设计规则CSMC35nls_2013中的csmc351ib目录中为PDK包，也就是模拟单元库，包括mos器件的 pcell和工艺库等4) spice_model目录中为器件模型文件，hm3524nl020025vl32. lib为我们设计中使用的MDE 仿真器用模型参数文件verify中为各种规则检查文件，包括drc版图检查文件、Ivs以及r

20、ce、antenna文件 等。5) tel中为PDK包中的脚本源程序，版图输入和输出图层控制文件TF中为版图设计工艺和显示文件6) 一般来说，我们只是使用这些文件，而不需要修改，也不要把设计数据放入这些目录七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。模拟集成电路设计课程实验项目2一、实验项目名称及实验项目编号MOS管的V特性曲线仿真，05512602二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过本实验使学生掌握使用NM0S管和PM0

21、S管的IDS-VDS(VGS取不同值)曲线、IDS-VGS (VDS取不同值)曲线仿真，掌握MOSFET直流特性仿真方法四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第二章，MOS器件基础。直流分析：包括静态工作点分析以及参数扫描分析。静态点分析可由默认的。P分析完 成。参数扫描是分析电路某个参数随电路中某个直流参数变化而变化的一种分析。在该窗口 中，可以选择扫描参数的类型、选择要扫描的参数、确定该扫描参数的扫描范围以及扫描步 长。瞬态响应分析：主要是分析电路的性能随着时间如何改变。在该类型分析中，只需要确 定开始时间、终止时间以及时间步长。交流分析：分析电路的

22、性能与交流激励源的频率之间的关系。采用该分析类型时，电路 图中必须包含有至少一个交流源。首先要确定扫描的类型，提供类型依次为频率线性增加、 频率八倍程增加、频率十倍程增加和点选；其次需要确定每步长中选取的点的个数；最后, 需要确定扫描的开始频率和终止频率。噪声分析：只需要确定输出的节点和确定源即可。工作点分析：返回器件的工作状态。五、实验内容1、要求：而0$管的盯上5011川/0.511小孑凶05管的“,儿二501101/0.51101；0)。=5丫，| VDS | =5V2、以NMOS管为例，要求仿真 IDS-VDS 曲线，分别令 VGS 取 0.2V, 0. 6V, 0. 8V, IV,

23、2V, 3V, 4V, 5V,仿真IDS-VDS曲线，并与理论结果对比验证。(1) 仿真 IDS-VGS 曲线，分别令 VDS 取 0.2V, 0. 6V, 0. 8V, IV, 2V, 3V, 4V, 5V,仿真IDS-VGS曲线，并与理论结果对比验证。(2) 可将仿真结果导出到excel中，画出整体验证曲线。六、实验方法与步骤按照实验指导书要求开展。七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。模拟集成电路设计课程实验项目3一、实验项目名称及实验项目编

24、号电阻做负载的共源级放大器设计，05512603二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过本实验使学生掌握设计常用的电阻做负载的共源放大器的方法，掌握单级放大器的 设计方法。四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第三章，单级放大器，以电阻为负载的共源级放大器设计。五、实验内容针对CSMC工艺，设计一个电阻做负载的共源级放大器，电路结构如图3. 3,其中NMOS 管的W/L=50/0. 5, RD=2KQ。分别仿真它的大信号直流特性和交流小信号特性，计算其增益。尝试改变M0S管的W/L, RD的值，观察其对增益的影响。六、实验方法

25、与步骤按照实验指导书要求开展。1、创建电路原理图2、创建符号图,形成symbol3、创建相应的测试电路cs_R test。4、直流特性仿真：5、交流特性仿真七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。模拟集成电路设计课程实验项目4一、实验项目名称及实验项目编号二极管连接的MOS做负载的共源级放大器设计，05512604二、课程名称及课程编号模拟集成电路设计，055126三、实验目的通过本实验使学生掌握设计常用的二极管连接的MOS负载的共源放大器的方法，掌

26、握单 级放大器的设计方法。四、实验原理本实验是基于华大集成电路设计平台和模拟集成电路设计原理设计的。教材第三章，单级放大器，采用二极管连接的负载的共源级电路。五、实验内容设计要求：针对CSMC工艺，设计一个PMOS二极管连接形式为负载的共源级放大器，电路结构如图 3. 12；一个以NM0S二极管连接形式为负载的共源级电路，如图3. 9O要求:输出摆幅在0. 3-4. 6V之间，NMOS管的L取lum, PM0S管的L取L lum, ID=0. 5mA 左右，VDD=5Vo仿真得到它的增益。六、实验方法与步骤按照实验指导书要求开展。1、以PMOS二极管连接形式为负载的CS放大器2、以NMOS二极管连接形式为负载的CS放大器，电路如图3.9.3、对比NMOS二极管连接形式和PMOS二极管连接的两种电路形式的仿真结果，有何发 现？七、实验要求1、本实验由学生单人独立完成。2、每个实验均按统一格式编写实验报告。实验报告内容包括：实验要求，实验项目，数据结果和分析讨论。八、场地、设备与器材信电学院集成电路设计实验室。