数字集成电路设计实验分析报告

哈尔滨理工大学

数字集成电路设计实验报告

学院：应用科学学院

专业班级：电科12 - 1班

学号：32

姓名：周龙

指导教师：刘倩

2015年5月20日

实验一、反相器版图设计

1.实验目的

1）、熟悉mos晶体管版图结构及绘制步骤；

2）、熟悉反相器版图结构及版图仿真；

2. 实验内容

1）绘制PMOS布局图；

2）绘制NMOS布局图；

3）绘制反相器布局图并仿真；

3. 实验步骤

1、绘制PMOS布局图：

(1) 绘制N Well图层；(2) 绘制Active图层； (3) 绘制P Select图层； (4) 绘制Poly 图层； (5) 绘制Active Contact图层；(6) 绘制Metal1图层； (7) 设计规则检查；(8) 检查错

误； (9) 修改错误； (10)截面观察；

2、绘制NMOS布局图：

(1) 新增NMOS组件；(2) 编辑NMOS组件；(3) 设计导览；

3、绘制反相器布局图：

(1) 取代设定；(2) 编辑组件；(3) 坐标设定；(4) 复制组件；(5) 引用nmos组件；(6) 引用pmos组件；(7) 设计规则检查；(8) 新增PMOS基板节点组件；(9) 编辑PMOS基板节点组件；

(10) 新增NMOS基板接触点； (11) 编辑NMOS基板节点组件；(12) 引用Basecontactp组件；(13) 引用Basecontactn组件；(14) 连接闸极Poly；(15) 连接汲极；(16) 绘制电源线；(17) 标出Vdd 与GND节点；(18) 连接电源与接触点；(19) 加入输入端口；(20) 加入输出端口；(21) 更改组件名称；(22) 将布局图转化成T-Spice文件；(23) T-Spice模拟；

4. 实验结果

nmos版图

pmos版图

反相器的版图

反相器的spice文件

反相器的仿真曲线

5.实验结论

通过对仿真曲线的分析，当输入为高电平时，输出为低电平；当输入为低电平时，输出为高电平。所以通过版图仿真曲线的分析，我们所绘制的版图具有反相器的功能。

实验二、反相器的电路设计

1. 实验目的：

1、熟悉静态互补反相器电路；

2、掌握反相器静态及瞬态测试方法；

3、了解晶体管尺寸大小对反相器性能的影响。

2. 实验内容：

1、绘制反相器电路图；

2、反相器瞬时分析；

3、反相器直流分析；

4、观察晶体管宽长比对VTC曲线的影响；

5、观察电源电压比对VTC曲线的影响。

3. 实验步骤：

1、绘制反相器电路图：

(1) 编辑模块；(2) 从组件库引用模块；(3) 编辑反相器；(4) 加入联机；(5) 加入输入端

口与输出端口；(6) 建立反相器符号；(7)加入输入端口与输出端口；(8) 更改模块名称；(9)

输出成SPICE文件；

2、反相器瞬时分析：

(l) 复制inv模块；（2）打开inv模块；(3) 加入工作电源； (4) 加入输入信号；(5) 更改模块名称；（6）输出成SPICE文件（7）加载包含文件； (8)分析设定（9）输出设定；(10)进行模拟；(11)观看结果；(12)分析结果；(13)时间分析；(14) 进行模拟；(15) 观看时间分

析结果；

（16）测试上升时间（tr）、从输入到输出的延迟（tpHL，tpLH），并手工计算反相器的门延

迟tp。

（17）选中反相器当中的nmos或者pmos晶体管，选择Edit---Edit Object命令，按（18）中的要求修改Properties中晶体管的宽度W，保存后重新进行反相器的瞬态分析，并测量输出的下降延迟（tf）、上升时间（tr）、从输入到输出的延迟（tpHL，tpLH），并计算反相器的门延迟tp。观察晶体管大小改变后对延迟的影响。另：晶体管的宽度W也可以在文件中直接

改变M1或者M2描述语句中W后的数值。

（18）晶体管宽度W修改要求：示例中nmos晶体管M1和pmos晶体管M2大小相同，长L=2，宽W=22。修改时要求（I）修改pmos晶体管M2的宽度，nmos晶体管M1大小保持不变，使得M1

（II）修改nmos晶体管M1的宽度，pmos晶体管M2大小保持不变，使得M1> M2。

3、反相器直流分析：

(1) 复制inv模块；(2) 打开inv模块；(3)加入工作电源； (4)加入输入信号（5）更改模块

名称；（6）编辑Source v dc对象；(7) 输出成SPICE文件；(8) 加载包含文件；(9)分析设定；(10)输出设定；(11)进行模拟；（12）观看结果；

4、观察晶体管宽长比对VTC曲线的影响：

选中反相器当中的nmos或者pmos晶体管，选择Edit---Edit Object命令，按要求修改Properties中晶体管的宽度W，保存后重新进行反相器的扫描分析，观察晶体管大小改变后对VTC曲线的影响。另：晶体管的宽度W也可以在文件中直接改变M1或者M2描述语句中W后的

数值。

晶体管宽度W修改要求：示例中nmos晶体管M1和pmos晶体管M2大小相同，长L=2，宽W=22。

修改时要求（I）修改pmos晶体管M2的宽度，nmos晶体管M1大小保持不变，使得M1 M2。

5、观察电源电压比对VTC曲线的影响：

修改电源电压vvdd的电压值，查看电源电压改变对VTC曲线的影响。

4. 实验结果

反相器的电路图

加入输入电压信号及反相器的spicce文件

反相器的仿真曲线

分析：通过上图的仿真曲线，我们可以看到，当输入为高电平时，其输出为低电

平，当输入为低电平的时候，其输出为高电平，显然满足我们所要求的反相器功

能。

反相器的瞬时分析

spice文件中加入时间分析语句以及其仿真曲线

out文件分析

分析：下降时间fall time为; 上升时间rise time 为;

TPHL= ; TPLH=;

TP =(TPHL+TPLH)=

1)spice文件和out文件分析

分析：下降时间fall time为; 上升时间rise time 为;

TPHL=; TPLH=;

TP =(TPHL+TPLH)=

1）pice文件和out 文件分析

分析：下降时间fall time为; 上升时间rise time 为;

TPHL=; TPLH=;

TP =(TPHL+TPLH)=