Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА # 1 (4 часа)
ИССЛЕДОВАНИЕ КМОП ИНВЕРТОРА
1. Цель работы
2. Лабораторные задания
2.1. (INV) схема и входные файлы КМОП инвертора.
|
IN Z 0 1 1 0 |
Подложка n-МОП транзистора подключена к VSS
Подложка p-МОП транзистора подключена к VDD
Рис. 1.1. Условный знак инвертора, электрическая схема, таблица истинности и виды входного и выходного сигналов
2.1.2. Получить описание схемы (inv.netl файл) и расположить его по следующему адресу:
/student_lab/digital_ic/variant_val/...
2.1.3. Необходимые входные файлы для моделирования.
Для входных файлов принять:
2.1.3.1. Необходимый входной файл для для КМОП инвертора, используемый для измерения уровня напряжения точки переключения в переходном режиме с применением программного средства схемотехнического моделирования HSpice, следующий:
*Inverter
*Threshold Voltage
* HSPICE Netlist
.options POST=1 parhier=local
* Models section
* Include models
.include '/student_lab/digital_ic/all_models/model_val'
* Design variables section
* Define parameters
.param vdd = VDD_val
.temp Temp_val
* Structural netlist section
.include '/student_lab/digital_ic/variant_val/inv.netl'
vvss vss gnd dc=0
vvdd vdd gnd dc='vdd'
vin in gnd dc=0
cload z gnd LOAD_val
* Analysis section
* DC Analyses
.dc vin 0 vdd 0.01
.probe v(*) i(*)
*Measures
.meas dc vthr_in_out find v(in) when v(in)=v(z) td=0.1
*Options
.option post probe
.option autostop
.end
2.1.3.2. Необходимый входной файл для КМОП инвертора, используемый для измерения задержек и времени переключения в переходном режиме с применением программного средства схемотехнического моделирования HSpice, следующий:
|
*Inverter *Propagation Delay, Transition Time * HSPICE Netlist .options POST=1 parhier=local * Models section * Include models .include '/student_lab/digital_ic/all_models/model_val' * Design variables section * Define parameters .param vdd = VDD_val .param tr=TR_val .param freq=FREQ_val .param per='1/freq' .param tst='0.5*per' .temp Temp_val * Structural netlist section .include '/student_lab/digital_ic/variant_val/inv.netl' vvss vss gnd dc=0 vvdd vdd gnd dc='vdd' vin in vss pulse vdd 0 ‘tst’ tr tr ‘0.5*per-tr’ per cload z gnd LOAD_val * Analysis section * Transient Analyses .tran ‘0.01*tr’ ‘2*per’ .probe v(*) i(*) *Measures ***Propagation Delay .meas tran tplh_in_ z trig v(in) val='0.5*vdd' fall=1 targ v(z) val='0.5*vdd' rise=1 .meas tran tphl_in_ z trig v(in) val='0.5*vdd' rise=1 targ v(z) val='0.5*vdd' fall=1 ***Transition Time .meas tran ttrlh_in_ z trig v(z) val='0.1* vdd ' rise=1 targ v(z) val='0.9* vdd ' rise=1 .meas tran ttrhl_in_ z trig v(z) val='0.9* vdd ' fall=1 targ v(z) val='0.1* vdd ' fall=1 *Options .option post probe .option autostop .end |
2.2.1. Составить схему моделирования кольцевого генератора для получения передаточных характеристик и характеристик по напряжению (рис. 1.2).
Подложки n-МОП транзисторов подключены к VSS
Подложки p-МОП транзисторов подключены к VDD
Рис. 1.2. Условный знак кольцевого генератора, элекрическая схема и виды входного и выходного сигналов
2.2.2. Получить описание схемы (inv_ring.netl файл). Построить схему на основе уже полученной схемы инвертора, используя понятие подсхемы и расположить его по следующему адресу:
/student_lab/digital_ic/variant_val/...
Пример схемы кольцевого генератора, составленного из 3-х инверторов:
*.SUBCKT inv I ZN
MM1 VSS I ZN VSS NMOS L=0.09U W=0.2U
MM2 VDD I ZN VDD PMOS L=0.09U W=0.5U
*.ENDS inv
xu1 Z Z1 inv
xu2 Z1 Z2 inv
xu3 Z2 Z inv
2.2.3. Входные файлы, необходимые для моделирования.
Для входных файлов принять:
2.2.3.1. Необходимый входной файл для кольцевого генератора, используемый для измерения задержек в переходном режиме с применением программного средства схемотехнического моделирования HSpice, следующий:
*Inverter Chain
*Propagation Delay
* HSPICE Netlist
.options POST=1 parhier=local
* Models section
* Include models
.include '/student_lab/digital_ic/all_models/model_val'
* Design variables section
* Define parameters
.param vdd = VDD_val
.param tr=TR_val
.param freq=FREQ_val
.param per='1/freq'
.param tst='0.5*per'
.param wwp=0.75u
.param wwn=0.35u
.param A=1
.temp Temp_val
* Structural netlist section
.include '/student_lab/digital_ic/variant_val/inv_chain.netl'
vvss vss gnd dc=0
vvdd vdd gnd dc='vdd'
vin in vss pulse vdd 0 ‘tst’ tr tr ‘0.5*per-tr’ per
cload z gnd 80f
* Analysis section
* Transient Analyses
.tran ‘0.01*tr’ ‘2*per’ sweep a 1 7 0.1
.probe v(*)
*Options
.option post probe
.option autostop
.end
2.3.1. Составить схему моделирования цепи инверторов для получения передаточных характеристик (рис. 1.3).
Подложки n-МОП транзисторов подключены к VSS
Подложки p-МОП транзисторов подключены к VDD
Рис. 1.3. Условный знак цепи инверторов, элекрическая схема и виды входного и выходного сигналов
Таблица 1.1. Размеры транзисторов в цепи инверторов
|
Транзистор |
W, (мкм) |
L, (мкм) |
|
MP0 |
0.75 |
0.09 |
|
MN0 |
0.35 |
0.09 |
|
MP1 |
‘0.75* A’ |
0.09 |
|
MN1 |
‘0.35 * A’ |
0.09 |
|
MP2 |
‘0.75 * A* A’ |
0.09 |
|
MN2 |
‘0.35 * A* A’ |
0.09 |
|
MP3 |
‘0.75 * A* A* A’ |
0.09 |
|
MN3 |
‘0.35 * A* A* A’ |
0.09 |
2.3.2. Получить описание схемы (inv_chain.netl файл). Построить схему на основе уже полученной схемы инвертора, используя понятие подсхем (subcircuit) и расположить его по следующему адресу:
/student_lab/digital_ic/variant_val/...
2.3.3. Входные файлы, необходимые для моделирования.
Для входных файлов принять:
*Inverter Chain
*Propagation Delay
|
* HSPICE Netlist .options POST=1 parhier=local * Models section * Include models .include '/student_lab/digital_ic/all_models/model_val' * Design variables section * Define parameters .param vdd = VDD_val .param tr=TR_val .param freq=FREQ_val .param per='1/freq' .param tst='0.5*per' .param wwp=0.75u .param wwn=0.35u .param A=1 .temp Temp_val * Structural netlist section .include '/student_lab/digital_ic/variant_val/inv_chain.netl' vvss vss gnd dc=0 vvdd vdd gnd dc='vdd' vin in vss pulse vdd 0 ‘tst’ tr tr ‘0.5*per-tr’ per cload z gnd 80f * Analysis section * Transient Analyses .tran ‘0.01*tr’ ‘2*per’ sweep a 1 7 0.1 .probe v(*) i(*) *Options .option post probe .option autostop *Measures ***Propagation Delay .meas tran tplh_in_ z trig v(in) val='0.5*vdd' rise=1 targ v(z) val='0.5*vdd' rise=1 .meas tran tphl_in_ z trig v(in) val='0.5*vdd' fall=1 targ v(z) val='0.5*vdd' fall=1 .meas tran tp_in_z param=’(tplh_in_z+tphl_in_z)/2’ .end |
3. Порядок выполнения работы
3.1. Исследование КМОП инвертора с помощью моделирования.
3.1.1. Принимая LOAD_val = 0, получить передаточную характеристику по напряжению, задавая на входе напряжения 0 ... VDD_val (Таблица 8, пункт 1).
3.1.2. Принимая LOAD_val = 0, определить значение уровня напряжения точки переключения (Рис. 1.1).
3.1.3. Принимая LOAD_val = 0, получить виды входного и выходного сигналов, измерить задержки tpHL, tpLH (Таблица 9, пункт 3,4).
3.1.4. Выполнить пункт 3.1.3, принимая LOAD_val = Cload.
3.2. Исследование кольцевого генератора с помощью моделирования.
3.2.1. Получить вид выходного сигнала кольцевого генератора, измерить продолжительность фронтов и частоту сигнала.
а) времена нарастания и спада
б) частоту.
а) зависимость задержки цепи инверторов от параметра А
б) значение параметра А при минимальной задержке.
4. Обработка результатов лабораторной работы
4.1. КМОП инвертор.
4.1.1. Сравнить измеренные с помощью моделирования значения уровней напряжений точек переключения с расчетными значениями.
Можно использовать следующую формулу:
а) LOAD_val = Cload
б) LOAD_val = Cload/4
Можно использовать следующую формулу:
,
,
где выходные емкости (Coutp и Coutn ) и выходные сопротивления (Rp и Rn) определяются следующими формулами:
и
и
где:
и
Можно использовать следующую формулу:
где: n – количество инверторов в кольцевом генераторе,
tp среднее значение задержки инвертора рассчитанное выше в пункте 4.1.2. (tP=(tPLH+tPHL)/2), когда емкостная нагрузка равна Cload/4.
4.3.1. При минимальной задержке, сравнить значение параметра А, измеренного посредством моделирования с расчетными значениями.
Можно использовать следующую формулу:
,
где:
Необходимые данные для вычислений взять из таблицы 6.
Результаты измерений, полученные посредством моделирования, заполнить в таблицу 7.
5. Отчет
Отчет должен содержать: