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微电子电路

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微电子电路

2024-07-10 14:12| 来源: 网络整理| 查看: 265

任务1：

对一级反相器，调整其宽度或长度得到相等的上升及下降时间，即TR=TF。其中宽度可调整的范围是4-100um，栅长可调整的范围是2-10um： SPICE网表：

*Inverter change L for TF=TR .options post=2 list .param width=4u*定义变量 M1 2 1 3 3 MP L=2u W=width*宽度可变 M2 2 1 0 0 MN L=2u W=4u VDD 3 0 DC 5V VIN 1 0 pulse 0 5 0n 10n 10n 90n 200n*输入高电平为5V，低电平为0V，0延时，上升延时为10ns，下降延迟为10ns，脉冲宽度为90ns，周期为200ns的信号 CL 2 0 0.1pF*输出端连接一个1pf的电容 .MODEL MP PMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10 +NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05 +GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214 +UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U +LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001 +NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10 +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04 +MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.7000) .MODEL MN NMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10 +NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05 +GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555 +UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U +LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1 +NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10 +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04 +MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.8000) .TRAN 1n 1u sweep width 4u 100u 0.5u*扫描宽度，在4u到100u之间以0.5u为步长变化 .MEASURE TRAN vmax MAX V(2) FROM 150n TO 250n*测量变量vmax，其值为V2从150ns到250ns中的最大值 .MEASURE TRAN vmin MIN V(2) FROM 150n TO 250n*测量变量vmin，其值为V2从150ns到250ns中的最小值 .MEASURE TRAN Trise TRIG V(2) val='0.1*(vmax-vmin)+vmin' TD=150ns RISE=1 TARG V(2) val='0.9*(vmax-vmin)+vmin' RISE=1*测量变量trise，其值为V2从0.1*(vmax-vmin)+vmin上升到0.9*(vmax-vmin)+vmin所用的时间 .MEASURE TRAN Tfall TRIG V(2) val='0.9*(vmax-vmin)+vmin' TD=150ns FALL=1 TARG V(2) val='0.1*(vmax-vmin)+vmin' FALL=1*测量变量trise，其值为V2从0.9*(vmax-vmin)+vmin下降到0.1*(vmax-vmin)+vmin所用的时间 .END 任务2：

对一级反相器，调整其宽度或长度得到最小延迟时间。其中宽度可调整的范围是4-100um，栅长可调整的范围是2-10um。TD=(TPHL+TPLH)/2： SPICE网表：

*Inverter change L for TF=TR .options post=2 list .param width=4u*定义变量 M1 2 1 3 3 MP L=2u W=width*宽度可变 M2 2 1 0 0 MN L=2u W=4u VDD 3 0 DC 5V VIN 1 0 pulse 0 5 0n 10n 10n 90n 200n*输入高电平为5V，低电平为0V，0延时，上升延时为10ns，下降延迟为10ns，脉冲宽度为90ns，周期为200ns的信号 CL 2 0 0.1pF*输出端连接一个1pf的电容 .MODEL MP PMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10 +NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05 +GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214 +UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U +LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001 +NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10 +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04 +MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.7000) .MODEL MN NMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10 +NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05 +GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555 +UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U +LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1 +NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10 +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04 +MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.8000) .TRAN 1n 1u sweep width 4u 100u 0.5u*扫描宽度，在4u到100u之间以0.5u为步长变化 .MEASURE TRAN vmax1 MAX V(1) FROM 150n TO 250n*测量变量vmax1，其值为V1从150ns到250ns中的最大值 .MEASURE TRAN vmin1 MIN V(1) FROM 150n TO 250n*测量变量vmin1，其值为V1从150ns到250ns中的最小值 .MEASURE TRAN vmax2 MAX V(2) FROM 150n TO 250n*测量变量vmax2，其值为V2从150ns到250ns中的最大值 .MEASURE TRAN vmin2 MIN V(2) FROM 150n TO 250n*测量变量vmin2，其值为V2从150ns到250ns中的最小值 .MEASURE TRAN TPHL TRIG V(1) val='0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1' TD=150ns RISE=1 TARG V(2) val='0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2' FALL=1*测量变量tphl，其值为从V1等于0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1到V2等于0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2所用的下降时间 .MEASURE TRAN TPLH TRIG V(1) val='0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1' TD=150ns FALL=1 TARG V(2) val='0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2' RISE=1*测量变量tplh，其值为从V1等于0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1到V2等于0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2所用的上升时间 .END

*改进，从宽度变化改到长度变化 SPICE网表：

*Inverter change L for TF=TR .options post=2 list .param length=2u*定义变量 M1 2 1 3 3 MP L=length W=4u*长度可变 M2 2 1 0 0 MN L=2u W=4u VDD 3 0 DC 5V VIN 1 0 pulse 0 5 0n 10n 10n 90n 200n*输入高电平为5V，低电平为0V，0延时，上升延时为10ns，下降延迟为10ns，脉冲宽度为90ns，周期为200ns的信号 CL 2 0 0.1pF*定义一个1pf的电容连在输出端 .MODEL MP PMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10 +NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05 +GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214 +UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U +LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001 +NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10 +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04 +MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.7000) .MODEL MN NMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10 +NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05 +GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555 +UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U +LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1 +NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10 +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04 +MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.8000) .TRAN 1n 1u sweep length 2u 10u 0.5u*扫描长度，在2u到10u之间以0.5u为步长变化 .MEASURE TRAN vmax1 MAX V(1) FROM 150n TO 250n*测量变量vmax1，其值为V1从150ns到250ns中的最大值 .MEASURE TRAN vmin1 MIN V(1) FROM 150n TO 250n*测量变量vmin1，其值为V1从150ns到250ns中的最小值 .MEASURE TRAN vmax2 MAX V(2) FROM 150n TO 250n*测量变量vmax2，其值为V2从150ns到250ns中的最大值 .MEASURE TRAN vmin2 MIN V(2) FROM 150n TO 250n*测量变量vmin2，其值为V2从150ns到250ns中的最小值 .MEASURE TRAN TPHL TRIG V(1) val='0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1' TD=150ns RISE=1 TARG V(2) val='0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2' FALL=1*测量变量tphl，其值为从V1等于0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1到V2等于0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2所用的下降时间 .MEASURE TRAN TPLH TRIG V(1) val='0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1' TD=150ns FALL=1 TARG V(2) val='0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2' RISE=1*测量变量tplh，其值为从V1等于0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1到V2等于0.5*(vmax2-vmin2)+vmin2所用的上升时间 .END 电路仿真结果-基础部分

任务一：文件中的测量值：由于我们对于每一个不同的宽度都会进行一次测量，所以说会有(100-4)*2=192种测量结果，下面选取其中一种：在这里插入图片描述可以看到，这次的测量结果为：输出电压最大值为5.019V，在第201.9973ns 输出电压最小值为-5.7984mV，在第213.0796ns 上升时间为2.6161ns，从第302.6140ns开始，到第305.230ns结束下降时间为5.0131ns，从第205.2794ns开始，到第210.2925ns结束

而我们得到的时间图像如下，横坐标为宽度的变化：在这里插入图片描述

任务二：文件中的测量值：由于我们对于每一个不同的宽度都会进行一次测量，所以说会有(100-4)*2=192种测量结果，下面选取其中一种：在这里插入图片描述可以看到，这次的测量结果为：输入电压最大值为5V，在第210ns 输入电压最小值为0V，在第150ns 输出电压最大值为5.019V，在第201.9973ns 输出电压最小值为-5.7984mV，在第213.0796ns 上升延迟时间为3.1896ns，从第205ns开始，到第208.1896ns结束下降延迟时间为-791.0695ps，从第305ns开始，到第304.2089ns结束

而我们得到的图像如下，横坐标为宽度在这里插入图片描述任务二-改进：修改为长度可变，就可以看到ppt上的图像: 可以看到和ppt一样，tplh是一条上升的折线，tphl是一条近乎平直的折线同理，可以解释其中的测量结果：可以看到，这次的测量结果为：输入电压最大值为5V，在第210ns 输入电压最小值为0V，在第150ns 输出电压最大值为5.1178V，在第201.6935ns 输出电压最小值为-179.3631mV，在第250.0000ns 上升延迟时间为736.0688ps，从第205ns开始，到第205.7361ns结束下降延迟时间为8.3864s，从第305ns开始，到第313.3864ns结束

实验结果分析

任务一：调整其宽度或长度得到相等的上升及下降时间，即TR=TF。两条曲线的交点即为TR=TF时的情况。

任务二：对一级反相器，调整其宽度或长度得到最小延迟时间。在这里插入图片描述一开始的情况即为最小延迟时间对应时的情况。上升延迟时间：tPLH输出信号下降到V50%的时间减去输入信号上升到V50%的时间下降延迟时间：tPHL输出信号上升到V50%的时间减去输入信号下降到V50%的时间空穴迁移率约为电子的40% 平均延迟时间：上升延迟时间+下降延迟时间/2 MOS工艺中，将最小晶体管尺寸设为(W/L)=2/1

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