集电课程设计实验指导书-实验二 反相器原理图性能仿真

实验二反相器原理图性能仿真目录1实验目的2瞬态仿真3熟悉CADENCE模拟仿真环境下波形显示窗口界面4学会使用波形计算器5直流仿真6交流仿真1实验目的本实验主要介绍使用模拟仿真器进行几种常用的仿真，包括瞬态仿真，直流仿真和交流仿真。本实验直接使用在实验一创建的反相器，所以要求完成实验一后才能开始本次实验。2瞬态仿真从ICLABS文件夹中启动CADENCE，进入到LIBRARYMANAGER，在ICLAB1库中创建一个新的原理图CELLVIEW，取名为INVERTERSIM如下图所示瞬态仿真反映输出与时间的关系。使用VIRTUOSO原理图编辑器创建如下图所示电路，其中的反相器符号是在实验一创建的，它位于ICLAB1库中，而直流源和脉冲信号源则位于NCSU_ANALOG_PART库中的VOLTAGE_SOURCES分类栏目中。名称分别为VDC和VPULSE。其中直流源的直流电压设为5V，脉冲信号源的详细参数设置如下图检查并保存刚创建的原理图，点击TOOLSANALOGENVIRONMENT打开仿真环境窗口。首先需要选择仿真器，点击SETUPSIMULATOR/DIRECTORY/HOST选择SPECTRES仿真器，如下图之所以选择SPECTRES仿真器是因为我们关联的工艺库中器件模型是按照SPECTRES仿真器要求的格式建立的，选定它后模拟设计环境界面将看上去如下图现在即可开始瞬态仿真，点击ANALYSESCHOOSE打开一对话窗，按下图完成。现在还需要点击SETUPMODELPATH来确认模型所在的路径，如下图设置完成后的模拟仿真环境界面如下点击绿色交通灯图标开始仿真，若仿真有错则会在CIW窗口中显示，若仿真成功，则可点击菜单RESULTSDIRECTPLOTTRANSIENTSIGNAL，然后会自动进入到仿真电路原理图编辑器，并在窗口底部提示要求你选择要观察电路中哪些节点的波形，本次实验只需选择反相器输入输出端两个节点。这些节点会被标示出来，按ESC键退出选择并自动打开波形显示窗口。上面的图形是将输入输出波形重叠显示出来的，你若不习惯这种模式，可按STRIPCHARTMODE图标（菜单下顺数第四个图标）即可得到以下显示模式。3熟悉CADENCE模拟仿真环境下波形显示窗口界面首先要熟悉ZOOM功能。对于ZOOM来说，掌握ZOOMIN和ZOOMFIT就够用了。最方便的ZOOMIN方法就是在需要放大的位置单击鼠标右键，拖动鼠标形成一个矩形窗口，位于窗口内的部分将被放大。可以用这种方法将放大的部分继续放大。若要回到原始大小，只需按F键即可。比如说要求出波形的上升和下降时间，我们需要将波形的上升沿和下降沿位置部分放大，下图即显示了这样一个部分。为了计算上升时间，需要定义上升沿的起始点位置，我们可以通过放置两个MARKER来定义，点击菜单MARKERPLACEVERTMARKER，点击输出波形的合适位置放置起始终止MARKER。4学会使用波形计算器计算器工具的使用。计算器是基于堆栈操作的，也就是说先把要进行操作的数据放在堆栈上，然后选择要进行的操作。操作一般是指对数据进行某种函数运算，计算器提供了大量的函数，它们显示在函数的窗口中。我们可以使用特殊函数RISETIME来计算上升下降时间，点击CALCULATOR图标打开计算器，选中WAVE，然后在波形显示窗口选中输出曲线，此时计算器对话框应显示如下在函数窗口中点击RISETIME，在打开的窗口中INITIALVALUETYPE和FINALVALUETYPE选Y，初始值和最终值按MARKER位置显示的数值键入，在此即为初始值7939N，最终值5。点击OK，再点击EVAL即可得到上升时间的计算结果5031221585679894E10。下降时间的计算也是使用RISETIME函数，不同之处在于MARKER的起始位置应定义在输出曲线的下降沿部分，见下图。在调用RISETIME函数时此时键入的起始值会大于最终值。点击OK，再点击EVAL即可得到下降时间的计算结果481352255997493E10。计算传输延迟它定义为输出50相对于输入50的时间间隔。我们利用特殊函数DELAY对其进行计算。点击WAVE，先选输出曲线，再选输入曲线（注意先后次序），这表示输出相对于输入的延迟，否则就反过来了，延迟会为负值。再点击DELAY函数，阈值键入25，它表示工作电压的50，边沿数保留默认值1，见图。点击OK，再点击EVAL即可得到传输延迟的计算结果158208656288133E10。5直流仿真直流仿真即求出电压传输特性（VTC），它是输出电压对应于输入电压的变化规律。我们需要对反相器的输入端进行0到5V的直流扫描。在ANALOGDESIGNENVIRONMENT环境下点击ANALYSESCHOOSEDC，选择COMPONENTPARAMETER，再点击SELECTCOMPONENT，在原理图编辑器中选中和反相器输入端连在一起的电压源，弹出一对话窗，选中DC，点击OK，如图回到ANALOGDESIGNENVIRONMENT环境下再次点击ANALYSESCHOOSE，在弹出的窗口中相关位置输入参数。START处填0，STOP处填5。SWEEPTYPE选AUTOMATIC点击OK，回到ANALOGDESIGNENVIRONMENT环境下，此时在ANALYSES栏目下DC分析可见。设置好DC扫描分析后，余下的操作和瞬态仿真一样。需要点击绿色交通灯图标开始仿真，结束后点击RESULTSDIRECTPLOT显示波形。你仍然需要选择要观察波形的节点，在此需要选择输入和输出。最后的VTC波形应看上去如下图所示利用计算器中的特殊函数CROSS函数计算反相器的阈值电压，操作步骤与求上升时间相似。需要选择输出曲线，点击CROSS函数，保留默认值，点击OK，EVAL将得到如下结果6交流仿真在进行交流仿真前需要把反相器测试电路中的VPULSE信号源换成VSIN信号源，见下图VSIN信号源的设置为在ANALOGDESIGNENVIRONMENT环境下点击ANALYSESCHOOSEAC，按下图选择扫描变量、扫描范围、扫描类型