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文档简介
1、 实 验 报 告 哈尔滨工程大学教务处 制实验二 D 触发器的设计和仿真一、实验目的1、学习模拟数字电路单元的基本设计方法。 2、学习Cadence 工具下电路设计的基本操作和方法。 3、学习Sprectre 工具的仿真操作方法。 二、实验内容本实验通过设计一个异步清零的D 触发器电路学习Cadence 工具下电路的设计和仿真方法。实验内容包括:完成反相器、与非门、传输门电路的设计和仿真验证;完成各个单元电路symbol 的建立;利用建立的单元电路symbol 完成D 触发器电路的设计和仿真;分析仿真结果。该电路设计采用上华CSMC0.5umCMOS 工艺设计,工作电压5V 。三、实验步骤1、
2、登陆到UNIX 系统。在登陆界面,输入用户名和密码,用户名和密码都为学生学号。 2、Cadence 的启动。启动Cadence 软件的命令有很多,不同的启动命令可以启动不同的工具集,常用的启动命令有icfb,icca 等,也可以单独启动单个工具。3、原理图的输入。(1)Composer 的启动。在CIW 窗口新建一个单元的Schematic 视图。(2)添加器件。在comparator schematic 窗口点击Add-Instance 或者直接点i, 就可以选择所需的器件。(3)添加连线。执行Add-Wire ,将需要连接的部分用线连接起来。(4)添加管脚。执行Add-Pin 和直接点p
3、,弹出添加管脚界面。 (5)添加线名。为设计中某些连线添加有意义的名称有助于在波形显示窗口中显出该条线的信号名称,也可以帮助检查电路错误。点击Add-Wire Name,弹出新窗口,为输入输出线添加名称。为四端的MOS 器件的衬底添加名称vdd !或gnd !,其中!表示全局变量。(6)添加电源信号。选择Vdd 和Gnd 的symbol 各一个,在两个symbol 之间连接一个vdc ,设置直流电压5V 。(6)保存并检查。点击schematic 窗口上的Check and Save 按钮,察看是否有警告或者错误。如果有,察看CIW 窗口的提示。4、电路仿真。(1)启动模拟仿真环境。在comp
4、arator schematic 窗口,选择Tools-Analog Environment,弹出模拟仿真环境界面。(2)选择仿真器。在仿真窗口,选择Setup-Simulator/Directory/Host,设置仿真器为spectre ,然后点击OK 。(3)设置模型库。(4)设置分析类型。在仿真窗口,点击Choose Analyses 按钮,弹出Choose Analyses 窗口,该窗口中列出了各种仿真类型,在本实验中只需进行瞬态仿真,所以选择tran ,时间设为3um 。(5)设置设计变量,在仿真窗口中,点击Edit Variables 按钮,弹出变量设置窗口,点击Copy From
5、按钮,整个设计本扫描一遍,设计中的各个变量被列出来。(6)创建网表。选择Simulation-Netlist-Create ,产生了该设计的网表。(7)设置波形显示工具。Cadence 中有两种波形显示工具:AWD 和wavescane ,在仿真窗口选择Session-assign ,在弹出的窗口中可以选择波形显示工具为AWD 或wavescane 。(8)选择输出结果显示信号。(9)进行仿真。选择Simulation-Run ,或者直接点击仿真窗口右下角的Run 按钮来启动仿真,仿真开始过程中,在CIW 窗口会出现一系列仿真信息,另外会弹出一个Spectre 输出窗口。仿真结束会自动弹出波形
6、显示窗口。(10)观察波形,看是否满足设计要求。重复以上步骤完成反相器、传输门、与非门和D 触发器电路的设计和仿真。 四、实验结果1. 首先从最基本的非门电路做起,主要由一个pmos 管与nmos 管组成。下面分别是其电路图、符号图、仿真图。(1). 反相器电路图 (2). 反相器符号图 (3). 反相器化简符号图(3). 反相器仿真图 2. 做的第二个电路是与非门电路,它的构造相对复杂一点,是由两个pmos 管与两个nmos 管组成,下面是它的电路图、符号图、仿真图。(1). 与非门电路图 (2). 与非门符号图 (3). 与非门仿真图3. 做的第三个电路图是传输们电路,传输门(TG )就是
7、一种传输模拟信号的模拟开关。CMOS 传输门由一个P 沟道和一个N 沟道增强型MOSFET 并联而成,下面是它的电路图、符号图。(1). 传输门电路图 (2). 传输们符号图 4. D 触发器电路的构造比较复杂,它是非门、与非门、传输门的综合应用,D 触发器该触发器由6个与非门组成,D 触发器也称为维持-阻塞边沿D 触发器。下面是它的电路图、符号图、仿真图、版图。 (1).D 触发器电路图 (2). 仿真结果 (3).D 触发器的子电路版图 (4). 完整D 触发器的版图 五、实验结果分析1. 非门电路:从仿真结果来看,给予电路一定的信号后电路的输入与输出结果是相反的,当输入为1时输出为0,输入为0时输出为1. 虽然波形有一些失真,但不影响实验结果。 3. 传输门:MOSFET 的输出特性在原点附近呈线性对称关系,因而它们常用作模拟开关。在数字逻辑电路设计中,传输门左端为输入,右端为输出,上端C 反、下端C 为控制端,当C 反为0,C 为1时TG 门开通,此时右端输出out=左端输入in 。4.D 触发器:D 触发器该触发器由6个与非门组成,其中G1和G2构成基本RS 触发器。电平触发的主从触发器工作时,必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号,那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号
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