电子电路大全(PDF格式)-第48部分

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　　　　　　　　　　　　　　　12。2　　具体的设计过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　117　　



　　　　　　　　　　　　　　　12。3　　电路的性能仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　123　　

　　　　　　　第　13　章　　共源共栅运算放大器分析与设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　129　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　II　　


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　　　　　　　　　　　　　　　13。1　　折叠共源共栅运放的电路结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　129　　



　　　　　　　　　　　　　　　13。2　　折叠共源共栅运算放大器的小信号模型。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　130　　



　　　　　　　　　　　　　　　13。3　　折叠共源共栅运算放大器的设计方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　131　　



　　　　　　　　　　　　　　　13。4　　折叠共源共栅运算放大器的仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　135　　

　　　　　　　第　14　章　　运算放大器工程设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　140　　



　　　　　　　　　　　　　　　14。1　　设计指标。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　140　　



　　　　　　　　　　　　　　　14。2　　放大器结构的确定。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　140　　



　　　　　　　　　　　　　　　14。3　　选择工艺参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　141　　



　　　　　　　　　　　　　　　14。4　　各级放大器参数的初步考虑。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　141　　



　　　　　　　　　　　　　　　14。5　　实例：一个带缓冲级运算放大器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　142　　

第四部分　　集成电路版图设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　146　　



　　　　　　　第　15　章　　九天版图设计工具简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　146　　



　　　　　　　　　　　　　　　15。1　　引言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　146　　



　　　　　　　　　　　　　　　15。2　　版图设计的基本步骤。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　147　　



　　　　　　　　　　　　　　　15。3　　版图设计的注意事项。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　147　　



　　　　　　　　　　　　　　　15。4　　九天版图设计工具简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　148　　



　　　　　　　　　　　　　　　15。5　　频繁使用的UNIX命令。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　152　　

　　　　　　　第　16　章　　反相器电路原理图设计与仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　154　　



　　　　　　　　　　　　　　　16。1　　启动实验环境。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　154　　



　　　　　　　　　　　　　　　16。2　　开始一个新的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　154　　



　　　　　　　　　　　　　　　16。3　　设计反相器的电路原理图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　155　　



　　　　　　　　　　　　　　　16。4　　在电路原理图编辑器（Zeni　Schematic　Editor　）中完成仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　163　　

　　　　　　　第　17　章　　反相器版图编辑。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　171　　



　　　　　　　　　　　　　　　17。1　　运行软件环境。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　171　　



　　　　　　　　　　　　　　　17。2　　设计反相器版图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　171　　

　　　　　　　第　18　章　　反相器版图验证与参数提取。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　195　　



　　　　　　　　　　　　　　　18。1　Layout　DRC版图设计规则检查　。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　195　　



　　　　　　　　　　　　　　　18。2　Layout　LVS版图原理图对照　。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　201　　

附录。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。　209　　



III　　　　　


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　　　　　　　　　　　第一部分　基本微电子电路设计与仿真　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第　1　章　HSPICE　仿真环境简介　　



1。1　HSPICE　基础知识　　



　　　　Hspice（现在属于　Synopsys　公司）是　IC　设计中最常使用的工业级电路仿真工具，用　



以对电子电路的稳态、瞬态及频域的仿真和分析，可以精确的仿真、分析、优化从直流到　



高于　100GHz　频率的微波电路。目前，一般书籍都采用　Level　2　的　MOS　Model　进行计算和估　



算，与　Foundry　经常提供的　Level　49　和　Mos　9、EKV　等　Library　不同，而以上　Model　要比　



Level　2　的　Model　复杂的多，因此　Designer　除利用　Level　2　的　Model　进行电路的估算以外，　



还一定要使用电路仿真软件　Hspice、Spectre　等进行仿真，以便得到精确的结果。　　



　　　　本节将从最基本的设计和使用开始，逐步带领读者熟悉　Hspice　的使用，并对仿真结果　



加以讨论，配与实例，以便建立　IC　设计的基本概念。在最后还将对　Hspice　的收敛性做深　



入细致的讨论。　　



　　　　Hspice　输入网表文件为。sp　文件，模型和库文件为。inc　和。lib，Hspice　输出文件有运　



行状态文件。st0、输出列表文件。lis、瞬态分析文件。tr#、直流分析文件。sw#、交流分析　



文件。ac#、测量输出文件。m*#等。其中，所有的分析数据文件均可作为　AvanWaves　的输入　



文件用来显示波形。　　



表　1。1　Hspice　所使用的单位　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单位缩写　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　含义　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　F　（f　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e…15　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　P　（p　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e…12　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N　（n　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e…09　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　U　（u　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e…06　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　M　（m　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e…03　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K　（k　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e＋03　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　Meg　（meg　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e＋06　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　G　（g　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e＋09　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　T　（t　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1e＋12　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　DB　　（db　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　20log10　　



注：Hspice　单位不区分大小写　　



1。2　输入网表文件　　



　　　　　　　　输入网表（Netlist　）文件主要由以下几部分组成：　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1。3　电路元器件及模型描述　　

　　TITLE　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）电路元器件　　

　　。INCLUDE　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Hspice　要求电路元器件名称必须以规定的字　

　　。LIB　MACRO　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　母开头，其后可以是任意数字或字母。除了名称之　

　　元件描述　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　外，还应指定该元器件所接节点编号和元件值。有　



　　信号源描述　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　源器件包括二极管（D）、MOS管（M）、BJT管（Q）、　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　JFET和MESFET（J）、子电路（X）和宏、Behavioral　

　　分析命令　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　器件（E，G）、传输线（T，U，W）等。这里值得注　

　　测量命令　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　意的是MOS、JFET和MESFET的L和W的scale是m，而不　

　　。ALTER　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　是um。　　



　　。END　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①电阻，电容，电感等无源元件描述方式如下：　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R1　1　2　10k　（表示节点　1　与　2　间有电阻R1，阻　　　　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　值为　10k　欧）　　



　　　C1　1　2　1pf　（表示节点　1　与　2　间有电容C1，电容值为　1pf）　　



　　　L1　1　2　1mh　（表示节点　1　与　2　间有电感L1，电感值为　1mh）　　



　　　半导体器件包括二极管、双极性晶体管、结形场效应晶体管、MOS　场效应晶体管等，　



这些半导体器件的特性方程通常是非线性的，故也成为非线性有源元件。在电路CAD工具进　



行电路仿真时，需要用等效的数学模型来描述这些器件。　　



　　　②二极管描述语句如下：　　



　　　DXXXX　N＋　NMNAME　　　　　



　　　D　为元件名称，N＋和N…分别为二极管的正负节点，MNAME　是模型名，后面为可选项：　　



　　　AREA　是面积因子，OFF是直流分析所加的初始条件，IC=VD　是瞬态分析的初始条件。　　



　　　③双极型晶体管　　



　　　QXXXX　NC　NB　NE　　MNAME　　　　　



　　　Q　为元件名称，NC　NB　NE　分别是集电极、基极、发射极和衬底的节点。缺省时，　



NS　结地。后面可选项与二极管的意义相同。　　



　　　④结型场效应晶体管　　



　　　JXXXX　ND　NG　NS　MNAME　　　　　



　　　J为元件名称，ND　NG　NS为漏、栅、源的节点，MNAME　是模型名　，后面为可选项与二　



极管的意义相同。　　



　　　⑤MOS　场效应晶体管　　



　　　MXXXX　ND　NG　NS　NB　MNAME　　　　



　　　M为元件名称，ND，NG，NS，NB　分别是漏、栅、源和衬底节点。MNAME　是模型名，L　



沟道长，M为沟道宽。　　



　（2）元器件模型　　



　　　许多元器件都需用模型语句来定义其参数值。模型语句不同于元器件描述语句，它是　



以“。”开头的点语句，由关键字。MODEL模型名称，模型类型和一组参数组成。电阻、电容、　



2　　　　


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二极管、MOS　管、双极管都可设置模型语句。这里我们仅介绍MOS　管的模型语句，其他的　



可参考Hspice帮助手册。　　



　　　　MOS　场效应晶体管是集成电路中常用的器件，在Hspice　有　20　余种模型，模型参数有　



40――60　个，大多是工艺参数。例如一种MOS　模型如下：　　



　　　　。MODEL　NSS　NMOS　LEVEL=3　RSH=0　TOX=275E…10　LD=。1E…6　XJ=。14E…6　　



　　　　＋　CJ=1。6E…4　CJSW=1。8E…10　UO=550　VTO=1。022　CGSO=1。3E…10　　



　　　　＋　CGDO=1。3E…10　NSUB=4E15　NFS=1E10　　



　　　　＋　VMAX=12E4　PB=。7　MJ=。5　MJSW=。3　THETA=。06　KAPPA=。4　ETA=。14　　



　　　　。MODEL　PSS　PMOS　LEVEL=3　RSH=0　TOX=275E…10　LD=。3E…6　XJ=。42E…6　　



　　　　＋　CJ=7。7E…4　CJSW=5。4E…10　UO=180　VTO=…1。046　CGSO=4E…10　　



　　　　＋　CGDO=4E…10　TPG=…1　NSUB=7E15　NFS=1E10　　



　　　　＋　VMAX=12E4　PB=。7　MJ=。5　MJSW=。3　ETA=。06　THETA=。03　KAPPA=。4　　



　　　　上面：。MODEL为模型定义关键字。NSS　为模型名，NMOS为模型类型，LEVEL=3　表示半经　



验短沟道模型，后面RSH=0　等等为工艺参数。　　



　（3）电路的输入激励和源　　



　　　　Hspice中的激励源分为独立源和受控源两种，这里我们仅简单介绍独立源。独立源有　



独立电压源和独立电流源两种，分别用V　和I　表示。他们又分为直流源，交流小信号源和　



瞬态源，可以组合在一起使用。　　



　　　　①直流源　　



　　　　VXXXX　N＋　NDC　VALUE　　



　　　　IXXXX　N＋　NDC　VALUE　　



　　　　例如：VCC　1　0　DC　5v　（表示节点　1，0　间加电压　5v）　　



　　　　②交流小信号源　　



　　　　VXXXX　N＋　NAC　　　



　　　　IXXXX　N＋　NAC　　　



　　　　其中，ACMAG　和ACPHASE　分别表示交流小信号源的幅度和相位。　　



　　　　例如：V1　1　0　AC　1v　（表示节点　1，0　间加交流电压幅值　1v，相位　0）　　



　　　　③　瞬态源　　



　　　　瞬态源有几种，以下我们均只以电压源为例，电流源类似：　　



　　　　*　脉冲源（又叫周期源）　　



　　　　VXXXX　N＋　NPULSE（V1　V2　TD　TR　TF　PW　PER）　　



　　　　V1　初始值，V2　脉动值，TD　延时，TR　上升时间，TF下降