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ASIC课程设计——MOS输出级电路设计与Hspice仿真.docx
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目
录
一.背 景 介 绍 ...................................................................................................................错误!未定义书签。
二.设计要求与任务.............................................................................................................错误!未定义书签。
三.电路原理及设计方式.....................................................................................................错误!未定义书签。
1.电阻负载共源级放大器电路原理分析.............................................................错误!未定义书签。
2.有源负载共源放大器设计方式 .........................................................................错误!未定义书签。
四.HSpice 软件环境概述 ..................................................................................................错误!未定义书签。
1.简介 .......................................................................................................................错误!未定义书签。
2.特点 .......................................................................................................................错误!未定义书签。
3.界面预览...............................................................................................................错误!未定义书签。
五.设计进程..........................................................................................................................错误!未定义书签。
六.结果和讨论 .....................................................................................................................错误!未定义书签。
七.设计心得..........................................................................................................................错误!未定义书签。
八.库文件程序附录.............................................................................................................错误!未定义书签。

一.背 景 介 绍
ASIC 是 Application Specific Integrated Circuit 的英文缩写,在集成电路界被以
为是一种为专门目的而设计的集成电路。ASIC 的设计方式和手腕经历了几十年的进展演
变,从最初的全手工设计已经进展到此刻先进的能够全自动实现的进程。在集成电路界
ASIC 被以为是一种为专门目的而设计的集成电路。是指应特定用户要求和特定电子系统
的需要而设计、制造的集成电路。ASIC 的特点是面向特定用户的需求,ASIC 在批量生
产时与通用集成电路相较具有体积更小、功耗更低、靠得住性提高、性能提高、保密性
增强、本钱降低等优势。
ASIC 分为全定制和半定制。全定制设计需要设计者完成所有电路的设计,因此需要
大量人力物力,灵活性好但开发效率低下。若是设计较为理想,全定制能够比半定制的
ASIC 芯片运行速度更快。半定制利用库里的标准逻辑单元(Standard Cell),设计时能
够从标准逻辑单元库当选择 SSI(门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如
ALU、存储器、总线等)、存储器乃至系统级模块(如乘法器、微操纵器等)和 IP 核,
这些逻辑单元已经布局完毕,而且设计得较为靠得住,设计者能够较方便地完成系统设
计。现代 ASIC 常包括整个 32-bit 处置器,类似 ROM、RAM、EEPROM、Flash 的存
储单元和其他模块. 如此的 ASIC 常被称为 SoC(片上系统)。FPGA 是 ASIC 的近亲,
一样通过原理图、VHDL 对数字系统建模,运用 EDA 软件仿真、综合,生成基于一些标
准库的网络表,配置到芯片即可利用。它与 ASIC 的区别是用户不需要介入芯片的布局布
线和工艺问题,而且能够随时改变其逻辑功能,利用灵活。
专用集成电路的开发可分为设计、加工与测试三个要紧环节。设计进程包括:
①功能设计的目的是为电路设计做预备,将系统功能用于系统实现,便于按系统、
电路、元件的级别做层次式设计。

②逻辑设计的结果是给出知足功能块所要求的逻辑关系的逻辑组成。它是用门级电
路或功能模块电路实现,用表、布尔公式或特定的语言表示的。
③电路设计的目的是确信电路结构(元件联接关系)和元件特性(元件值、晶体管
参数),以知足所要求的功能电路的特性,同时考虑电源电压变更、温度变更和制造误
差而引发的性能转变。
④布图设计直接效劳于工艺制造。它依照逻辑电路图或电子电路图决定元件、功能
模块在芯片上的配置,和它们之间的连线途径.为节约芯片面积要进行多种方案比较,直
到中意。
⑤验证是借助运算机辅助设计系统对电路功能、逻辑和版图的设计,和考虑实际产
品可能显现的时延和故障进行分析的进程。在模拟分析基础上对设计参数进行修正。
为了争取产品一次投片成功,设计工作的每一时期都要对其结果反复进行比较取优,
以取得最好的设计结果。
设计类型一样可分为全定制设计和半定制设计。前者是按图所示流程依次完成设计
的各个时期,后者是在设计的某个时期利用已有功效,进行的更有效设计。例如对已具
有合理的版图结构、通过实际利用证明是有效的模块电路进行半定制设计,就可节约布
图或制造时刻。标准单元法、门阵列法、可编程逻辑阵列法都是利用模块化电路进行半
定制设计的经常使用方式。
设计方式和手腕经历了几十年的进展演变,从最初的全手工设计进展到此刻先进的
能够全自动实现的进程。这也是近几十年来科学技术,尤其是电子信息技术进展的结果。
从设计手腕演变的进程划分,设计手腕经历了手工设计、运算机辅助设计(ICCAD)、
电子设计自动化 EDA、电子系统设计自动化 esda 和用户现场可编程器时期。在运算机辅
助设计系统中,以单元电路库、宏单元库形式开发的大体单元越丰硕,越有利于电路设
计。这些库包括大体门、触发器、译码器、微处置器核心电路、ROM、RAM 和模拟电路
模块等。通常对库单元的描述出名称,功能,布尔表达式,逻辑图,电路图,电学参数,
版图外框,输入、输出口和版图结构等。
二.设计要求与任务
MOS 输出级电路设计与 HSPICE 仿真
1.明白得 MOS 输出级电路的原理,并搭建电路;
2.选择元器件种类、数量和参数;
3.依照电路图,利用 HSPICE 软件,编写 sp 文件;
4.仿真取得增益、带宽等参数,并显示波形。

三.电路原理及设计方式
晶体管只有三个端子。其中两个需要别离用作输入端口和输出端口,余下的一个端
口接地。依照接地端口,咱们可取得三种放大组态,即共源级( CS)、共栅级(CG)和
共漏级(CD)。所有晶体管关于小信号都是跨导g 器件。因为信号通常概念为电压,所
m
以咱们利用电阻将输出电流转为电压信号。共源级和共栅级放大器增益高,但共漏级放
大器是将高阻抗变换为低阻抗而没有增益的缓冲器
所谓共源放大器是指输入输出回路中都包括 MOS管的源极,即输入信号从MOS管的
栅极输入,而输出信号从MOS管的漏极掏出。依照放大器的负载不同,共源放大器能够
分为无源负载共源放大器和有源负载共源放大器两种形式。
1.电阻负载共源级放大器电路原理分析
无源负载要紧有电阻、电感与电容等,那个地址只讨论电阻负载共源放大器的特性。
电阻负载共源(CS)放大器结构如图3-1所示。关于共源放大器,低频交流信号从栅
极输入时,其输入阻抗专门大,因此在分析时可不考虑输入阻抗的阻碍。
V
DD
R
V
o
M
V
i
1
图 3-1 电阻负载共源放大器
1)直流分析
依照 KCL 定理,由上图可列出其直流工作的方程:
V V I R
D
(3-1)
DD
o
当 V >V 时,MOS 管导通,有:
GS
th
I K V V V V
[2( ) ]
2
DS
-
(3 2)
D
N
GS
th DS
那么直流工作方程为(注:V =V ,V =V ):
GS
i
DS
o
V V K V V V V R
[ 2( ) ]
2
o
(3-3)
o
DD
N
i
th
o
进一步分工作区讨论

截止区:Vi<Vth,那么 Vo=VDD;
饱和区:Vi>Vth,且 Vi-Vth≤Vo 时,有:
V V RK V V
( )
2
(3-4)
(3-5)
o
DD
N
i
th
线性区: Vo<Vi-Vth,有:
V V
RK V V V V
[ 2( ) ]
2
o
DD
N
i
th
o
o
深线性区:Vo<<2(Vi-Vth),现在 M1 可等效为一压控电阻,那么有:
R
V
V V
(3
-6)
on
DD
R
R
K R V V
1 2 ( )
o
DD
on
N
i
th
依照以上分析,能够取得共源放大器的直流转换特性曲线,即 V 与 V 的关系曲线如
o
i
图 3-2 所示。
V
o
V
DD
V
V
V
th
i1
i
图 3-2 直流转换特性曲线
关于放大器而言,必需先确信其直流工作点,即必需先把放大器合理地偏置在某一
电压,以取得适合的电压放大增益和输入输出压摆。
可通过图解法求解直流工作点:先画出MOS管的输出特性(I/V特)曲线,同时在同
一图上画出其直流负载线,那么直流负载线与MOS管的I/V特性曲线相交的交点即为其直
流工作点。 关于电阻负载放大器,依照直流工作方程能够直接画出其直流负载线,如图
3-3所示。
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