Thiết kế vi mạch tương tự UIT LAB1 Khảo sát hoạt động của pmos, nmos và current mirror trên GCD và PSPICE Lab thứ nhất trong bộ 5 bài lab thiết kế vi mạch tương tự Hướng dẫn Ks. Ngô Hiếu Trường Khoa Kỹ thuật máy tính Đại học Công nghệ thông tin
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH
-o0o -
THIẾT KẾ VI MẠCH TƯƠNG TỰ Lab1: Khảo sát hoạt động của pmos, nmos
và current mirror trên GCD và PSPICE
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH 3
1 KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM PSPICE 4
1.1 Khảo sát Id của mạch như hình 2b 4
1.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c 5
1.3 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-1 7
1.3.1 Trường hợp W/L khác nhau 7
1.3.2 Trường hợp W/L giống nhau 8
1.4 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-2 9
1.4.1 Trường hợp W/L khác nhau 10
1.4.2 Trường hợp W/L giống nhau 10
3 KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM GCD VÀ HSPICE 12
3.1 Khảo sát Id của mạch như hình 2b 12
3.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c 13
3.3 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-1 15
3.3.1 Trường hợp W/L giống nhau 15
3.3.2 Trường hợp W/L khác nhau 16
3.4 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-2 18
3.4.1 Trường hợp W/L giống nhau 18
3.4.2 Trường hợp W/L khác nhau 20
Trang 3DANH MỤC HÌNH ẢNH
Figure 1 Mạch 1 4
Figure 2 Mô tả spice cho mạch 4
Figure 3 Thư viện level3 CMOS 5
Figure 4 Waveform Id 5
Figure 5 Mô tả spice pMOS 6
Figure 6 Waveform pMOS 6
Figure 7 Mạch curent mirror dùng nMOS 7
Figure 8 Mô tả spice cho mạch 7
Figure 9 Waveform cho mạch 8
Figure 10 Mô tả spice cho mạch 8
Figure 11 Waveform cho mạch 9
Figure 12 Mạch curent mirror dùng nMOS 9
Figure 13 Mô tả spice cho mạch 10
Figure 14 Waveform cho mạch 10
Figure 15 Mô tả spice cho mạch 11
Figure 16 Waveform cho mạch 11
Figure 17 Schematic mạch b 12
Figure 18 Waveform mô phỏng dựa trên thư viện 90RF 13
Figure 19 Schematic PMOS 13
Figure 20 Waveform PMOS 14
Figure 21 Schematic current mirror using nmos 15
Figure 22 Waveform curent mirror using nmos 16
Figure 23 Schematic current mirror using nmos 16
Figure 24 Waveform current mirror using nmos 18
Figure 25 Schematic current mirror using pmos 18
Figure 26 Waveform current mirror using pmos 20
Figure 27 Schematic current mirror using nmos 20
Figure 28 Waveform current mirror using pmos 22
Trang 41 KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM PSPICE
1.1 Khảo sát Id của mạch như hình 2b
Figure 1 Mạch 1
Với VSB = 0:5:1, VGS 0:2:1
Tiến hành viết mô tả bằng ngôn ngữ spice như sau:
Figure 2 Mô tả spice cho mạch Trong đó, thư viện cmos_l3.lib mô tả các thông số level3 của nmos và pmos như sau
Trang 5Figure 3 Thư viện level3 CMOS
Thực hiện mô phỏng và trace tín hiệu Id, được kết quả như hình bên dưới
Figure 4 Waveform I d
1.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c
Tiến hành viết mô tả bằng ngôn ngữ spice như sau
Trang 6Figure 5 Mô tả spice pMOS
Thư viện include được mô tả trong Figure 3
Figure 6 Waveform pMOS
Trang 71.3 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-1
Figure 7 Mạch curent mirror dùng nMOS
1.3.1 Trường hợp W/L khác nhau
Tiến hành viết mô tả bằng ngôn ngữ spice như sau:
Figure 8 Mô tả spice cho mạch
Thư viện include được mô tả trong Figure 3
Trang 8Figure 9 Waveform cho mạch
1.3.2 Trường hợp W/L giống nhau
Tiến hành viết mô tả bằng ngôn ngữ spice với định nghĩa Vout có giá trị 3.3V và VDD chạy từ 0 tới 5V, bước nhảy 1m
Figure 10 Mô tả spice cho mạch
Thư viện include được mô tả trong Figure 3
Trang 9Figure 11 Waveform cho mạch
1.4 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-2
Figure 12 Mạch curent mirror dùng nMOS
Trang 101.4.1 Trường hợp W/L khác nhau
Tiến hành viết mô tả bằng ngôn ngữ spice như sau:
Figure 13 Mô tả spice cho mạch
Thư viện include được mô tả trong Figure 3
Figure 14 Waveform cho mạch
1.4.2 Trường hợp W/L giống nhau
Tiến hành viết mô tả bằng ngôn ngữ spice với định nghĩa Vout có giá trị 3.3V và VDD chạy từ 0 tới 5V, bước nhảy 1m
Trang 11Figure 15 Mô tả spice cho mạch
Thư viện include được mô tả trong Figure 3
Figure 16 Waveform cho mạch
Trang 123 KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM GCD VÀ HSPICE
3.1 Khảo sát Id của mạch như hình 2b
Tiến hành vẽ lại mạch trên GCD:
Figure 17 Schematic mạch b
Tiến hành trích xuất netlist spice:
* Generated for: HSPICE
* Design library name: vmtt
* Design cell name: 2b
* Design view name: schematic
.option PARHIER = LOCAL
Trang 13Sử dụng Custom Waveview để kiểm tra netlist
Figure 18 Waveform mô phỏng dựa trên thư viện 90RF
3.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c
Tiến hành vẽ lại mạch trên GCD:
Trang 14Tiến hành trích xuất netlist spice:
Sử dụng Custom Waveview để kiểm tra netlist
* Generated for: HSPICE
* Design library name: vmtt
* Design cell name: 2c
* Design view name: schematic
.option PARHIER = LOCAL
Trang 153.3 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-1
3.3.1 Trường hợp W/L giống nhau
Tiến hành vẽ lại mạch trên GCD:
Figure 21 Schematic current mirror using nmos
Tiến hành trích xuất netlist spice:
* Generated for: HSPICE
* Design library name: vmtt
* Design cell name: 2d
* Design view name: schematic
.option PARHIER = LOCAL
+ nrd=22.0m nrs= 22.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
m4 net35 net37 gnd! gnd! w= 10u l= 1u nf= 1 m=1 ad=2.2p as= 2.2p
+ nrd=22.0m nrs= 22.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
Trang 16Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist
Figure 22 Waveform curent mirror using nmos
3.3.2 Trường hợp W/L khác nhau
Tiến hành vẽ lại mạch trên GCD:
Figure 23 Schematic current mirror using nmos
Trang 17Tiến hành trích xuất netlist spice:
* Generated for: HSPICE
* Design library name: vmtt
* Design cell name: 2d
* Design view name: schematic
.option PARHIER = LOCAL
+ nrd=22.0m nrs= 22.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
m4 net35 net37 gnd! gnd! w= 20u l= 1u nf= 1 m=1 ad=4.4p as= 4.4p
+ nrd=11.0m nrs= 11.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
.end
Trang 18Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist
Figure 24 Waveform current mirror using nmos
Nhận xét: Khi W/L của 2 CMOS bằng nhau, giá trị I cho ra bằng nhau Khi có sự chênh lệnh, CMOS
nào có tỉ lệ W/L cao hơn thì sẽ có dòng lớn hơn
3.4 Khảo sát Iref và Iout trong mạch 2d-2
3.4.1 Trường hợp W/L giống nhau
Tiến hành vẽ lại mạch trên GCD:
Figure 25 Schematic current mirror using pmos
Trang 19Tiến hành trích xuất netlist spice:
* Generated for: HSPICE
* Design library name: vmtt
* Design cell name: 2c
* Design view name: schematic
.option PARHIER = LOCAL
+ nrd=22.0m nrs= 22.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
+ nrd=22.0m nrs= 22.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
.dc v12 1.8 1m
.end
Trang 20Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist
Figure 26 Waveform current mirror using pmos
3.4.2 Trường hợp W/L khác nhau
Tiến hành vẽ lại mạch trên GCD:
Figure 27 Schematic current mirror using nmos
Trang 21Tiến hành trích xuất netlist spice:
* Generated for: HSPICE
* Design library name: vmtt
* Design cell name: 2c
* Design view name: schematic
.option PARHIER = LOCAL
+ nrd=22.0m nrs= 22.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
+ nrd=11.0m nrs= 11.0m sa= 0.22u sb= 0.22u sd= 0
.dc v12 1.8 1m
.end
Trang 22Sử dụng Hspice
để kiểm tra netlist
Figure 28 Waveform current mirror using pmos
Nhận xét: Khi W/L của 2 CMOS bằng nhau, giá trị I cho ra bằng nhau Khi có sự chênh lệnh, CMOS
nào có tỉ lệ W/L cao hơn thì sẽ có dòng lớn hơn