西工大 数字集成电路实验二、反相器(上)

数字集成电路实验报告西北工业大学2014年5月7日星期三实验二、反相器（上）一、分析电路，解答下面的问题。1．这个电路是不是反相器，为什么？该门属于有比逻辑，还是无比逻辑，为什么?答：该电路是反相器电路，因为当输入为0时，MOS管截止，vout连接到高电位Vdd，当输入为Vdd时，输出取决于MOS管电阻与上面电阻的分压，是一个较低的电位。该门是一个有比逻辑，因为输出与MOS管的尺寸有关。2．计算出这个电路的VOHVOL及VIHVIL。（计算可先排除速度饱和的可能）答：VVvVOHin5.20vVin5.2时,无法判断器件工作状态。假设NMOS工作在临界饱和区有：AIVRIvVVVAIVVLWKIDoutLDTinoutDTinD61142`1073.55.207.243.05.21039.7)(2/这样的话根据DDII1说明器件饱和时，同一通路上下电流大小不一致。那么Vout必须相应减小使同一通路的电流一致，所以器件必定进入线性区。进一步求VolvVVRIVVVVLWKIinOLLDOLOLTinD5.25.2]2)[(2`6`10115K将，5.0/5.1LW，43.0TV代入kohmRL75VVolAI0.0463810272.35(注：经过Hspice仿真结果为0.0356V)当outinVV时NMOS工作在饱和区outLDTinDVRIVVLWKI5.2)(2/2`可解得反相器阈值电压outinMVVV0.7932V此时-9.3978V)43.0(875.25,)43.0(9375.125.22inVinVoutinoutVddgVV0.6116V||0.8776V||gVVVVgVVVMOHMILMMIH分析电路噪声容限。计算NMH(高电平噪声容限)和NML(低电平噪声容限),并使用HSPICE画出反相器的VTC曲线。3．计算NMH和NML,并使用HSPICE画出反相器的VTC曲线。答：VVVNMVVVNMOLILLIHOHH5652.0,6224.1，噪声容限描述的是本级输出和下级输入之间，电路能容纳的最大噪声电压。使用HSPICE绘制的反相器的VTC4．使用HSPICE画出RL=150k，75K，35k三种情况下的VTC。35k、75k、150k三种情况下的VTC5．分别计算Vin=0，2.5v时电路消耗的功率。答：00PVin时，当WIVPIvVDDDDin51018.8,5.2电路工作在线性区，由上面的计算可得：时当6．比较各种RL情况下的VTC,VOHVOL及VIHVIL有怎样的变化。答：随着电阻增大，OHV保持不变，OLV越来越小。IHV越来越小，ILV越来越小7．高阻抗负载和低阻抗负载所产生的VTC曲线，哪个更理想?(从噪声容限的角度考虑)答：从Hspice仿真结果知：高阻抗负载更理想.二、分析下面电路，并解决问题。1.计算tPHL，tPLH及tP。（输入为理想阶跃，考虑速度饱和）答：5.2inVV时，)2/)((2'dastdsatDsatVVVtVddlwkI=)2/63.063.0)43.05.2((5.05.11011526410814.3A341034.4)5.206.0971(10417.15.243)971(43VddIVddRDsateqn8123109.01031034.469.069.0leqnPHLCRts101.55=10310750.6969.0-7-123llPLHCRtstttPHLPLHp88102.810298.8525.1522.上升延迟和下降延迟相同吗？解释为什么有这样的结果。答：上升沿与下降沿不相等。因为下降沿N管导通与上升沿导通时的电阻相差比较大。N管将输出下拉的能力明显更强。3.计算电路的静态功耗（Vin=0v，Vin=2.5v）。答：当0inV时，0lP当5.2inVV时，WIVPDsatddh4410535.910814.35.24.计算电路动态功耗，假定门电路的输入信号为合理的最高频率。12.2M，0.225mW答：ptf21maxHz101.6108.2*216-8W1014.1101.65.2103-46212max2fVcPddLd5.对2的结果进行仿真验证。(tran仿真；输入加脉冲，上升和下降时间都为5ns)答：tphl=1.2399E-08targ=1.0114E-05trig=1.0102E-05tplh=4.9131E-07targ=1.5614E-05trig=1.5122E-05附：进行手工计算时可能用到的数据