施密特触发器设计

IC后端课程设计报告IC后端课程设计报告题目：施密特触发器设计专业：XXXXXXXXXXXXX班级：XXXXXXXXXXXX学号：XXXXXXXX组长：XXXXXXX成员：XXXXXXXXXXX指导老师：IC后端设计课程设计-2-目录课程设计的要求...........................................................31.1、课程设计的背景....................................................31.11、触发器及其应用.................................................31.12、设计施密特触发器的意义.............................................31.2、Hspice仿真工具......................................................4课程设计内容.............................................................52．1、实验原理.........................................................52.11、电路原理和电路图...............................................52．2、程序代码与仿真...................................................62．21、程序代码......................................................62．22、Hspice仿真结果................................................7IC后端设计课程设计-3-课程设计的要求1.1课程设计的背景：1.11概述集成电路（IntegratedCircuit，缩写IC），是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互联，“集成”在一块半导体晶片上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。正因为集成电路的发展应用很广泛，因此集成电路设计更是不容小觑的。1.12、触发器及其应用如果电路在某一时刻的输出状态不仅取决于电路在这一时刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，也就是说电路具有了记忆功能，这种电路我们称之为时序逻辑电路。时序逻辑电路中能够完成记忆功能的电路叫做触发器，它是最重要、最基本的时序逻辑电路。触发器和组合电路可以组成多种时序逻辑单元电路，比如计数器、移位寄存器、随即存储器等。按照触发器的功能，触发器一般可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T及T`触发器、施密特触发器、单稳态触发器和无稳态单元-定时器等。而本次课程所设计的就是触发器中比较常用的施密特触发器。触发器可通过数据库中的相关表实现级联更改；不过，通过级联引用完整性约束可以更有效地执行这些更改。触发器可以强制比用CHECK约束定义的约束更为复杂的约束。与CHECK约束不同，触发器可以引用其它表中的列。例如，触发器可以使用另一个表中的SELECT比较插入或更新的数据，以及执行其它操作，如修改数据或显示用户定义错误信息。触发器也可以评估数据修改前后的表状态，并根据其差异采取对策。一个表中的多个同类触发器(INSERT、UPDATE、DELETE)允许采取多个不同的对策以响应同一个修改语句。触发器可以查询其他表，而且可以包含复杂的SQL语句。它们主要用于强IC后端设计课程设计-4-制服从复杂的业务规则或要求。例如：您可以根据客户当前的帐户状态，控制是否允许插入新订单。触发器也可用于强制引用完整性，以便在多个表中添加、更新或删除行时，保留在这些表之间所定义的关系。然而，强制引用完整性的最好方法是在相关表中定义主键和外键约束。如果使用数据库关系图，则可以在表之间创建关系以自动创建外键约束。1.13、设计施密特触发器的意义施密特触发器是由美国科学家奥托·赫伯特·施密特(OttoHerbertSchmitt)于1934年发明，当时他只是一个研究生，后于1937年他在其博士论文中将这一发明描述为“热电子触发器”。这一发明是施密特对鱿鱼神经中的神经脉冲传播进行研究的直接成果。在电子学中，施密特触发器是包含正反馈的比较器电路。对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电平翻转为低电平，或是由低电平翻转为高电平对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。1.2Hspice仿真工具简介:微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高，对电路性能的设计要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的EDA工具提出越来越IC后端设计课程设计-5-高的要求。自1972年美国加利福尼亚大学伯克利分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE（SimulationProgramwithICEmphasis）诞生以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的电路模拟分析工具不断涌现。HSPICE是Meta-Software公司为集成电路设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的一个商业化通用电路模拟程序，它在伯克利的SPICE（1972年推出），MicroSim公司的PSPICE（1984年推出）以及其它电路分析软件的基础上，又加入了一些新的功能，经过不断的改进，目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。主要功能：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Level2的MOSModel进行计算和估算，与Foundry经常提供的Level49和Mos9、EKV等Library不同，而以上Model要比Level2的Model复杂的多，因此Designer除利用Level2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。课程设计的内容2.1、实验原理：2.11电路原理和电路图本实验的施密特触发器是用CMOS电路实现的。这一电路的基本设想是CMOSIC后端设计课程设计-6-反相器的开关阈值是有PMOS管和NMOS管之间的（导电银因）比率决定的。增加这一比率可以是阈值Vm升高，减小这一比率可以是阈值Vm降低。假设Vin最初等于0，所Vout也为0。反馈环是PMOS管M4偏置在导通模式，二M3则关断。输入信号等效地连接到一个反相器上，该反相器包括两个并联的PMOS管（M2和M4）作为上拉网络，以及一个NMOS管（M1）作为下拉网络。因此之一反相器的等效晶体管的比率为Km1/(Km2+Km4),提高了开关阈值。反相器一旦切换，反馈环就关断M4并使NMOS器件M3导通。这一附加的下拉器件加速了翻转并产生一个斜率很陡的“干净”的输出信号。在又高至低的翻转中也可以观察到类似的情形。所以施密特触发器具有抑制噪声的作用，可用下图表示2.2、程序代码与仿真：2.21、程序代码：aschmitttriggermodel.optionslistnodepostVccvcc02.5m1vccin1vccpchl=1.6uw=80um21in00nchl=1.6uw=30um3vccout1vccpchl=1.6uw=40um41out00nchl=1.6uw=15um5vcc1outvccpchl=1.6uw=80um6out100nchl=1.6uw=30uIC后端设计课程设计-7-viin0pwl(0-64u68u-612u616u-620u6).modelnchnmoslevel=3，tox=1.8e-8，ld=0.08u，+uo=500，vmax=2.0e5，phi=0.6，gamma=0.5，+nsub=2.5e16，vto=0.7，nfs=8.2e11，cgso=2.5e-10，+cgbo=2.5e-10，cjsw=2.5e-10，cgdo=2.5e-10，mj=0.5，+cj=2.5e-4，pb=0.9，is=1.0e-16，js=1.0e-4+kf=600e-27af=0.8nlev=2rs=600+rd=600eta=0.05kappa=0.007theta=0.06+acm=2xj=2.7e-7delta=0.7.modelpchpmoslevel=3，tox=1.8e-8，ld=0.08u，+uo=165，vmax=2.7e5，phi=0.80，gamma=0.75，+nsub=5.5e16，vto=-0.7，nfs=7.6e11，cgso=2.5e-10，+cgbo=2.75e-10，cjsw=3.4e-10，cgdo=2.5e-10，mj=0.5，+cj=3.7e-4，pb=0.8，is=1.0e-16，js=1.0e-4+kf=400e-27af=1.0nlev=2rs=1200+rd=1200eta=0.12kappa=1.5theta=0.135+acm=2xj=2.3e-7delta=0.3.tran200p20u.printtranv(in)v(out).end2.22、Hspice仿真结果：IC后端设计课程设计-8-由上图可以可以看出当输入为三角波时输出波形为锯齿波如下图所示：本实验的仿真程序是将以一个三角波利用施密特触发器换成锯齿波，通过hspice成功获得了正确的结果。课程设计的心得通过这次课程设计更深刻的了解了IC设计中的知识，尤其是IC后端设计Hspice软件的使用，使我对Hspice软件的使用有了更深入的了解。其语言程序的使用也更加熟悉，在设计软件方面，从刚开始对这些软件的陌生，到后来慢慢熟练，有了很大的进步，小组的合作效果也有了明显的提高，在设计电路的过程中不仅对本课程设计的知识有了更深刻的认识，对集成电路的设计与仿真的相关知识也有了进一步的认识，经过学习和我们小组的相互配合，最终完成了本次的IC后端的课程设计。对以后相关的学习和研究打下了基础，更好的学习IC设计的知识。IC后端设计课程设计-9-参考文献1、罗广孝，CMOS模拟集成电路设计与仿真，华北电力大学。2、夏宇闻，Verilog数字系统设计教程（第2版），北京航空航天大学出版社。3、[美]PhillipE.Allen,DouglasR.Holberg著，冯军李智群译，王志功审校，CMOS模拟电路设计（第二版）[M]，电子工业出版社，20054、王志功景为平孙玲编著，集成电路设计技术与工具[M]，东南大学出版社，2007.7。