2-Cadence-IC实验一、二、三

国家集成电路人才培养基地培训资料(2)基本模拟电路实验2006-7西安交通大学国家集成电路人才培养基地第I页，共26页目录基本模拟电路实验...........................................................................................................................I实验1二极管的I-V特性..............................................................................................................11.1电路图.................................................................................................................................11.2设置各元件参数.................................................................................................................11.3设置仿真参数.....................................................................................................................31.4电路仿真.............................................................................................................................5实验2BJT和MOS晶体管的I-V特性......................................................................................62.1BJT晶体管的I-V特性......................................................................................................62.2MOS晶体管的I-V特性....................................................................................................92.3MOS晶体管参数观察.....................................................................................................13实验3MOS晶体管电容测试体效应学习..............................................................................153.1MOS晶体管栅源电容测试.............................................................................................153.2体效应...............................................................................................................................183.3MOS晶体管电容测试......................................................................................................20西安交通大学国家集成电路人才培养基地第1页，共26页实验1二极管的I-V特性本实验的目的在于学会用Cadence观察二级管的I-V特性。1.1电路图按照图1.1所示画出电路图。所用的元件分别是analogLib库中的vdc、res、diode和gnd。1.2设置各元件参数在这里要设置二极管的参数、电压源的参数和电阻的参数。二极管的参数设置如图1.2所示，在Modelname栏填入ndio18，说明用的是1.8V的电源电压，并且是n+/pwell二极管，在Multiplier处填入1(这代表此电路中用的二极管并联个数为1)，其它参数都采用默认设置。图1.1二极管的仿真电路图二极管的I-V特性第2页，共26页电压源的参数设置图1.3所示，在DCvoltage处填入vin(填入变量是为了要做直流扫描)图1.3电压源参数设置图1.2二极管参数设置图西安交通大学国家集成电路人才培养基地第3页，共26页电阻的参数设置如图1.4所示，在Resistance后面的框中输入电阻值(默认为1k，此处采用默认值)。1.3设置仿真参数在原理图编辑框中，选Tools→AnalogEnvironment,打开ADE对话框。①设置库路径。在ADE窗口中，选Setup→ModelLibraries,在section项填入工艺角tt(典型工艺角),然后让光标停留在ModelLibraryFile框中，点击右下角的Browse,然后选择以下文件作为仿真模型库文件：/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib然后点Add，得到如图1.5所示对话框：（最后点ok设置完毕）图1.5库路径设置图1.4电阻参数设置二极管的I-V特性第4页，共26页②编辑变量。在ADE窗口中点按钮，就会弹出EDV窗口，然后在此窗口中点CopyFrom，会自动从原理图中提出相应的变量，我们前边的vin会被自动提出。将其初始值设置为0，初值可以任意，但一定要有，否则仿真会出错，如图1.6所示。③选择分析类型。在ADE窗口中选Analyses→Choose,就会弹出分析类型对话框(即CA窗口)，然后选中dc，SaveDCOperatingPoints(为了方便观察管子的工作点而选)，在SweepVariable栏中选择DesignVariables,然后于VariableName栏输入要扫描的变量vin，具体设置如图1.8所示：（表示对vin做直流扫描，从0到1.8V）最后点击ok设置完毕。④输出设置。在ADE窗口中，选Outputs→ToBePlotted→SlectedOnSchematic。然后在电路图中选择想要观察电流的结点，本实验选二极管的阳极(注意：观察电流点击元件的pin脚，会出现一个彩色圆圈；观察电压点击相应的连线，连线会改变颜色)，选择完成后按键盘上的ESC键退出选择输出状态。在Analogdesignenvironment窗口中的Outputs输出部分就可以看到我们所选择的点。然后选Outputs→ToBePlotted→AddTo保存输出。点击Seession→SaveState保存当前仿真设置。完整的设置好的ADE对话框如图1.7所示：图1.7设置好的ADE窗口图1.6变量设置西安交通大学国家集成电路人才培养基地第5页，共26页1.4电路仿真参数设置完毕之后，就可以开始电路仿真了。方法是在ADE窗口中，选Simulation→NetlistandRun就开始仿真了，如果整个过程都没错，那么系统会自动输出二级管的I-V曲线，如图1.9所示。可以看到该二极管的阈值电压大约是0.75v左右。图1.9二极管的I-V特性曲线图1.8dc分析设置BJT和MOS晶体管的I-V特性第6页，共26页实验2BJT和MOS晶体管的I-V特性本实验学习测量BJT和MOS管的I-V特性，并观察BJT和MOS管的gm、ro、Vgs、Vds、寄生电容等参数。2.1BJT晶体管的I-V特性1、创建cellview(bjt)按照如图2.1所示画出电路图。用到的元件符号分别是analogLib库中的vdc、res、npn、gnd。三极管的Model名为npn18a100(可以从工艺库文件/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_bjt_spe.mdl中查到，其中18的意思为电压为1.8V，100代表晶体管发射区面积为100um2)。参数Multiplier代表该种npn晶体管并联的个数)，这里我们设为2，如图2.2所示。为了得到三极管的输入与输出特性曲线，我们把发射极电压和基极电压分别设为变量vce和vbe。图2.1电路图西安交通大学国家集成电路人才培养基地第7页，共26页2、输入特性三极管的输入特性是指当集电极电压Vce为常数时，基极与发射极间电压Veb与基极电流ib之间的关系。如同前一个实验介绍的方法，打开仿真窗口，先设置好model路径，模型文件依然选择/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib，注意section设为bjt_tt。然后添加变量vbe和vce。再按图2.3对话框设置好DC分析。其中DC分析是对vbe进行扫描，扫描范围从0到1.8V。vce的初始值设为1.5V。最后设置输出，这里我们要看的是基极电流，所以点击三极管的基极pin脚。图2.2bjt晶体管参数设置图2.3npn三极管输入特性仿真设置NetlistandRunBJT和MOS晶体管的I-V特性第8页，共26页然后点“NetlistandRun”进行仿真。得到的输入特性曲线如图2.4所示。横坐标是基极-射极电压vbe的变化，纵坐标是基极电流ib的变化。3、输出特性三极管的输出特性是指以iB为参变量的共射极电流iC与UCE之间的关系。先设置好AnalogDesignEnviroment对话框，注意这次DC分析所扫描的变量是vce，扫描范围为-0.3到1.8V。如图2.5所示：然后点Tools→Paratrmetric，弹出如图2.6所示的ParametricAnalysis窗口，进行参变图2.4三极管的输入特性曲线图2.5npn晶体管输出特性仿真设置西安交通大学国家集成电路人才培养基地第9页，共26页量设置。由于我们输入为电压源，无法把电流作为参变量，因此我们以vbe作为参变量。于VariableName栏输入参变量vbe，范围为-0.3到1.8。参变量扫描方式选为LinearSteps(线性步长改变)，步长设为0.3。如图2.6所示。然后点Analysis→Start，得到三极管输出特性曲线，如图2.7所示。每条曲线都是在vbe固定时，Ic随着Vce电压改变而变化的曲线，改变vbe得到许多条曲线。2.2MOS晶体管的I-V特性1、创建cellview并画出电路图。这一步和前面的方法一致，电路图的cell名可以自己取。图2.6参量扫描窗口图2.7三极管的输出特性曲线BJT和MOS晶体管的I-V特性第10页，共26页各元件参数如图2.8所示，用到的元件符号为analogLib库中的vdc、nmos4、vdd、gnd。两个电压源和mos管的参数设置如下所示，其中要注意电压源V0的DCvoltage值设为变量vgs。同样的电压源V1的值设为变量vds。图2.8电路图图2.9电压源的参数设置西安交通大学国家集成电路人才培养基地第11页，共26页nmos晶体管的模型为n18，这是1.8vnmos晶体管的模型，选择其栅长l为0.18um，栅宽w为2um，注意填入