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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH - o0o - THIẾT KẾ VI MẠCH TƯƠNG TỰ Lab1: Khảo sát hoạt động pmos, nmos current mirror GCD PSPICE Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2018 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM PSPICE 1.1 Khảo sát Id mạch hình 2b 1.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c 1.3 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-1 1.3.1 Trường hợp W/L khác 1.3.2 Trường hợp W/L giống 1.4 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-2 1.4.1 Trường hợp W/L khác 10 1.4.2 Trường hợp W/L giống 10 KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM GCD VÀ HSPICE 12 3.1 Khảo sát Id mạch hình 2b 12 3.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c 13 3.3 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-1 15 3.3.1 Trường hợp W/L giống 15 3.3.2 Trường hợp W/L khác 16 3.4 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-2 18 3.4.1 Trường hợp W/L giống 18 3.4.2 Trường hợp W/L khác 20 2|Page DANH MỤC HÌNH ẢNH Figure Mạch Figure Mô tả spice cho mạch Figure Thư viện level3 CMOS Figure Waveform Id Figure Mô tả spice pMOS Figure Waveform pMOS Figure Mạch curent mirror dùng nMOS Figure Mô tả spice cho mạch Figure Waveform cho mạch Figure 10 Mô tả spice cho mạch Figure 11 Waveform cho mạch Figure 12 Mạch curent mirror dùng nMOS 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 dựa 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 3|Page KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM PSPICE 1.1 Khảo sát Id mạch hình 2b Figure Mạch Với VSB = 0:5:1, VGS 0:2:1 Tiến hành viết mô tả ngôn ngữ spice sau: Figure Mô tả spice cho mạch Trong đó, thư viện cmos_l3.lib mơ tả thơng số level3 nmos pmos sau 4|Page Figure Thư viện level3 CMOS Thực mơ trace tín hiệu Id, kết hình bên Figure Waveform Id 1.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c Tiến hành viết mơ tả ngôn ngữ spice sau 5|Page Figure Mô tả spice pMOS Thư viện include mô tả Figure Figure Waveform pMOS 6|Page 1.3 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-1 Figure Mạch curent mirror dùng nMOS 1.3.1 Trường hợp W/L khác Tiến hành viết mô tả ngôn ngữ spice sau: Figure Mô tả spice cho mạch Thư viện include mô tả Figure 7|Page Figure Waveform cho mạch 1.3.2 Trường hợp W/L giống Tiến hành viết mô tả ngôn ngữ spice với định nghĩa Vout có giá trị 3.3V VDD chạy từ tới 5V, bước nhảy 1m Figure 10 Mô tả spice cho mạch Thư viện include mô tả Figure 8|Page Figure 11 Waveform cho mạch 1.4 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-2 Figure 12 Mạch curent mirror dùng nMOS 9|Page 1.4.1 Trường hợp W/L khác Tiến hành viết mô tả ngôn ngữ spice sau: Figure 13 Mô tả spice cho mạch Thư viện include mô tả Figure Figure 14 Waveform cho mạch 1.4.2 Trường hợp W/L giống Tiến hành viết mô tả ngôn ngữ spice với định nghĩa Vout có giá trị 3.3V VDD chạy từ tới 5V, bước nhảy 1m 10 | P a g e Figure 15 Mô tả spice cho mạch Thư viện include mô tả Figure Figure 16 Waveform cho mạch 11 | P a g e KHẢO SÁT TRÊN PHẦN MỀM GCD VÀ HSPICE 3.1 Khảo sát Id mạch hình 2b Tiến hành vẽ lại mạch 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 option ARTIST=2 PSF=2 temp 25 include './reference_models.inc' *Custom Designer (TM) Version E-2011.03 *Sat Nov 10:11:42 2017 GLOBAL gnd! m0 net21 net24 gnd! net26 N w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 v3 net24 gnd! dc=2 v2 gnd! net26 dc=5 v1 net21 gnd! dc=5 dc v2 1m v3 0.5 option opfile=1 split_dp=1 probe dc i1(m0) end 12 | P a g e Sử dụng Custom Waveview để kiểm tra netlist Figure 18 Waveform mô dựa thư viện 90RF 3.2 Khảo sát dòng Id pMOS (đặc tính I – V) – 2c Tiến hành vẽ lại mạch GCD: Figure 19 Schematic PMOS 13 | P a g e Tiến hành trích xuất netlist spice: * Generated for: HSPICE * Design library name: vmtt * Design cell name: 2c * Design view name: schematic option PARHIER = LOCAL option ARTIST=2 PSF=2 temp 25 include './reference_models.inc' *Custom Designer (TM) Version E-2011.03 *Sat Nov 10:27:41 2017 m0 gnd! net6 net4 vdd! P w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 v2 net6 gnd! dc=5 v1 net4 gnd! dc=5 dc v1 -5 1m v2 -1.8 0.3 option opfile=1 split_dp=1 probe dc i3(m0) end Sử dụng Custom Waveview để kiểm tra netlist Figure 20 Waveform PMOS 14 | P a g e 3.3 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-1 3.3.1 Trường hợp W/L giống Tiến hành vẽ lại mạch 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 option ARTIST=2 PSF=2 temp 25 include './reference_models.inc' *Custom Designer (TM) Version E-2011.03 *Sat Nov 10:59:31 2017 GLOBAL gnd! v7 net35 gnd! dc=1.8 v6 net37 gnd! dc=1.8 m5 net37 net37 gnd! gnd! N w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 m4 net35 net37 gnd! gnd! N w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 dc v6 1.8 1m option opfile=1 split_dp=1 probe dc i1(m4) i1(m5) end 15 | P a g e Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist Figure 22 Waveform curent mirror using nmos 3.3.2 Trường hợp W/L khác Tiến hành vẽ lại mạch GCD: Figure 23 Schematic current mirror using nmos 16 | P a g e Tiến hành trích xuất netlist spice: * * * * Generated for: HSPICE Design library name: vmtt Design cell name: 2d Design view name: schematic option PARHIER = LOCAL option ARTIST=2 PSF=2 temp 25 include './reference_models.inc' *Custom Designer (TM) Version E-2011.03 *Sat Nov 10:59:31 2017 GLOBAL gnd! v7 net35 gnd! dc=1.8 v6 net37 gnd! dc=1.8 m5 net37 net37 gnd! gnd! N w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 m4 net35 net37 gnd! gnd! N w=20u l=1u nf=1 m=1 ad=4.4p as=4.4p pd=20.44u ps=20.44u + nrd=11.0m nrs=11.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 dc v6 1.8 1m option opfile=1 split_dp=1 probe dc i1(m4) i1(m5) end 17 | P a g e Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist Figure 24 Waveform current mirror using nmos Nhận xét: Khi W/L CMOS nhau, giá trị I cho Khi có chênh lệnh, CMOS có tỉ lệ W/L cao có dòng lớn 3.4 Khảo sát Iref Iout mạch 2d-2 3.4.1 Trường hợp W/L giống Tiến hành vẽ lại mạch GCD: Figure 25 Schematic current mirror using pmos 18 | P a g e Tiến hành trích xuất netlist spice: * Generated for: HSPICE * Design library name: vmtt * Design cell name: 2c * Design view name: schematic option PARHIER = LOCAL option ARTIST=2 PSF=2 temp 25 include './reference_models.inc' *Custom Designer (TM) Version E-2011.03 *Sat Nov 11:21:30 2017 GLOBAL vdd! v12 net52 net54 dc=1.8 m11 net54 net47 net52 vdd! P w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 m10 net54 net47 net52 vdd! P w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 dc v12 1.8 1m option opfile=1 split_dp=1 probe dc i1(m10) i1(m11) end 19 | P a g e Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist Figure 26 Waveform current mirror using pmos 3.4.2 Trường hợp W/L khác Tiến hành vẽ lại mạch GCD: Figure 27 Schematic current mirror using nmos 20 | P a g e Tiến hành trích xuất netlist spice: * * * * Generated for: HSPICE Design library name: vmtt Design cell name: 2c Design view name: schematic option PARHIER = LOCAL option ARTIST=2 PSF=2 temp 25 include /reference_models.inc' *Custom Designer (TM) Version E-2011.03 *Sat Nov 11:23:57 2017 GLOBAL vdd! v12 net52 net54 dc=1.8 m11 net54 net47 net52 vdd! P w=10u l=1u nf=1 m=1 ad=2.2p as=2.2p pd=10.44u ps=10.44u + nrd=22.0m nrs=22.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 m10 net54 net47 net52 vdd! P w=20u l=1u nf=1 m=1 ad=4.4p as=4.4p pd=20.44u ps=20.44u + nrd=11.0m nrs=11.0m sa=0.22u sb=0.22u sd=0 dc v12 1.8 1m option opfile=1 split_dp=1 probe dc i1(m10) i1(m11) end 21 | P a g e Sử dụng Hspice để kiểm tra netlist Figure 28 Waveform current mirror using pmos Nhận xét: Khi W/L CMOS nhau, giá trị I cho Khi có chênh lệnh, CMOS có tỉ lệ W/L cao có dòng lớn 22 | P a g e