TSPC锁存器的设计与HSPICE仿真
IC课程设计报告
题目TSPC锁存器的设计与HSPICE仿真学院
专业
班级
学生姓名
日期
指导教师（签字）
HSPICE简介
SPICE（Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis，以集成电路为重点的模拟程序）模拟器最初于20世纪70年代在berkeley开发完成，能够求解描述晶体管、电阻、电容以及电压源等分量的非线性微分方程。SPICE 模拟器提供了许多对电路进行分析的方法，但是数字VLSI电路设计者的主要兴趣却只集中在直流分析（DC analysis）和瞬态分析（transient analysis）两种方法上，这两种分析方法能够在输入固定或实时变化的情况下对节点的电压进行预测。SPICE程序最初是使用FORTRAN语言编写的，所以SPICE就有其自身的一些相关特点，尤其是在文件格式方面与FORTRAN有很多相似之处。现在，大多数平台都可以得到免费的SPICE版本，但是，往往只有商业版本的SPICE 才就有更强的数值收敛性。尤其是HSPICE，其在工业领域的应用非常广泛，就是因为其具有很好的收敛性，能够支持最新的器件以及互连模型，同事还提供了大量的增强功能来评估和优化电路。PSPICE也是一个商业版本，但是其有面向学生的限制性免费版本。本章所有实例使用的都是HSPICE，这些实例在平台版本的SPICE中可能不能正常运行。
虽然各种SPICE模拟器的细节随着版本和操作平台的不同而各不相同，但是所有版本的SPICE都是这样工作的：读入一个输入文件，生产一个包括模拟结果、警告信息和错误信息的列表文件。因为以前输入文件经常是以打孔卡片盒的方式提供给主机的，所以人们常常称输入文件为SPICE“卡片盒（deck）”，输入文件中的每一行都是一张“卡片”。输入文件包含一个由各种组件和节点组成的网表。当然输入文件也包含了一些模拟选项、分析指令以及器件模型。网吧可以通过手工的方式输入，也可以从电路图或者CAD工具的版图(layout)中提取。
一个好的SPICE“卡片盒”就好像是一段好的软件代码，必须具有良好的可读性、可维护性以及可重用性。适当地插入一些注释和空白间隔有助于提高“卡片盒”的可读性。一般情况下，书写SPICE“卡片盒”的最好方法就是：先找一个功能完备、正确的“卡片盒”范例，然后在此基础上对其进行修改。
二、要与要求
在两相时钟技术中，必须十分小心的对两个时钟信号进行布线以保证它们的重叠性最小。虽然CMOS提供了一种允许时钟偏差的解决办法，但还可以设计出只用单相位时钟的寄存器。由Yuan和Svensson提出的真单相钟控寄存器（TSPCR，True Single-Phase Clocked Register）使用单个时钟。它解决了上述问题。该锁存器主要是能够很好的解决上述问题，达到记录和保持数据的本领，在一定程度上解决了之前所遇到的问题。该锁存器能在CLK为高电平时记录并保存数据，在CLK为低电平时，即使出现IN为1，将对数据进行丢弃。通过HSPICE软件模拟，达到本次课程设计的目的。
关键字：课程设计，TSPC，HSPICE，真单相钟控寄存器
三、设计原理
下图【图1】是正锁存器的基本原理图。对于正锁存器，当CLK为高时，锁存器处于透明模式，相当于两个串联的反相器；因此锁存器是非反相的，并把输入传送到输出。反之，当CLK=0时，两个反相器都不起作用，锁存器处于维持状态。只有上拉网络起作用，而下拉网络则不工作。由于采用两级串联的方法，在这一模式下不会有任何信号可以从锁存器的输入传送到输出端。一个寄存器可
以通过串联正反锁存器来构成。其时钟负载与通常的传输门寄存器活CMOS寄存器类似。它主要优点是只用单相位时钟。
对于【图2】是反锁存器的基本原理图，它和正锁存器的原理是相似的。
四、程序设计方案
程序详单（*.sp）：
*TSPC
.OPIIONS POST
.TRAN 20ps 100ns
M1 1 IN VDD VDD PCH L=1U W=3U M2 OUT 1 VDD VDD PCH L=1U W=3U M3 1 CLK 2 2 NCH L=1U W=3U M4 OUT CLK 3 3 NCH L=1U W=3U M5 2 IN 0 0 NCH L=1U W=3U
M6 3 1 0 0 NCH L=1U W=3U
*电容C若取0.01p，波形结果会有一定的不同
C1 OUT 0 0.06p
VDD VDD 0 5
Vin IN 0 PULSE .2 3 2N 2N 2N 4N 22N
Vclk CLK 0 PULSE .2 2 1N 1N 1N 4N 15N
.MODEL NCH NMOS LEVEL=1
.MODEL PCH PMOS LEVEL=1
.END
设计原理：
该锁存器共需6个MOS管，其中2个PMOS，4个NMOS。在程序设计过程中，我们确定M1、M2为PMOS管，M3、M4、M5、M6为NMOS管，为了让实验效果明显，我们假定电容C为0.06pF。并且设定PMOS、NMOS 均为一级HSPICE模型。
五、方案的实现
1．HSPICE软件运行图
2．节点分析表
hspice仿真整理
§电路级和行为级仿真 §直流特性分析、灵敏度分析 §交流特性分析 §瞬态分析 §电路优化（优化元件参数） §温度特性分析 §噪声分析 例(Hspicenetlist for the RC network circuit)： .title A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .END 输出文件：一系列文本文件 ?*.ic：initial conditions for the circuit ?*.lis：text simulation output listing ?*.mt0,*.mt1…：post-processor output for MEASURE statements ?*.pa0 ：subcircuit path table ?*.st0 ：run-time statistics ?*.tr0 ,*.tr1…：post-processor output for transient analysis ?*.ac0,*.ac1…: post-processor output for AC analysis .TITLE 语句 .TITLE
TSPC锁存器的设计与HSPICE仿真
IC课程设计报告 题目TSPC锁存器的设计与HSPICE仿真学院 专业 班级 学生姓名 日期
指导教师（签字） HSPICE简介 SPICE（Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis，以集成电路为重点的模拟程序）模拟器最初于20世纪70年代在berkeley开发完成，能够求解描述晶体管、电阻、电容以及电压源等分量的非线性微分方程。SPICE 模拟器提供了许多对电路进行分析的方法，但是数字VLSI电路设计者的主要兴趣却只集中在直流分析（DC analysis）和瞬态分析（transient analysis）两种方法上，这两种分析方法能够在输入固定或实时变化的情况下对节点的电压进行预测。SPICE程序最初是使用FORTRAN语言编写的，所以SPICE就有其自身的一些相关特点，尤其是在文件格式方面与FORTRAN有很多相似之处。现在，大多数平台都可以得到免费的SPICE版本，但是，往往只有商业版本的SPICE 才就有更强的数值收敛性。尤其是HSPICE，其在工业领域的应用非常广泛，就是因为其具有很好的收敛性，能够支持最新的器件以及互连模型，同事还提供了大量的增强功能来评估和优化电路。PSPICE也是一个商业版本，但是其有面向学生的限制性免费版本。本章所有实例使用的都是HSPICE，这些实例在平台版本的SPICE中可能不能正常运行。 虽然各种SPICE模拟器的细节随着版本和操作平台的不同而各不相同，但是所有版本的SPICE都是这样工作的：读入一个输入文件，生产一个包括模拟结果、警告信息和错误信息的列表文件。因为以前输入文件经常是以打孔卡片盒的方式提供给主机的，所以人们常常称输入文件为SPICE“卡片盒（deck）”，输入文件中的每一行都是一张“卡片”。输入文件包含一个由各种组件和节点组成的网表。当然输入文件也包含了一些模拟选项、分析指令以及器件模型。网吧可以通过手工的方式输入，也可以从电路图或者CAD工具的版图(layout)中提取。 一个好的SPICE“卡片盒”就好像是一段好的软件代码，必须具有良好的可读性、可维护性以及可重用性。适当地插入一些注释和空白间隔有助于提高“卡片盒”的可读性。一般情况下，书写SPICE“卡片盒”的最好方法就是：先找一个功能完备、正确的“卡片盒”范例，然后在此基础上对其进行修改。
Hspice 简明手册
Hspice简明手册 Hspice简明手册 Hspice是一个模拟电路仿真软件，在给定电路结构和元器件参数的条件下，它可以模拟和 计算电路的各种性能。用Hspice分析一个电路，首先要做到以下三点： （1）给定电路的结构（也就是电路连接关系）和元器件参数（指定元器件的参数库）； （2）确定分析电路特性所需的分析内容和分析类型（也就是加入激励源和设置分析类 型）； （3）定义电路的输出信息和变量。 Hspice规定了一系列输入，输出语句，用这些语句对电路仿真的标题，电路连接方式，组 成电路元器件的名称，参数，模型，以及分析类型，以及输出变量等进行描述。 一Hspice输入文件的语句和格式 Hspice输入文件包括电路标题语句，电路描述语句，分析类型描述语句，输出描述语句， 注释语句，结束语句等六部分构成，以下逐一介绍：
1 电路的标题语句 电路的标题语句是输入文件的第一行，也成为标题行，必须设置。它是由任意字母和字 符串组成的说明语句，它在Hspice的title框中显示。 2 电路描述语句 电路描述语句由定义电路拓扑结构和元器件参数的元器件描述语句，模型描述语句和电 源语句等组成，其位置可以在标题语句和结束语句之间的任何地方。（1）电路元器件 Hspice要求电路元器件名称必须以规定的字母开头，其后可以是任意数字或字母。除 了名称之外，还应指定该元器件所接节点编号和元件值。 电阻，电容，电感等无源元件描述方式如下： R1 1 2 10k (表示节点1 与2 间有电阻R1,阻值为10k 欧) C1 1 2 1pf (表示节点1 与2 间有电容C1,电容值为1pf) L1 1 2 1mh (表示节点1 与2 间有电感L1,电感值为1mh) 半导体器件包括二极管，双极性晶体管，结形场效应晶体管，MOS 场效应晶体管等， 这些半导体器件的特性方程通常是非线性的，故也成为非线性有源元件。在电路CAD工具 进行电路仿真时，需要用等效的数学模型来描述这些器件。 （a）二极管描述语句如下：
(完整版)HSPICE与CADENCE仿真规范与实例..
电路模拟实验专题 实验文档
一、简介 本实验专题基于SPICE（Simulation Program With Integrated Circuit）仿真模拟，讲授电路模拟的方法和spice仿真工具的使用。 SPICE仿真器有很多版本，比如商用的PSPICE、HSPICE、SPECTRE、ELDO，免费版本的WinSPICE，Spice OPUS等等，其中HSPICE和SPECTRE功能更为强大，在集成电路设计中使用得更为广泛。因此本实验专题以HSPICE和SPECTRE作为主要的仿真工具，进行电路模拟方法和技巧的训练。 参加本实验专题的人员应具备集成电路设计基础、器件模型等相关知识。 二、Spice基本知识(2) 无论哪种spice仿真器，使用的spice语法或语句是一致的或相似的，差别只是在于形式上的不同而已，基本的原理和框架是一致的。因此这里简单介绍一下spice的基本框架，详细的spice语法可参照相关的spice教材或相应仿真器的说明文档。 首先看一个简单的例子，采用spice模拟MOS管的输出特性，对一个NMOS管进行输入输出特性直流扫描。V GS从1V变化到3V，步长为0.5V；V DS从0V变化到5V，步长为0.2V；输出以V GS为参量、I D与V DS之间关系波形图。 *Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5 .op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe *model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7 .end 描述的仿真电路如下图，
Hspice(中文实用版)
第一章概 论 §1.1 HSPICE简介 随着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工具提出越来越高的要求。自1972年美国加利福尼亚大学柏克莱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 （Simulation Program with ICEmphasis）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MetaSoftware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，它在柏克莱的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。HSPICE可与许多主要的EDA设计工具，诸如Candence,Workview等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。采用HSPICE软件可以在直流到高于100MHz的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。在实际应用中，HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时，其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。 §1.2 HSPICE的特点与结构 HSPICE除了具备绝大多数SPICE特性外，还具有许多新的特点，主要有： 优越的收敛性 精确的模型参数，包括许多Foundry模型参数 层次式节点命名和参考 基于模型和库单元的电路优化，逐项或同时进行AC，DC和瞬态分析中的优化 具备蒙特卡罗（Monte Carlo）和最坏情况（worst-case）分析 对于参数化单元的输入、出和行为代数化 具备较高级逻辑模拟标准库的单元特性描述工具 对于PCB、多芯片系统、封装以及IC技术中连线间的几何损耗加以模拟 在HSPICE中电路的分析类型及其内部建模情况如图1.2.1和图1.2.2所示：
TSPC锁存器的设计与HSPICE仿真设计
IC课程设计报告 题目 TSPC锁存器的设计与HSPICE仿真学院 专业 班级 学生姓名 日期 指导教师（签字）
HSPICE简介 SPICE（Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis，以集成电路为重点的模拟程序）模拟器最初于20世纪70年代在berkeley开发完成，能够求解描述晶体管、电阻、电容以及电压源等分量的非线性微分方程。SPICE 模拟器提供了许多对电路进行分析的方法，但是数字VLSI电路设计者的主要兴趣却只集中在直流分析（DC analysis）和瞬态分析（transient analysis）两种方法上，这两种分析方法能够在输入固定或实时变化的情况下对节点的电压进行预测。SPICE程序最初是使用FORTRAN语言编写的，所以SPICE就有其自身的一些相关特点，尤其是在文件格式方面与FORTRAN有很多相似之处。现在，大多数平台都可以得到免费的SPICE版本，但是，往往只有商业版本的SPICE 才就有更强的数值收敛性。尤其是HSPICE，其在工业领域的应用非常广泛，就是因为其具有很好的收敛性，能够支持最新的器件以及互连模型，同事还提供了大量的增强功能来评估和优化电路。PSPICE也是一个商业版本，但是其有面向学生的限制性免费版本。本章所有实例使用的都是HSPICE，这些实例在平台版本的SPICE中可能不能正常运行。 虽然各种SPICE模拟器的细节随着版本和操作平台的不同而各不相同，但是所有版本的SPICE都是这样工作的：读入一个输入文件，生产一个包括模拟结果、警告信息和错误信息的列表文件。因为以前输入文件经常是以打孔卡片盒的方式提供给主机的，所以人们常常称输入文件为SPICE“卡片盒（deck）”，输入文件中的每一行都是一张“卡片”。输入文件包含一个由各种组件和节点组成的网表。当然输入文件也包含了一些模拟选项、分析指令以及器件模型。网吧可以通过手工的方式输入，也可以从电路图或者CAD工具的版图(layout)中提取。 一个好的SPICE“卡片盒”就好像是一段好的软件代码，必须具有良好的可读性、可维护性以及可重用性。适当地插入一些注释和空白间隔有助于提高“卡片盒”的可读性。一般情况下，书写SPICE“卡片盒”的最好方法就是：先找一个功能完备、正确的“卡片盒”范例，然后在此基础上对其进行修改。 二、要与要求 在两相时钟技术中，必须十分小心的对两个时钟信号进行布线以保证它们的
D锁存器版图设计实验报告
第一章：绪论 1.1 简介 1.1.1 集成电路 集成电路版图设计是电路系统设计与集成电路工艺之间的中间环节。通过集成电路版图设计，将立体的电路系统转变为二维平面图形。利用版图制作掩模板，就可以由这些图形限定工艺加工过程，最终还原为基于半导体材料的立体结构。 以最基本的MOS器件为例，工艺生产出的器件应该包含源漏扩散区、栅极以及金属线等结构层。按照电路设计的要求，在版图中用不同图层分别表示这些结构层，画好各个图层所需的图形，图形的大小等于工艺生产得到的器件尺寸。正确摆放各图层图形之间的位置关系，绘制完成的版图基本就是工艺生产出的器件俯视图。 器件参数如MOS管的沟道尺寸，由电路设计决定，等于有源区与栅极重叠部分的尺寸。其他尺寸由生产工艺条件决定，不能随意设定。 在工艺生产中，相同结构层相连即可导电，而不同结构层之间是由氧化层隔绝的，相互没有连接关系，只有制作通孔才能在不同结构层之间导电。与工艺生产相对应的版图中默认不同图层之间的绝缘关系，因此可以不必画氧化层，却必须画各层之间的通孔。另外，衬底在版图设计过程中默认存在，不必画出。而各个N阱、P阱均由工艺生产过程中杂质掺杂形成，版图中必须画出相应图形。 1.1.2 版图设计基本知识 版图设计是创建工程制图（网表）的精确的物理描述的过程，而这一物理描述遵守由制造工艺、设计流程以及仿真显示为可行的性能要求所带来的一系列约束。版图设计得好坏，其功能正确与否，必须通过验证工具才能确定。版图的验证通常包括三大部分：设计规则检查(DRC)、电学规则检查(ERC)和版图与电路图对照(LVS)。只有通过版图验证的芯片设计才进行制版和工艺流片。 设计规则的验证是版图与具体工艺的接口, 因此就显得尤为重要, Cadence 中进行版图验证的工具主要有dracula和diva。Dracula 为独立的验证工具, 不仅可以进行设计规则验证(DRC) , 而且可以完成电学规则验证(ERC)、版图与电路验证(LV S)、寄生参数提取(L PE) 等一系列验证工作, 功能强于Diva。 1.2 软件介绍 Cadence是一个大型的EDA软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC 设计、FPGA设计和PCB板设计。Cadence在仿真、电路图设计、自动布局布线、
hspice语法手册
Hspice语法手册 天津大学电信学院 陈力颖
Preface 最初写作本文的目的是希望提供一份中文版的Hspice手册从而方便初学者的使用，本文的缘起是几位曾经一起工作过的同事分别进入不同的新公司，而公司主要是使用Hspice，对于已经熟悉了Cadence的GUI界面的使用者转而面对Hspice的文本格式，其难度是不言而喻的，而Hspice冗长的manual（长达2000页以上）更让人在短时间内理不出头绪。鉴于我曾经使用过相当一段时间的Hspice，于是我向他们提供了一份简单而明了的handbook来帮助他们学习，本来是准备借助一个具体运放的设计例子，逐步完善成为一份case by case的教程，但由于工作比较浩大，加之时间的关系，一直难以完成，愈拖愈久，在几个朋友的劝说下，与其等其日臻完善后再发布，不如先行发布在逐步完善，以便可以让更多的朋友及早使用收益。本文虽通过网络发表，但作者保留全部的著作权，转载时务请通知本人。由于水平的有限，讨论范围的局限及错误不可避免，恳请读者指正。联系方式为e-mail: nkchenliy@https://www.360docs.net/doc/1b2974019.html,。
目录 一、HSPICE基础知识 (2) 二、有源器件和分析类型 (3) 三、输出格式和子电路 (4) 四、控制语句和OPTION语句 (6) 五、仿真控制和收敛 (7) 六、输入语句 (8) 七、统计分析仿真 (9) 天津大学电信学院 陈力颖 2006年２月
一、HSPICE基础知识 Avant! Start-Hspice（现在属于Synopsys公司）是IC设计中最常使用的电路仿真工 具，是目前业界使用最为广泛的IC设计工具，甚至可以说是事实上的标准。目前，一 般书籍都采用Level 2的MOS Model进行计算和估算，与Foundry经常提供的Level 49 和Mos 9、EKV等Library不同，而以上Model要比Level 2的Model复杂的多，因此 Designer除利用Level 2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。 本文将从最基本的设计和使用开始，逐步带领读者熟悉Hspice的使用，以便建立 IC设计的基本概念。文章还将对Hspice的收敛性做深入细致的讨论。 Hspice输入网表文件为.sp文件，模型和库文件为.inc和.lib，Hspice输出文件有运 行状态文件.st0、输出列表文件.lis、瞬态分析文件.tr#、直流分析文件.sw#、交流分析 文件.ac#、测量输出文件.m*#等。其中，所有的分析数据文件均可作为AvanWaves的 输入文件用来显示波形。 表1 Hspice所使用的单位 单位缩写含义 F(f) 1e-15 P(p) 1e-12 N(n) 1e-10 U(u) 1e-06 M(m) 1e-03 K(k) 1e+03 Meg(meg) 1e+06 G(g) 1e+09 T(t) 1e+12 DB(db) 20log10 注：Hspice单位不区分大小写 独立电压和电流源包括： 1. 直流源（DC）：
电路原理图设计及Hspice仿真
电路原理图设计及Hspice仿真 实验报告 学生姓名： 学号： 指导老师： 实验内容： 用EDP原理图设计软件设计出两级运算放大器的电路图 用Hspice软件完成此两级运算放大器的仿真 实验地点：***实验室 实验时间：2009年9月——2009年12月
实验任务： 根据运算放大器的设计要求(单位增益带宽、相位裕量、输入等效噪声、功耗等)，选择电路结构，详细分析了CMOS 运算放大器的所有性能参数，使用Level one 模型进行手工计算，设计出器件的几何尺寸，最后通过Hspice 仿真软件给出了性能指标的仿真结果。 实验思路： 两级运放可以同时实现较高增益和较大输出摆幅，其设计思路是将增益和摆幅要求分别处理，而不是在同一级中兼顾增益与摆幅。即运用第一级放大器得到高增益，可以牺牲摆幅，第二级放大器主要实现大输出摆幅，以补偿第一级牺牲的摆幅，并进一步提升增益，从而克服了单级运放增益与摆幅之间的矛盾，同时实现高增益和大摆幅。 实验指标： 开环增益≥80DB； 共模抑制比≥60DB； 相位裕度≥60°； 实验步骤： 一、用EDP原理图设计软件设计两级运算放大器的电路图，电路图如图一所示： 图一：CMOS两级运算放大器电路图 1、电路工作原理： 信号由差分对管两端输入，差模电压被转化为差模电流，差模电流作用在电流镜负载上又转化成差模电压，信号电压被第一次放大后被转化为单端输出，随即进入共源级再一次被放大后从漏端输出。电路特点是通过两级结构可以同时满足增益和输出摆幅的要求，即第一级提供高增益，可以牺牲摆幅，第二级弥补摆幅，同时进一步增大增益。 2、电路主体结构 由两个两个单级放大器构成，分别是：差分输入级和共源增益级。辅助电路为偏置电路和频率补偿电路。差分输入级采用PMOS 输入对管，NMOS 电流镜负载；共源级采用NMOS 放大管，PMOS 负载管；由六个MOS 管和一个电阻构成的电流源为两级放大电路提供偏置，另外还为频率补偿MOS 管提供偏压；一个NMOS 管和一个电容构成频率补偿电路，连接在共源级的输入输出之间作为密勒补偿。图一中分别命名为M1到M13。
CMOS实验课1HSPICE介绍
HSPICE介绍 1、为什么要使用Hspice进行电路仿真 Avant! Star_Hspice（Synopsys公司）是IC设计中最长用的仿真工具，是目前业界使用最为广泛的IC设计工具，甚至可以说是事实上的标准。目前，一般的书籍中都采用比较简单的MODEL对MOS 电路进行计算和估算。而工艺厂商提供的MODEL往往要高级的多、复杂的多。因此设计者除了利用书本上的公式对电路进行估算外，还需要使用更高级的MODEL对电路进行精确的仿真，这就有赖于仿真工具的使用，如Hspice，Spectre。 2、Hspice仿真的流程
3、Hspice所使用的单位（不区分大小写） 4、输入文件格式（.net /.sp）
5、电路元器件在Hspice文件中的表示方法 在器件名字前面加上前缀字符，即可被Hspice程序识别，如：MOS器件前缀为：M BJT器件前缀为：Q Diode器件前缀为：D 子电路的前缀为：X 电阻、电容、电感的前缀分别为R、C、L 下面表示一个器件名为M1的MOS管 MM1 ND NG NS NB MNAME L=VAL W=VAL M=VAL 下面表示一个器件名为C1的电容 CC1 net1 net2 1pf 定义子电路的语句如下： .SUBCKT SUBNAM（子电路的名字） 1 2 3 4（子电路外部节点）例子： .SUBCKT 2NAND 1 2 3 (描述电路结构) .ENDS 2NAND 调用子电路时，使用X前缀加实例名，将SUBCKT实例化，如： .XOPAMP1 4 5 6 OPAMP 6、信号源描述（激励描述）： 电压源－V，电流源－I Vxxx/Ixxx n+ n- <
计组课设alu设计和4位锁存器设计
计算机与通信工程学院 计算机组成原理课程设计 专业名称计算机科学与技术 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2017.12.23~2018.1.3
课程设计任务书 专业：计算机科学与技术学号：学生姓名（签名）：设计题目： 一、设计实验条件 综合楼1207实验室 硬件：PC机 软件：Xilinx ISE ModelSim 编程语言：VHDL 二、设计任务及要求 设计任务： 1.7、16、29、42号指令的设计； 2.模型机的ALU； 3.4位锁存器； 要求： ●总线结构:单总线，数据总线位数8位、地址总线8 位； ●存储器:内存容量64K*8bit ●控制器:用硬联线控制器实现26位微操作控制信号 ●运算器:单累加器，实现加、减等8种操作 ●外设： ?输入：用开关输入二进制量 ?输出：7段数码管和LED显示 ●指令系统规模：64条指令，7种类型，5种寻址方式 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 题目：8位模型机设计-指令系统及ALU设计
设计内容如下： 1、指令系统设计： 2、模型机硬件设计 题目：模型机ALU设计（8功能ALU设计）。 功能：实现减法、减法、与、或、进位加法、进位减法、取反、输出。 3、逻辑电路设计 题目：4位锁存器设计 功能：只要时钟信号为逻辑“1”，锁存器就让输入数据传送至器输出端。 但是，在时钟信号为低电平的整个期间，其输出时钟保持不变。 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 融会贯通计算机组成原理课程的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各个模块的工作原理及互相联系的认识； 学习运用VHDL进行FPGA/CPLD设计的基本步骤和方法，熟悉EDA的设计、模拟调试工具的使用，体会FPGA/CPLD技术相对于传统开发技术的优点； 培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 【系统设计】 1.模型机逻辑框图
完整版HSPICE与CADENCE仿真规范与实例
电路模拟实验专题 实验文档 一、简介 Simulation Program With Integrated Circuit）仿真模拟，SPICE（本实验专题基于讲授电路模拟的方法和spice仿真工具的使用。 SPICE仿真器有很多版本，比如商用的PSPICE、HSPICE、SPECTRE、ELDO，免费版本的WinSPICE，Spice OPUS等等，其中HSPICE和SPECTRE功能更为强大，在集成电路设计中使用得更为广泛。因此本实验专题以HSPICE和SPECTRE作为主要的仿真工具，进行电路模拟方法和技巧的训练。 参加本实验专题的人员应具备集成电路设计基础、器件模型等相关知识。 二、Spice基本知识(2) 无论哪种spice仿真器，使用的spice语法或语句是一致的或相似的，差别只是在于形式上的不同而已，基本的原理和框架是一致的。因此这里简单介绍一下spice的基本框架，详细的spice 语法可参照相关的spice教材或相应仿真器的说明文档。
首先看一个简单的例子，采用spice模拟MOS管的输出特性，对一个NMOS管进行输入输出特性直流扫描。V从1V变化到3V，步长为0.5V；V从0V变化到5V，步长为DSGS0.2V；输出以V为参量、I与V之间关系波形图。DSGSD *Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5 .op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe *model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7 .end 描述的仿真电路如下图， 图2-1 MOS管输入输入特性仿真电路图 得到的仿真波形图如下图。 程序中可以知道spice电路描述的主要组成部分。从这个简单的spice 标题和电路结束语句（1）在输入的电路描述语句中输入的第一条语句必须是标题语句，最后一条必须是结束语句。在本例中， ←标题*Output Characteristics for NMOS ……. ……结束语句←.end 2电路描述语句）（器件模型等描述，另激励源、电路描述语句描述电路的组成和连接关系，包括元器件、外，如果电路是层次化的，即包含子电路，电路描述部分还包括子电路描述（。）.subckt元器采用不同的关键字作为元件名的第一个字母，要根据类型，在描述元器件时，NMOS件关键字见下表。如本例中，管的描述为：M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u 表示的意思为： 元器件关键字x D G S B 模型名宽=xx 长=xx 其中D：漏结点；G：栅结点；S：源结点；B：衬底结点。
FPGA和Verilog设计中的latch锁存器的问题
FPGA和Verilog设计中的latch锁存器的问题 一直都知道fpga中有latch这么一回事，但是一直都不太清楚到底什么是锁存器，它是怎么产生的，它到底和寄存器有多少区别，它怎么消除。为什么说他不好？ 一，是什么 锁存器是一种在异步时序电路系统中，对输入信号电平敏感的单元，用来存储信息。一个锁存器可以存储1bit的信息，通常，锁存器会多个一起出现，如4位锁存器，8位锁存器。 锁存器在数据未锁存时，输出端的信号随输入信号变化，就像信号通过一个缓冲器，一旦锁存信号有效，则数据被锁存，输入信号不起作用。因此，锁存器也被称为透明锁存器，指的是不锁存时输出对于输入是透明的。 二锁存器与寄存器的区别： 两者都是基本存储单元，单锁存器是电平触发的存储器，触发器是边沿触发的存储器。本质是，两者的基本功能是一样的，都可以存储数据。意思是说一个是组合逻辑的，一个是在时序电路中用的，时钟出发的。 三，锁存器的危害： 对毛刺敏感，不能异步复位，所以上电以后处于不确定的状态； Latch会使静态时序分析变得非常复杂； 在PLD芯片中，基本的单元是由查找表和触发器组成的，若生成锁存器反而需要更多的资源。 第三条也是最基本的原因。 四，产生的原因********ps重重之重 上面说了那没多只是觉得网上的没把锁存器说明白。下面的才是重点。
1，case 2，if-------else if 3，always@（敏感信号表） 五解决 1.case——————加default： 关于defalut的情况：一是可以default：data=1‘bx；这个x表示未知，在综合时可以避免产生锁存器。在仿真时是红线表示。 二是default：data=0；这样产生一个默认的情况。 2.if-----------------------一定要有else语句。 3.always---------如是说道：在赋值表达式右边参与赋值的信号都必须在always@（敏感电平列表）中列出。 如果在赋值表达式右端引用了敏感电平列表中没有列出的信号，那么在综合时，将会为该没有列出的信号隐含地产生一个透明锁存器。 4. 付初值。好用的 六，怎么看到锁存器。 其实我挺讨厌网上说了好多的废话，到最后我都不知道是啥。所以我建议大家自己编成，在看看综合后的RTL图，以及技术RTL图，看看到底有什么不同，到底锁存器长啥样，漂亮不漂亮，嘿 嘿。以下是我的截图。供参考： 这个是我在case语句中加入了default语句的综合结果。
ASIC课程设计MOS输出级电路设计与Hspice仿真
ASIC课程设计MOS 输出级电路设计与Hspice仿真
目录 一．背景介绍................................... 错误!未定义书签。二．设计要求与任务................................ 错误!未定义书签。三．电路原理及设计方法............................ 错误!未定义书签。1．电阻负载共源级放大器电路原理分析..............错误!未定义书签。2．有源负载共源放大器设计方法....................错误!未定义书签。四．HSpice软件环境概述............................ 错误!未定义书签。1．简介 .........................................错误!未定义书签。2．特点 .........................................错误!未定义书签。3．界面预览 .....................................错误!未定义书签。五．设计过程...................................... 错误!未定义书签。六．结果和讨论.................................... 错误!未定义书签。七．设计心得...................................... 错误!未定义书签。八．库文件程序附录................................ 错误!未定义书签。
VHDL语言完成4位十进制计数器、4位锁存器、测频控制器的设计
电子设计自动化实验 实验名称综合性实验二、硬件描述语言的层次化设计 实验设备 （1）EDA实验箱(型号 ),（2）计算机,（3）EDA软件（QuartusII） 实验目的 1、熟悉EDA软件（QuartusII）的硬件描述语言输入设计方法； 2、掌握VHDL语言的层次化设计方法和仿真分析方法； 3、了解功能仿真、时序仿真和时序参数分析的意义。 实验容 1、用VHDL语言完成4位十进制计数器、4位锁存器、测频控制器的设计，包括 编译、综合、仿真；** 2、采用层次化设计的方法，用VHDL语言的元件例化语句写出4位十进制频率计的顶层文件，并分别给出其测频功能和时序仿真分析波形图，并加以分析；** 3、用EDA实验箱进行硬件验证，并分析测量结果;建议硬件测试实验电路采用NO.0 电路结构，待测信号F_IN接clock0；测频控制时钟CLK接clock2；** 4、在2基础上将其扩展为8位十进制频率计，或带译码输出的4位十进制频率计。实验报告要求 根据以上实验容写出实验报告： 1、简述4位频率计模块的工作原理及其设计、编译、仿真分析过程； 2、给出模块设计文件、仿真测试文件、仿真结果波形图及其分析报告； 3、简述硬件验证过程和验证结果。 1、简述4位频率计模块的工作原理
根据频率的定义和频率测量的基本原理，测定信号的频率必须有一个脉宽为1秒的对输入信号脉冲计数允许的信号；1秒计数结束后，计数值锁入锁存器的锁存信号和为下一测频计数周期作准备的计数器清0信号。 这3个信号可以由一个测频控制信号发生器产生，即TESTCTL，它的设计要，TESTCTL的计数使能信号CNT_EN能产生一个1秒脉宽的周期信号，并对频率计的每一计数器CNT10的ENA使能端进行同步控制。当CNT_EN高电平时，允许计数；低电平时停止计数，并保持其所计的脉冲数。 在停止计数期间，首先需要产生一个锁存信号LOAD，在该信号上升沿时，将计数器在前1秒钟的计数值锁存进各锁存器REG4B中，并由外部的7段译码器译出，显示计数值。 设置锁存器的好处是，显示的数据稳定，不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。锁存信号之后，必须有一清零信号RST_CNT对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。 每一个计数器CNT10有4位输出（0000~1001分别表示十进制中的0~9），因此需要用四片CNT10。四片CNT10应串接起来，当前一片CNT10产生进位信号后，由CARRY_OUT输出跳变高电平，引入下一片CNT10（也即输入时钟信号CLK）。 四位十进制计数器 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY CNT10 IS PORT (CLK,RST,EN : IN STD_LOGIC; CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); COUT : OUT STD_LOGIC ); END CNT10; ARCHITECTURE behav OF CNT10 IS BEGIN PROCESS(CLK, RST, EN) VARIABLE CQI : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN
Hspice 常见si仿真子电路集锦
Hspice常见子电路集锦 TDR_differential source： .subcktTDR_SOURCE+Ro+Cable D+_SOURCE D-_SOURCE Vin1 1 0 pulse(0 1 0 100e-12) *positive source voltage Rin1 1 2 50 * positive source voltage internal resistance T1 2 0 D+_SOURCE 0 Zo=50 Td=200e-12 *TDR positive port 50ohm cable Vin2 4 0 pulse(0 -1 0 100e-12) *negative source voltage Rin2 4 5 50 * negative source voltage internal resistance T2 5 0 D-_SOURCE 0 Zo=50 Td=200e-12 *TDR negative port 50ohm cable .ends * TDR_differential termination .subcktTDR_Termination_R D+_T_R D-_T_R RD+ D+_T_R 0 50 RD- D-_T_R 0 50 .ends 统计眼图分析步骤： *Incident port definitions p1tx_in+ tx_in- 0 port=1 p2 in 0 port=2 Probe port definitions p3rxout+ rxout- 0 port=3 p4 out 0 port=4 Analysis statement .stateye T = 400p trf=20p + incident_Port= 1, 2 + probe_port = 3, 4 + Rj = 5p, 5p, 2p, 2p tran_init = 50 + T_resolution = 300 V_resolution = 300 Print, probe, and measure statements .print stateyeeye(4) .print stateyeber(3) .print stateyebathtubV(3, 0.9) .print stateyebathtubT(4, 1n) .probe stateyeeye(4) .probe stateyeber(3) .probe stateyebathtubV(3, 0.9)
EDA 74LS3738位三态锁存器设计
74LS3738位三态锁存器设计 1.设计背景和设计方案 利用元件例化语句和FOR_GENERATE语句完成一个8位三态锁存器。 图(1) 74LS373引脚图 定义的端口信号D为数据输入端；Q为数据输出端；OE为输出能端，若OE=1，则Q8~Q1的输出为高阻态，若OE=0，则输出保存在锁存器中；G为数据锁存控制端，若G=1，D8~D1输入端的信号进入74LS373中的8位锁存器中，若G=0,74LS373中的8位锁存器将保持原先锁入的信号值不变。 2.方案实施 2.1 VHDEL程序如下 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY SN74373 IS PORT (D : IN STD_LOGIC_VECTOR( 8 DOWNTO 1 ); OEN ,G : IN STD_LOGIC; Q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 1)); END ENTITY SN74373; ARCHITECTURE two OF SN74373 IS SIGNAL sigvec_save : STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 1); BEGIN ProCESS(D, OEN, G, sigvec_save) BEGIN IF OEN = '0' THEN Q <= sigvec_save; ELSE Q <= "ZZZZZZZZ"; END IF; IF G = '1' THEN sigvec_save <=D; END IF; END PROCESS; END ARCHITECTURE two; ARCHITECTURE one OF SN74373 IS COMPONENT Latch PORT ( D, ENA : IN STD_LOGIC;
超高速低压CMOS-CML缓冲器和锁存器的设计
超高速低压CMOS CML缓冲器和锁存器的设计 摘要-一个超高速电流模式逻辑（CML）的综合研究和新型再生CML锁存器的设计将会被说明。首先，提出一种新的设计过程，系统地设计了一个锥形的CML缓冲器链。接下来，将介绍两个高速再生锁存电路，能够在超高速数据速率运行。实验结果表明，这种新的锁存结构相比传统的CML锁存电路在超高频率有更高的性能。它也表明，无论是通过实验以及使用效率的分析模型，为什么CML缓冲器优于CMOS反相器在高速低压的应用。 1.引言 电信网络传输的数据量迅速增长，最近引起对千兆通信网络的高速电路设计的重视。波分复用（WDM）和时分多路复用（TDM）将是发达国家在下一代传输系统使用的。大量的容量传输实验已经使用每一个通道数据速率为10Gb/s的用于SONET OC-192和40Gb/s的用于SONET OC-768的WDM系统。高速集成电路（IC）技术，具有很高的数据速率，因此用于WDM和TDM系统。纳米CMOS技术的进步已使CMOS集成电路接替砷化镓和InP器件迄今声称的领域。 设计一个高速CMOS电路在MOS器件操作非常具有挑战性。在千兆系统块，通信系统需要由利用最少数量有源器件的简单电路来实现。部分在通信收发器处理高速信号的电路块可能要放弃使用pMOS器件，因为它们低劣的单位增益频率。这反过来对超高速电路设计有约束。 缓冲器和锁存器是许多有一个通信收发器和一个串行链路的高速块的核心。作为一个千兆通信系统的例子，图1描绘了一个典型的光收发器的框图。前端的电流模式逻辑（CML）的锥形缓冲区链，串行到并行的转换器，时钟和数据恢复（CDR），复用器和解复用器广泛使用高速缓冲器和锁存器。传统的CMOS反相器显示出一些缺点，使得它们不能被广泛使用于高速低压电路。首先，
一位全加器HSPICE设计分解
设计一·四路与非电路的Hspice设计。 设计二·一位全加器电路的Hspice设计。 专业电子科学与技术 学号 学生姓名 指导老师汪再兴
设计一·四路与非门的设计 一·设计目的： 1、学习使用电路设计与仿真软件HSPICE ，练习用网表文件来描述模拟电路，并熟悉应用HSPICE 内部元件库； 2、熟悉用MOS 器件来设计四位逻辑输入与非门电路。 二·原理（说明） 1．与非门 与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，则输出为0 2．4路与非门结构及原理： A D C B 当输入端A 、B 、C 、D 中只要有一个为低电平时，就会使与它相连的NMOS 管截止，与它相连的PMOS 管导通，输出为高电平；仅当A 、B 、C 、D 全为高电平时，才会使四个串联的NMOS 管都导通，使四个并联的PMOS 管都截止，输出为低电平。
4路与非门mos管的电路图： 三·设计过程： Hspice要进行仿真的时候，应事先编写好网表文件，再通过导入网表文件进行仿真。 输入的网表文件（.sp）包含以下内容： (1)电路网表（子电路和宏，电源等） （2）声明所要使用的库 （3）说明要进行的分析 （4）说明所要求的输出 输入的网表文件和库文件可以由原理图的网表生成器或者文本编写产生。输入的网表文件中的第一行必须是标题行，并且.ALTER辅助模型只能出现在文件最后的.end语句之前，除此之外，其他语句可任意排列。 通过文本编写好的网表文件如下 4NAND CMOS .OPTIONS LIST NODE POST .OP .TRAN 200P 60N M1 OUT 4 VCC VCC PCH L=1U W=20U