设计一 四位与非门的电路设计
电路四输入与非门设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：电子1003班指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院题目: CMOS四输入与非门电路设计初始条件：计算机、ORCAD软件、L-EDIT软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习ORCAD软件、L-EDIT软件。
（2）设计一个CMOS四输入与非门电路。
（3）利用ORCAD软件、L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：2013.11.22布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。
2013.11.25-11.27学习ORCAD软件、L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。
2013.11.28-12.5对CMOS四输入与非门电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2013.12.6 提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)2 设计内容及要求 (2)2.1 设计的目的及主要任务 (2)2.2 设计思想 (2)3软件介绍 (3)3.1 OrCAD简介 (3)3.2 L-Edit简介 (4)4 COMS四输入与非门电路介绍 (5)4.1 COMS四输入与非门电路组成 (5)4.2 四输入与非门电路真值表 (6)5 Cadence中四输入与非门电路的设计 (7)5.1 四输入与非门电路原理图的绘制 (7)5.2 四输入与非门电路的仿真 (8)6 L-EDIT中四输入与非门电路版图的设计 (10)6.1 版图设计的基本知识 (10)6.2 基本MOS单元的绘制 (11)6.3 COMS四输入与非门的版图设计 (13)7课程设计总结 (14)参考文献 (15)与非门是一种非常常用的数字门电路，本文详细介绍了基于CMOS管的L-EDIT环境下的四输入与非门电路设计仿真及版图布局设计验证。
数字电子技术基础教材第四章答案
习题44－1 分析图P4－1所示得各组合电路,写出输出函数表达式,列出真值表,说明电路得逻辑功能。
解:图(a):;;真值表如下表所示:其功能为一位比较器。
A>B时,;A=B时,;A<B时,图(b):真值表如下表所示:功能:一位半加器,为本位与,为进位。
图(c):真值表如下表所示:功能:一位全加器,为本位与,为本位向高位得进位。
图(d):;;功能:为一位比较器,A<B时,＝1;A=B时,＝1;A>B时,＝14－2 分析图P4－2所示得组合电路,写出输出函数表达式,列出真值表,指出该电路完成得逻辑功能。
解:该电路得输出逻辑函数表达式为:因此该电路就是一个四选一数据选择器,其真值表如下表所示:,当M＝1时,完成4为二进制码至格雷码得转换;当M＝0时,完成4为格雷码至二进制得转换。
试分别写出,,,得逻辑函数得表达式,并列出真值表,说明该电路得工作原理。
解:该电路得输入为,输出为。
真值表如下:由此可得:完成二进制至格雷码得转换。
完成格雷码至二进制得转换。
4－4 图P4－4就是一个多功能逻辑运算电路,图中,,,为控制输入端。
试列表说明电路在,,,得各种取值组合下F与A,B得逻辑关系。
解:,功能如下表所示,两个变量有四个最小项,最多可构造种不同得组合,因此该电路就是一个能产生十六种函数得多功能逻辑运算器电路。
4－5 已知某组合电路得输出波形如图P4－5所示,试用最少得或非门实现之。
解:电路图如下:4－6 用逻辑门设计一个受光,声与触摸控制得电灯开关逻辑电路,分别用A,B,C表示光,声与触摸信号,用F表示电灯。
灯亮得条件就是:无论有无光,声信号,只要有人触摸开关,灯就亮;当无人触摸开关时,只有当无关,有声音时灯才亮。
试列出真值表,写出输出函数表达式,并画出最简逻辑电路图。
解:根据题意,列出真值表如下:由真值表可以作出卡诺图,如下图:C AB 00 10 11 100 1由卡诺图得到它得逻辑表达式为: 由此得到逻辑电路为:4－7 用逻辑门设计一个多输出逻辑电路,输入为8421BCD 码,输出为3个检测信号。
IC课程设计 四位与非门电路设计
兰州交通大学电子与信息工程学院I C 课程设计报告课题一：四位与非门电路设计课题二：三输入加法器电路专业电子科学与技术班级电子1001学号 201010024学生姓名牛昕炜设计时间 2012—2013学年第二学期目录目录------------------------------------------------------------- 2课程一四位与非门的电路设计------------------------------------ 4一概要--------------------------------------------------- 4二设计的原理---------------------------------------------- 41 两输入与非门--------------------------------------- 42 四输入与非门符号图及原理--------------------------- 43 电路图--------------------------------------------- 6三、课程设计的过程----------------------------------------- 61 网表文件-------------------------------------------- 62 打开网表文件仿真----------------------------------- 73 延时分析：------------------------------------------ 8课程二组合逻辑加法器------------------------------------------- 8一设计目的------------------------------------------------ 8二设计原理------------------------------------------------ 81 加法器真值表：-------------------------------------- 92 逻辑图---------------------------------------------- 93 电路图--------------------------------------------- 10三课程设计的过程---------------------------------------- 101 网表文件------------------------------------------ 102 打开网表文件仿真----------------------------------- 113 仿真分析（延时分析）------------------------------- 12四课程设计总结------------------------------------------- 13课程一四位与非门的电路设计一概要随着微电子技术的快速发展，人们生活水平不断提高，使得科学技术已融入到社会生活中每一个方面。
数字电子技术基础(第四版)课后习题答案_第三章
第3章[题3.1] 分析图P3.1电路的逻辑功能，写出Y 1、、Y 2的逻辑函数式，列出真值表，指出电路完成什么逻辑功能。
[解]BCAC AB Y BCAC AB C B A ABC Y ++=+++++=21)(B 、C 为加数、被加数和低位的进位，Y 1为“和”，Y 2为“进位”。
[题3.2] 图P3.2是对十进制数9求补的集成电路CC14561的逻辑图，写出当COMP=1、Z=0、和COMP=0、Z=0时，Y 1～Y 4的逻辑式，列出真值表。
[解]（1）COMP=1、Z=0时，TG 1、TG 3、TG 5导通，TG 2、TG 4、TG 6关断。
3232211 , ,A A Y A Y A Y ⊕===， 4324A A A Y ++=（2）COMP=0、Z=0时，Y 1=A 1， Y 2=A 2， Y 3=A 3， Y 4=A 4。
COMP =0、Z=0的真值表从略。
[题3.3] 用与非门设计四变量的多数表决电路。
当输入变量A 、B 、C 、D 有3个或3个以上为1时输出为1，输入为其他状态时输出为0。
[解] 题3.3的真值表如表A3.3所示，逻辑图如图A3.3所示。
ABCD D ABC D C AB CD B A BCD A Y ++++= BCD ACD ABC ABC +++=B C D A C D A B D A B C ⋅⋅⋅=[题3.4] 有一水箱由大、小两台泵M L 和M S 供水，如图P3.4所示。
水箱中设置了3个水位检测元件A 、B 、C 。
水面低于检测元件时，检测元件给出高电平；水面高于检测元件时，检测元件给出低电平。
现要求当水位超过C 点时水泵停止工作；水位低于C 点而高于B 点时M S 单独工作；水位低于B 点而高于A 点时M L 单独工作；水位低于A 点时M L 和M S 同时工作。
试用门电路设计一个控制两台水泵的逻辑电路，要求电路尽量简单。
[解] 题3.4的真值表如表A3.4所示。
四输入与非门版图
作业报告作业题目：画一个4输入与非门的版图，w=5~20. L =2~10.作业要求：（1）画出版图并进行设计规则检查，提取T-spice 网表文件（2）根据从版图中提取的参数，用T-space软件进行仿真，观测器输出波形。
（3）采用CMOS 2 um工艺。
（4）撰写设计报告，设计报告如有雷同均视为不及格，请各位妥善保管好自己的设计文档。
（5）提交报告的最后截止日期位6月10号。
一四输入与非门电路图如下图所示：四输入与非门的工作原理为：四输入端CMOS与非门电路，其中包括四个串联的N沟道增强型MOS管和四个并联的P沟道增强型MOS管。
每个输入端连到一个N沟道和一个P沟道MOS管的栅极。
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。
真值表如下所示：二版图的绘制这次作业要求四输入与非门的宽和长的范围是w=5~20. L =2~10。
我绘制的版图选取W=16 um L=2um ，绘制的过程为：（1）绘制接合端口Abut（2）绘制电源Vdd和Gnd，以及相应端口（3）绘制Nwell层（4）绘制N阱节点（5）绘制衬底节点（6）绘制Nselect区和Pselect区（7）绘制NMOS有源区和PMOS有源区（8）绘制多晶硅层（9）绘制NAND 4 的输入口（10）绘制NAND 4 的输出口（11）绘制NMOS有源区和PMOS的源极三T-spice仿真在绘制完版图之后，经过设计规则检查无误后就可以提取网表进行仿真了。
（1）版图的网表提取结果为：* Circuit Extracted by Tanner Research's L-Edit Version 13.00 / Extract Version 13.00 ; * TDB File: D:\20113250\youwenhao-NAND4.tdb* Cell: Cell0 Version 1.03* Extract Definition File: D:\Tanner EDA\Tanner Tools v13.0\ExampleSetup\lights.ext* Extract Date and Time: 06/10/2014 - 01:20.include "C:\Users\Administrator\Desktop\ml5_20.md"V1 Vdd Gnd 5va A Gnd PULSE (0 2.5 100n 2.5n 2.5n 100n 200n)vb B Gnd PULSE (0 2.5 50n 2.5n 2.5n 50n 100n)vc C Gnd PULSE (0 2.5 25n 2.5n 2.5n 25n 50n)vd D Gnd PULSE (0 2.5 12.5n 2.5n 2.5n 12.5n 25n).tran 1n 400n.print tran v(A) v(B) v(C) v(D) v(Out)* Warning: Layers with Unassigned FRINGE Capacitance.* <Pad Comment>* <Poly1-Poly2 Capacitor ID>* NODE NAME ALIASES* 1 = GND (34.5 , -41.5)* 2 = vdd (32, 15)* 3 = OUT (47.5 , 9)* 4 = D (84 , -6)* 5 = C (70.5 , -5.5)* 6 = B (59.5 , -6)* 7 = A (38 , -5)V1 Vdd Gnd 5va A Gnd PULSE (0 12.5 500n 12.5n 12.5n 5100n 1000n)vb B Gnd PULSE (0 12.5 250n 12.5n 12.5n 250n 500n)vc C Gnd PULSE (0 12.5 125n 12.5n 12.5n 125n 250n)vd D Gnd PULSE (0 12.5 62.5n 12.5n 12.5n 62.5n 125n).tran 1n 1000n.print tran v(D) v(C) v(B) v(A) v(Out)M1 Vdd 4 Out Vdd PMOS L=2u W=16u AD=88p PD=47u AS=60p PS=23.5u $ (44 37 46 53)M2 Out 5 Vdd Vdd PMOS L=2u W=16u AD=60p PD=23.5u AS=56p PS=23u $ (34.5 37 36.5 53)M3 Vdd 6 Out Vdd PMOS L=2u W=16u AD=56p PD=23u AS=112p PS=30u $ (25.5 37 27.5 53)M4 Out 7 Vdd Vdd PMOS L=2u W=16u AD=112p PD=30u AS=88p PS=47u $ (9.5 37 11.5 53)M5 Out 4 Out Gnd NMOS L=2u W=16u AD=120p PD=47u AS=60p PS=23.5u $ (44 0 46 16)M6 Out 5 Out Gnd NMOS L=2u W=16u AD=60p PD=23.5u AS=56p PS=23u $ (34.5 0 36.5 16)M7 Out 6 Out Gnd NMOS L=2u W=16u AD=56p PD=23u AS=112p PS=30u $ (25.5 0 27.516)M8 Out 7 Gnd Gnd NMOS L=2u W=16u AD=112p PD=30u AS=92p PS=47u $ (9.5 0 11.5 16)* Pins of element D1 are shorted:* D1 vdd vdd D_lateral $ (88 18.5 91 26.5)* Pins of element D2 are shorted:* D2 vdd vdd D_lateral $ (36 18.5 39.5 26.5)* Total Nodes: 11* Total Elements: 10* Total Number of Shorted Elements not written to the SPICE file: 0* Output Generation Elapsed Time: 0.001 sec* Total Extract Elapsed Time: 0.746 sec.END（2）提取的网表经过T-spice运行后的文件为：T-Spice - Tanner SPICET-Spice - Tanner SPICEVersion 13.00Standalone hardware lockProduct Release ID: T-Spice Win32 13.00.20080321.01:01:33Copyright ?1993-2008 Tanner EDAOpening output file "C:\Users\Administrator\Desktop\游文浩20113250\youwenhao-NAND4.out"Parsing "C:\Users\Administrator\Desktop\游文浩20113250\youwenhao-NAND4.spc"Initializing parser from header file "C:\Users\Administrator\Desktop\游文浩20113250\header.sp"Including "C:\Users\Administrator\Desktop\ml5_20.md"Loaded MOSLevel2 model library, SPICE Level 2 MOSFET revision 1.0Warning : Pulse period is too small, reset to rt + ft + pw = 5.125e-006Accuracy and Convergence options:numndset|dchold = 100Timestep and Integration options:relq|relchgtol = 0.0005Model Evaluation options:dcap = 2 defnrb = 0 [sq] defnrd = 0 [sq]defnrs = 0 [sq] tnom = 25 [deg C]General options:search = C:\Users\Administrator\Desktop temp = 25 [deg C]threads = 4Output options:acout = 1 ingold = 0Device and node counts:MOSFETs - 8 MOSFET geometries - 8BJTs - 0 JFETs - 0MESFETs - 0 Diodes - 0Capacitors - 0 Resistors - 0Inductors - 0 Mutual inductors - 0Transmission lines - 0 Coupled transmission lines - 0V oltage sources - 5 Current sources - 0VCVS - 0 VCCS - 0CCVS - 0 CCCS - 0V-control switch - 0 I-control switch - 0Macro devices - 0 External C model instances - 0HDL devices - 0Subcircuits - 0 Subcircuit instances - 0Independent nodes - 5 Boundary nodes - 6Total nodes - 11*** 1 WARNING MESSAGE GENERATED DURING SETUPParsing 0.00 secondsSetup 0.01 secondsDC operating point 0.00 secondsTransient Analysis 0.11 secondsOverhead 1.50 seconds-----------------------------------------Total 1.62 secondsSimulation completed with 1 Warning（3）仿真结果为：四作业总结：完成这次作业之后，我对于集成电路版图的绘制有了一个全新的认识，初步掌握了Tunner软件的使用以及T-spice仿真软件的使用。
用与非门设计一个四变量表决电路
⽤与⾮门设计⼀个四变量表决电路1 ⽤与⾮门设计⼀个四变量表决电路。
当变量A、B、C、D 有3个或3个以上为1时输出为Y1输⼊为其它状态时输出Y0。
2 ⽤与⾮门设计⼀个故障指⽰电路。
两台电动机同时⼯作时绿灯亮⼀台电动机发⽣故障时黄灯亮两台电动机同时发⽣故障时红灯亮。
写出详细的设计报告。
3 利⽤74LS151选择器实现3输⼊多数表决器。
写出详细的设计报告。
4 A、B、C 和D四⼈在同⼀实验室⼯作他们之间的⼯作关系是⑴A到实验室就可以⼯作⑵B必须C到实验室后才有⼯作可做⑶D只有A在实验室才可以⼯作。
请将实验室中没⼈⼯作这⼀时间⽤逻辑表达式表达出来。
5 设计⼀个解决如下问题的逻辑电路⼀盏路灯从四个地点A、B、C、D都能独⽴进⾏控制。
写出详细的设计报告。
6 旅客列车分特快、直快、慢车等三种。
它们的优先顺序由⾼到低依次是特快、直快、慢车。
试设计⼀个列车从车站开出的楼机电路7 试⽤74LS138实现下列逻辑函数允许附加门电路画出连线图。
CAY1 CACABY2 8 ⽤与⾮门设计⼀个ABC三⼈表决电路当表决某个提案时多数⼈同意提案通过同时A具有否决权。
写出详细的设计报告。
9 试⽤74LS151实现逻辑函数画出连线图。
1BCAY 2 YABC7531m 10 ⽤与⾮门设计如下电路在3个输⼊信号中A的优先权最⾼B次之C最低它们的输出分别是Y1Y2Y3要求同⼀时间内只有⼀个信号输出。
如有两个及两个以上的信号同时输⼊时则只有优先级最⾼的有输出。
写出详细的设计报告。
11 ⽤译码器实现下列逻辑函数画出连线图。
1 YABC6543m 2 YABC119531m 12 ⽤逻辑门电路实现以下电路输⼊⼀个四位⼆进制数当输⼊“1”的个数为偶数输出是“1”当输⼊“1”的个数为奇数时输出是“0”。
写出详细的设计报告。
13 有⼀密码电⼦锁锁上有四个锁孔A、B、C、D当按下A和D、或A和C、或B和D时再插⼊钥匙锁即打开。
若按错了键孔当插⼊钥匙时锁打不开并发出报警信号。
4位数字密码锁的设计
1技术指标用与非门设计一个4位或多位代码的数字锁，要求如下：A:设计一个保险箱用的多位代码数字锁，比如4位代码ABCD四个输入端和一个开锁用的钥匙插孔输入端E,当开箱时（E= 1），如果输入代码（例如ABCD= 1010）与设定的代码相同，则保险箱被打开，即输出端Z = 1,否则电路发出报警信号:B:进行电路仿真，并说明其工作原理。
2方案比较方案一：由4个单刀双掷开关构成密码开关，用户可以通过控制开关来控制A、B、C、D四个输入端的电平■的高低，进而控制输出电平■的高低以及报警信号的工作。
当输入端与设置的密码相符时，则输出为高电平，二极管亮，否则输出为低电平，并且发出报警，即蜂鸣器发出响声，至此完成电路的设计。
其电路图如图2.1图2.1方案一的电路图方案二：用4个异或门连接输入端，并分别丁反相器连接，再相与。
当输入密码与设置密码相同时，电路输出为高电平发光二极管不亮，当输入密码与设置密码不相同时，电路输出为低电平，发出报警，发光二极管亮。
其电路图如图6.13 Proteus软件介绍Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。
Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基丁原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus为您建立了完备的电子设计开发环境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果；功能最强的Proteus专业版也非常便宜，人人用得起，对高校还有更多优惠。
Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE®真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。
设计一四位与非门的电路设计
四位与非门的电路设计一、课程设计的目的1、学会使用电路设计与仿真软件工具Hspice，纯熟地用网表文件来描绘模拟电路，并熟悉应用Hspice内部元件库。
通过该实验，掌握Hspice的设计方法，加深对课程知识的感性认识，增强电路设计与综合分析才能。
2、本次课程设计是用Hspice软件来实现对四位与非门电路的设计与仿真，熟悉用MOS器件来设计四位逻辑输入与非门电路，理解用MOS器件设计与TTL与非门的优缺点。
二、课程设计的内容和要求1、内容：用仿真软件HSPICE，用网表文件来描绘模拟电路；2、要求：用MOS器件来设计四位逻辑输入与非门电路。
三、设计的原理1、四输入与非门符号图及原理AB真值表如下所示四输入端CMOS与非门电路，其中包括四个串联的N沟道增强型MOS管和四个并联的P沟道增强型MOS管。
每个输入端连到一个N沟道和一个P沟道MOS管的栅极。
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。
设计电路图如以下图所示：2、输入网表文件〔*.sp〕Hspice读入一个输入网表文件，并将模拟结果存在一个输出列表文件或图形数据文件中，输入文件<*.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〕说明要进展的分析〔4〕说明所要求的输出输入网表文件和库文件可以由原理图的四、课程设计的过程1、网表文件首先在orCAD中将上述原理图绘制出，仿真后确保电路图正确且可以实现与非功能，然后生成网表文件。
在文本文档中写出HSPICE 软件所要求的网表文件，并另存为*.sp文件。
网表文件如下：1ADDER Circuit.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 60NM1 1 A VCC VCC PCH L=2u W=4u M2 2 B VCC VCC PCH L=2u W=4u M3 3 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u M4 4 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u M5 0 A 1 1 NCH L=2u W=4uM6 0 B 2 2 NCH L=2u W=4uM7 5 2 3 3 NCH L=2u W=4uM8 0 1 5 5 NCH L=2u W=4uM9 6 B 3 3 NCH L=2u W=4uM10 0 A 6 6 NCH L=2u W=4uM11 0 2 4 4 NCH L=2u W=4uM12 0 1 4 4 NCH L=2u W=4uM13 7 3 VCC VCC PCH L=2u W=4u M14 8 C VCC VCC PCH L=2u W=4u M15 S 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u M16 10 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u M17 0 3 7 7 NCH L=2u W=4uM18 0 C 8 8 NCH L=2u W=4uM19 11 8 S S NCH L=2u W=4uM20 0 7 11 11 NCH L=2u W=4uM21 12 C S S NCH L=2u W=4uM22 0 3 12 12 NCH L=2u W=4uM23 0 8 10 10 NCH L=2u W=4uM24 0 7 10 10 NCH L=2u W=4uM25 13 0 VCC VCC PCH L=2u W=4uM26 C1 13 VCC VCC PCH L=2u W=4uM27 0 4 13 13 NCH L=2u W=4uM28 0 10 13 13 NCH L=2u W=4uM29 0 13 C1 C1 NCH L=2u W=4u注释：第三行.TRAN 200P 60N 表示瞬态分析步长为200ps，时间为60ns第四～十一行为电路连接关系描绘语句。
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四位与非门的电路设计
一、课程设计的目的
1、学会使用电路设计与仿真软件工具Hspice ，熟练地用网表文件来描述模拟电路，并熟悉应用Hspice 内部元件库。
通过该实验，掌握Hspice 的设计方法，加深对课程知识的感性认识，增强电路设计与综合分析能力。
2、本次课程设计是用Hspice 软件来实现对四位与非门电路的设计与仿真，熟悉用MOS 器件来设计四位逻辑输入与非门电路，了解用MOS 器件设计与TTL 与非门的优缺点。
二、课程设计的内容和要求
1、内容：用仿真软件HSPICE ，用网表文件来描述模拟电路；
2、要求：用MOS 器件来设计四位逻辑输入与非门电路。
三、设计的原理
1、四输入与非门符号图及原理
A OUTPUT
NAND4
1
2
3
45
D
C B
真值表如下所示
A B C D Y
0 0 0 0 1
0 0 0 1 1
0 0 1 0 1
0 0 1 1 1
0 1 0 0 1
0 1 0 1 1
0 1 1 0 1
0 1 1 1 1
1 0 0 0 1
1 0 0 1 1
1 0 1 0 1
1 0 1 1 1
1 1 0 0 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 0
四输入端CMOS与非门电路，其中包括四个串联的N沟道增强型MOS管和四个并联的P沟道增强型MOS管。
每个输入端连到一个N沟道和一个P沟道MOS管的栅极。
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。
设计电路图如下图所示：
2、输入网表文件（*.sp）
Hspice读入一个输入网表文件，并将模拟结果存在一个输出列表文件或图形数据文件中，输入文件<*.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网表文件和库文件可以由原理图的网表生成器或文本编辑器产生。
输入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，其它语句可以按任意顺序排列。
四、课程设计的过程
1、网表文件
首先在orCAD中将上述原理图绘制出，仿真后确保电路图正确且能够实现与非功能，然后生成网表文件。
在文本文档中写出HSPICE 软件所要求的网表文件，并另存为*.sp文件。
网表文件如下：
1ADDER Circuit
.OPTIONS LIST NODE POST
.TRAN 200P 60N
M1 1 A VCC VCC PCH L=2u W=4u
M2 2 B VCC VCC PCH L=2u W=4u
M3 3 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M4 4 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M5 0 A 1 1 NCH L=2u W=4u
M6 0 B 2 2 NCH L=2u W=4u
M7 5 2 3 3 NCH L=2u W=4u
M8 0 1 5 5 NCH L=2u W=4u
M9 6 B 3 3 NCH L=2u W=4u
M10 0 A 6 6 NCH L=2u W=4u
M11 0 2 4 4 NCH L=2u W=4u
M12 0 1 4 4 NCH L=2u W=4u
M13 7 3 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M14 8 C VCC VCC PCH L=2u W=4u
M15 S 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M16 10 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M17 0 3 7 7 NCH L=2u W=4u
M18 0 C 8 8 NCH L=2u W=4u
M19 11 8 S S NCH L=2u W=4u
M20 0 7 11 11 NCH L=2u W=4u
M21 12 C S S NCH L=2u W=4u
M22 0 3 12 12 NCH L=2u W=4u
M23 0 8 10 10 NCH L=2u W=4u
M24 0 7 10 10 NCH L=2u W=4u
M25 13 0 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M26 C1 13 VCC VCC PCH L=2u W=4u
M27 0 4 13 13 NCH L=2u W=4u
M28 0 10 13 13 NCH L=2u W=4u
M29 0 13 C1 C1 NCH L=2u W=4u
注释：
第三行.TRAN 200P 60N 表示瞬态分析步长为200ps，时间为60ns
第四～十一行为电路连接关系描述语句。
第十二行Vdd Vdd Gnd 5表示在节点Vdd，Gnd之间加5v直流电压。
第十三行V1 A Gnd PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N 表示在节点A和Gnd之间加一个脉冲源，低电平0.2v,高电平4.8v，延时2ns，上升沿1ns，下降沿1ns，脉冲宽度5ns，周期20ns
第十四行V2 B Gnd PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 8N 21N表示在节点B和Gnd之间加一个脉冲源，低电平0.2v,高电平4.8v，延时2ns，上升沿1ns，下降沿1ns，脉冲宽度8ns，周期21ns
第十五行V3 C Gnd PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 10N 22N表示在节点C和Gnd之间加一个脉冲源，低电平0.2v,高电平4.8v，延时2ns，上升沿1ns，下降沿1ns，脉冲宽度10ns，周期22ns
第十六行V4 D Gnd PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 15N 23N 表示在节点D和Gnd之间加一个脉冲源，低电平0.2v,高电平4.8v，延时2ns，上升沿1ns，下降沿1ns，脉冲宽度15ns，周期23ns
第十八，表示模型名PCH，管子类型为PMOS，使用的是一级模型。
2、打开网表文件仿真
在HSPICE软件点击open打开上面的网表文件，仿真，如下图所示：
点击Avanwaves如下图所示：
加入输出波形如图所示：
四、仿真分析
4.1 直流工作点分析
每种分析方式都以直流操作点分析开始，对DC.OP分析不收敛的情况，解决方法是：删除.option语句中除acct，list，node，post 之外的所有设置，采用默认设置，查找.lis文件中关于不收敛的原因；使用.nodeset和.ic语句自行设置部分工作点的偏置；DC.OP不收敛还有可能是由于model引起的，如在亚阈值区模型出现电导为负的情况。
4.2 瞬态分析
瞬态分析先进行直流工作点的计算，将计算结果作为瞬态分析在
T0时刻的初始值，再通过迭代计算，在迭代计算过程中时间步长值
是动态变化的，.tran tstep中的步长值并不是仿真的步长值，只是打印输出仿真结果的时间间隔的值，可以通过调整.options lvltim imax imin来调整步长值。
瞬态分析不收敛主要是由于快速的电压变化和模型的不连续，对于快速的电压变化可以通过改变分析的步长值来保证收敛。
对模型的不连续，可以通过设置CAPOP和ACM电容，对于给定的直流模型一般选择CAPOP=4，ACM=3，对于level 49，ACM=0。
对瞬态分析，默认采用Trapezoidal算法，精度比较高，但容易产生寄生振荡，采用GEAR算法作为滤波器可以滤去由于算法产生的振荡，具有更高的稳定性。
4.3 延时分析
对设计电路进行延时分析，在网表文件倒数第三行.MODEL之前加入下语句，利用Hspice软件进行仿真并输入延时分析结果。
网表文件要加入的语句：
.measure tran tf trig v(out) val=4.5 fall=1 targ v(out) val=0.5 fall=1
.measure tran tf trig v(out) val=0.5 rise=1 targ v(out) val=4.5 rise=1
.measure tran tpdr trig v(in) val=2.5 rise=1 targ v(out) val=2.5 fall=1
.measure tran tpdf trig v(in) val=2.5 fall=1 targ v(out) val=2.5 rise=1
.measure tpd param'(tpdr+tpdf)/2'
延时分析结果如下：
tf=2.7638E-10 targ=2.9766E-09 trig=2.7002E-09
tr=2.8419E-10 targ=8.4835E-09 trig=8.1993E-09 tpdr=3.2211E-10 targ=2.8221E-09 trig=2.5000E-09 tpdf= -1.5189E-10 targ=8.3481E-09 trig=8.5000E-09 tpd= 8.5110E-11
五、课程设计总结
通过本次课程设计，使用了电路设计与仿真软件HSPICE，并练习用网表文件来描述模拟电路，用MOS器件来设计四位逻辑输入与非门电路，使我对HSPICE软件有一个更深层次的认识。