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1、基于Cadence的模拟集成电路设计实践 电子科学与技术实验室 目录1、Cadence概述12、运行Cadence32.1 启动Cadence之前的配置32.2 启动Cadence32.3建立个人工作库43、电路图的输入Composer73.1新建原理图73.2添加器件83.3连线103.4设置元件参数113.5放置端口123.6检查并存储134、创建SymbolComposer144.1打开inverter原理图144.2创建Symbol144.3编辑Symbol并保存155、电路仿真ADE165.1创建缓冲器原理图和Symbol165.2创建仿真电路185.3打开仿真环境195.4仿真设置
2、205.5选择输出，并保存当前仿真设置215.6进行仿真并查看波形215.7仿真结果分析226、MOS晶体管的I-V特性246.1创建cellview并画出电路图246.2 MOS管的输入特性曲线256.2 MOS管的输出特性曲线277、MOS晶体管栅源电容测试297.1 MOS晶体管栅源电容测试297.2体效应327.3 MOS晶体管电容测试348、MOS晶体管共源级放大器388.1启动cadence388.2电路图输入388.3设置元件参数388.4电路仿真分析398.4.1直流仿真398.4.2交流分析438.4.3瞬态分析448.5 MOS二极管接法的负载468.5.1电路图468.5
3、.2电路仿真468.6电流源负载的共源级508.6.1电路图508.6.2电路仿真519、简单差动放大器实验549.1启动cadence549.2电路图输入549.3计算、设置元件参数559.4仿真579.4.1 DC扫描及输入输出共模范围579.4.2 AC分析，观察相位裕度649.4.3共模增益，共模抑制比(CMRR)679.4 .4 电源抑制比(PSRR)681、Cadence概述作为流行的EDA工具之一，Cadence 一直以来以其强大的功能受到广大EDA工程师的青睐。Cadence 可以完成整个IC设计流程的各个方面，如电路图输入(Schematic Input)、电路仿真(Anal
4、og Simulation)、版图设计（Layout Design）、版图验证（Layout Verification）、寄生参数提取（Layout Parasitic Extraction）以及后仿真（Post Simulation）。如图1.1所示，我们给出了一个简单的模拟集成电路设计流程，以及对应的Cadence工具。如图1.1 Cadence模拟集成电路设计流程本实验指导书针对以上流程，通过设计一个简单的缓冲器的原理图到最终的版图，对Cadence的Composer， Analog Desing Environment，Virtuoso，Assura等各大功能模块逐一做个简单介绍。此外
5、还包括一些Cadence平台的知识介绍。Cadence开发了自己的编程语言skill以及相应的编译器，整个Cadence可以理解为一个搭建在skill语言平台上的可执行文件集。初学者对此可以不用理会，当用户深入后，可以用skill语言对Cadence设计工具进行扩展。2、运行Cadence2.1 启动Cadence之前的配置Cadence初次启动之前需要如下一些配置文件：.cshrc文件：有关一些Cadence必需的环境变量，如Cadence软件的路径及license。.cdsenv文件：包含Cadence各种工具的一些初始设置。.cds.lib文件：用户库的管理文件，在第一次运行Cadenc
6、e时自动生成。.cdsinit文件：包含Cadence的一些初始化设置以及快捷键设置。实际上，机房中我们已将各配置文件写好，只要在终端中执行cds.setup2.2 启动Cadence在桌面上双击Xmanager Enterprise图标，然后双击Xstart图标出现Xstart窗口，如图2.1所示：图2.1 cadence启动界面在Password一栏输入123456，然后点击Run 按钮，运行软件，等待一段时间，出现xstart命令窗口，如图2.2所示：图2.2 命令输入窗口在命令窗口输入cd shiyan/0901（2班输入cd shiyan/0902 ），回车，然后输入cds.setu
7、p，回车，最后输入icfb& ，回车，就会打开Cadence的命令解释窗口CIW(Command Interpreter Window)，如图2.3所示：图2.3 cadence主控窗口CIW是Cadence的集成设计环境，Cadence的大部分工具都可以从这里打开。其中最上方是标题栏，第二行是菜单栏。中间部分是输出区域，许多命令的结果在这里显示。一些出错信息也在这里显示，要学会输出区域中获取相应的信息。接下来一行是命令输入行，Cadence的许多操作可以通过鼠标执行，也可以通过输入命令来执行。2.3建立个人工作库Cadence是以库来组织文件的。为了使我们的工作和系统中的其它库区别，我们需要
8、建立自己的工作库。有两种方法来建立新库，一是通过菜单栏Tool-Library Manager打开库管理器，另一种是通过File-New-Library来建立新库。这里我们用第一种方法建立新库。单击菜单栏Tool-Library Manager，会打开LM（Library Manager）窗口，如图2.4所示：图2.4 LM窗口该窗口列出了当前已有的库。点击File-NewLibrary,打开New Library窗口，如图2.5所示：图2.5 新建库窗口在Name一栏输入要新建的库名，如Mylib，然后单击OK确定。出现Technology File设置窗口，如图2.6所示：图2.6 Tec
9、hnology File 设置窗口如果不做版图设计的话，就不需要tf文件。这里我们选择第三项Dont need a techfile，单击OK确定。现在，本教程需要的库就设置好了。3、电路图的输入Composer本章将通过画一个CMOS反相器来简单的介结电路图设计流程。Cadence用于原理图设计的工具称为Composer。3.1新建原理图类似于新建一个库，有两种方法可以新建原理图，一是通过库管理器，另一种是通过CIW菜单新建。这里我们直接通过CIW来新建原理图。在CIW窗口中，File-New-CellView，弹出新建对话框，如图3.1所示：图3.1 新建原理图于Library Name栏
10、选择自己的工作库，如mylib，在Cell Name 栏输入原理图名字，如inverter，于Tool栏选择电路编辑工具Composer-Schematic，此时View Name栏自动变为schematic，最后单击OK，这样就会弹出Composer主界面，如图3.2所示。图3.2 Composer主界面Composer主界面包括：标题栏，菜单栏，工具栏，状态栏（第二行），提示区（就是最底下那行）以及最大的那个工作区。标题栏和菜单栏没什么好说的，状态栏会提示当前的命令以及所选择的物体个数，提示区会告诉你当前应该做什么事。作为初学者，在设计电路过程中应该要仔细阅读提示区中的信息。此外，还需要注
11、：Composer中的多数命令会一直保持，直到你调用其它令令替代它或者按Esc取消，尤其是在执行delete命令时，忽视这一点很可能会误删除，一定要多加小心！Composer的Undo操作默认只通进行一次（可以在CIW窗口的Option-User Preferences 中修改，最多可以是10）。所以每完成一个命令，记着按ESC取消当前命令。点击工具栏的zoomin和zoomout按钮可以放大缩小电路图。键入快捷键f可以使电路图自动缩放到合适大小。编辑电路图过程中注意要及时保存，保存方法是菜单栏-Design-Save，也可以键入快捷键大写的S(Shift+s)来保存。3.2添加器件现在，我们
12、要开始画一个标准的CMOS反相器。一个反相器包括PMOS、NMOS、VDD、GND。添加器件有三种方法，菜单栏-Add-Instance；键入快捷键i；工具栏Instance，弹出对话框如图3.3所示：图3.3 添加器件窗口点击Browse，弹出库浏览器，如图3.4所示，cadence的大部分基本元器件符号都可以在analogLib库中找到。图3.4 库浏览器依次点击analogLib-pmos4-symbol，再单击close。刚才的添加器件窗口发生变化，如图3.5所示：图3.5 选择了元件后的添加器件窗口可以发现Library，Cell，View等都自动填上了相应的信息。同时多出了一些参数
13、列表（拖动滚动条可以看到更多）。点击Hide隐藏当前窗口，此时鼠标对应有一个PMOS的symbol，此时按r键，可以旋转PMOS，继续点击鼠标左键，否则按ESC取消当前的放置器件命令。同样的方法继续放置NMOS晶体管，对应的器件名称为nmos4。此外还要放置电源与地，电源与地在analogLib中，对应的器件名为vdd、gnd。放置完所有器件后的原理图如图3.6所示。 图3.6 放置完电源与地 图3.7 连线3.3连线现在要用导线把器件连起来。画导线的方法有三种：菜单栏-Add-wire(narrow)，键入快捷键w，工具栏wire(narrow)。注意区别wire(narrow)与wire(
14、wide)，wire(narrow)表示普通连接导线，而wire(wide)表示总线接。线连接的快捷键是大写的W。进入连线命令后，于起点单击左键，再于终点单击左键。画完一段导线后，此时并没有退出画线命令，可以继续画连接线，直到画完所所有的连接线后，按ESC退出画线命令。连好线的电路图如图3.7所示，其中左右两条水平导线是后在连连接端口用的。还可以对画好的线进行命名，键入快捷键L（小写），在弹出的对话框中输入线名，比如a，点击Hide，然后将字母a移动到要命令的线附近点击左键放下，如果名字离线较远，则要求再单击所要命名的线。3.4设置元件参数现在需要设置元件参数，有三种方法：菜单栏-Edit-P
15、roperties-Objects，再点击要修改参数的元件，无选中器件，再键入快捷键q，选中器件，再点击工具栏目Propertiy。参数可以是以下三种形式的各种数学给合表达式，变量，常量，skill语言函数。变量作参数会在仿真时用到。常量和skill语言函数作参数，在下面就会用到。例如，单击PMOS选中它，这样PMOS会被一个白色方框包围。然后键入快捷键q，会弹出属性编辑对话框。这里我们需要填写上model name，以及PMOS 的栅长和栅宽。栅长我们设为常数1u（注意u是小写！），而栅宽我们设为函数pPar(“wp”)，注意大小写不能错。当然也可以设一个固定的尺寸，但这样就不能利用参数修改
16、晶体管的栅宽了。pPar函数就是把wp 作为传递参数，在看见它电路图中调用这个电路时对wp赋值，就相当于给这个PMOS的栅宽赋值，这样做的目的是为了方便层次化设计。在后面仿真时大家会更加明白这一点。Composer会根据数值大小自动变换单位。如图3.8所示。图3.8 设置元件参数模型名我们填penh，这是因为我们这里采用的Spice模型是由SMIC提供的。同样的方法继续设置NMOS参数，只是模型名为nenh，栅长为固定值1u，栅宽设为pPar(“wn”)。设置好参数后的电路图如图3.9所示。图3.9 设置好元件参数的电路图注意：设置参数时不要自己输入单位，系统会自动加上。比如1uM是错误的写法
17、。如果非要自己写单位，也要和数值之间留一个空格，否则系统会把M识别为变量。器件的参数也可以放置时就设置好。3.5放置端口图3.10 放置端口完成以下工作后，还必须放置I/O端口以标明电路的输入输出。放置端口有三种方法，菜单栏-Add-Pin，键入快捷键p，点击工具栏Pin。执行放置端口命令后，会弹出如图3.10所示对话框。于Pin Names栏输入端口名，比如VIN，于Direction栏选择input，点击Hide，然后将端口放到反相器的左边输入线上。同样的方法再放置输出端口，端口方向要改为output，名称为VOUT，将其放在反相器右边的输入线上。最终的完成图如图3.11所示：图3.11
18、最终的电路图3.6检查并存储设计完成的电路和图需要经过检查方能进行仿真。单击菜单栏-Check and Save 或者键入快捷键大写的X（shift+x），可以对电路进行检查并存储。检查后如果有错会在CIW窗口上显示示错误或警告信息。如果没错，则如图3.12所示，检查无误后可以关闭Composer了。图3.12 检查电路后CIW中的提示信息4、创建SymbolComposer 现在我们要对上一章中画的反相器创建Symbol，这样做的目的是为了在更大的电路中用到我们前面所画的反相器时，可以用这个Symbol来代替反相器电路。4.1打开inverter原理图 CIW窗口菜单栏-Open，弹出打开对
19、话框，选择自己的库，然后选择器件inverter，再于viewname栏选schematic，点击OK打开上一章画好的反相器原理图。4.2创建SymbolComposer窗口菜栏-Design-Create CellView-From Cellview，弹出Cellview from Cellview窗口，如图41所示：图4.1 创建Symbol图4.2 创建Symbol选项窗口其中Library Name、Cell Name等栏已经自动填好，确认To View Name栏是symbol，点击OK。弹出创建Symbol选项窗口，如图42所示。这里已经自动识别出电路原理图中的输入输出端口，默认输
20、入在左，输出在右，点击OK。显示出Symbol编辑窗口，如图43所示：图4.3 Symbol编辑窗口默认生成的反相器Symbol是一个绿色矩形框，引脚按刚才编辑好的方式左右排列。红色矩形框代表调用这个模块时点选的区域，也就是说鼠标点到此区域范围内才可以选中这个Symbol。图中所有元素均可修改，但我们一般只改绿色矩形框。4.3编辑Symbol并保存 默认的Symbol是一个比较大的矩形。对于反相器，我们习惯用一个三角形再加小圆圈来表示。选中绿色矩形框，delete之，然后Add-ShapePolygon，在刚才矩形框的位置画一个三角形。鼠标在三个端点点3次即可。注意在三角形右边留出画圆圈的位置
21、。再Add-Shape-Circle，先于圆心位置单击左键，再移动鼠标，得到合适的圆的半径后左键确认。再把图中的输入输出端口以及partName和instanceName移动到合适位置。其中，instanceName代表以后调用此反相器时的编号，partName代表对应的schematic的名字，一般不用改。最后再把红色框大小修改合适（框住三角形和端口）。 最终的symbol如图4.4所示：图4.4 反相器最终的Symbol画好的Symbol需要检查保存。Design-check and save，检查结果显示在CIW窗口中。5、电路仿真ADE现在我们用画好的反相器的symbol组成一个缓冲器
22、(buffer)进行仿真，通过对buffer做瞬态分析、DC分析、AC分析，分别得到该buffer的延迟时间、输入输出特性以及小信号频率响应。对电路进行仿真需要加激励信号，而加激励信号有两种方法，一种是在原理图中直接加入信号源元件，另一种是在仿真环境窗口(ADE)中对输入端口加激励。这里我们介绍的是第一种方法，第二种方法将在后续实验中介绍。5.1创建缓冲器原理图和Symbol缓冲器是由两个反相器组成，利用前边的方法，新建一个cellview，画出缓冲器原理图如图51所示：图5.1 buffer原理图其中反相器我们直接调用了上一章中画好的symbol(注意是在自己的库中)。选中inverter，
23、键入e，再点0K，可以显示和Symbol对应具体的schematic，但是这时只能看，而不能修改。Crtl+e退出该Symbol。图5.2 连线命名窗口另外我们把缓冲器的输入输出两条线命名为IN和OUT，把第一级反相器的输出线命为V1。这样是为了在仿真时显示得更清楚。给连线命名的方法是：键入快捷键1，弹出连线命名窗口，如图5.2所示，于name栏输入线名，然后点击Hide，将名字移到要命名的线附近单击放下。设置inverter参数。选中inverter，键入q，就会弹出反相器的属性，如图5 3所示。这里我们需要分别设wn和wp的值。回忆3.4中给两个MOS管的栅宽设置传递参数，其实我们是给反相
24、器的NMOS和PMOS的栅宽赋值。将Display设为both，可以在原理图上显示出参数值，当然你也可以不让其显示。图5.3 inverter的参数传递回忆第四章内容，我们由缓冲器的原理图再生成Symbol。缓冲器的Symbol我们习惯用一个三角形来表示，如图5.4所示：图5.4 缓冲器Symbol5.2创建仿真电路现在新建一个电路图，名为buffer_test，注意选为自己的库。画出测试电路，如图5.5所示：图5.5 buffer的仿真电路独立电源vdc也是在analoglib库中，将其属性中的DCvoltage设为1.8另一个激励信号是方波源，对应器件名称为vpulse，也位于analog
25、lib库中。方波源的属性设置如图5.6所示。方波上升下降时间为1n，周期为10u，脉冲宽度为5u，voltagel设为0，voltage2设为1.8。图5.6 方波信号源的参数设置5.3打开仿真环境composer菜单栏-Tools-Analog Environment，打开仿真窗口(简称为ADE窗口)，如图5.7所示。其中比较重要的常用按钮已经标明。开始仿真删除输出设置编辑变量仿真设置变量列表图5.7 仿真环境窗口仿真时需要进行一些诸如仿真库文件路径、结果存储路径、仿真器选择等的设置，相关设置在setup中进行设置。这里我们只需要设置仿真库文件路径(仿真库文件记录着不同工艺角的参数，并指明了
26、各元件类型的model文件所在路径)，其它均为默认设置。于ADE窗口，Setup-Model Libraries，打开Model库设置窗口，如图5.8所示。单击“Browser”，打开浏览窗口，如图5.9所示，双击列表里的选项可以进入对应的目录，双击./可以进入上一级目录。我们所使用的model文件是由smic提供，其路径如下：/home/shiyan/model/huahong/specture/cz6h_v23.scs图5.8 Model库设置窗口图5.9 选择Model文件选好后点击OK确认，然后再于Model库设置窗口的Section栏填写工艺角，这里我们填tt(NMOS和PMOS速度
27、均为典型值)，然后再点Add按钮，将当前的仿真库文件添加进列表，点击OK退出。5.4仿真设置Analyses-choose，或者点击右侧工具栏的choose analyses按钮。弹出如图510所示窗口。于Analysis栏选择不同的仿真。对于瞬态分析，我们选tran，然后于stop time栏输入仿真时间20u。图5.10 仿真设置窗口，瞬态分析的设置5.5选择输出，并保存当前仿真设置接下来要选择我们需要观察的对象，即我们要看哪个节点的电压，或者要看哪一条支路的电流。于ADE窗口，Output-To Be Plotted-Select On Schematic，这样会弹出我们画的电路图。然后
28、分别单击输入和输出两条线IN和OUT，以及第一级反相器的输出vl。注意选择v1时要先按e，再选中缓冲器进入下一层子电路。并注意一定要单击导线，而不是元件的Pin角!然后按Esc退出选择状态。此时在仿真窗口中已经有了IN、OUT、vl三项，如图5.11所示。图5.11 全部设置完成后的仿真环境窗口保存当前的仿真设置。Session-Save State，弹出保存对话框，填好名称，点击OK确定。这样下次再仿真时，可以直接调用该仿真设置，而不用每次都进行同样的设置。5.6进行仿真并查看波形现在可以进行仿真了。于ADE窗口，Simulation-Run，或者点工具栏Netlist and run按钮，
29、再点0K，就可以显示出前边所设置的output中指定的信号波形。得到波形之后点击按钮，就可将电路图分开显示，再点一下就可合并波形，如图5.12所示：图5.12 方波显示窗口5.7仿真结果分析通过对仿真结果的分析，要学会波形测量及坐标等操作，分析结果。为了看清缓冲器延时，需要放大波形的特定区域。在波形窗口中按住鼠标右键不放，拖出一个矩形框，框住瞬态波形中输出信号的上升部分，松开右键后，矩形框中的波形就会被放大到整个窗口。如图5.13所示：图5.13 方波放大波形于波形窗口点击菜单栏Trace，然后将Horiz Cursor的对勾打上，此时会在当前窗口出现一条水平白线。拖动白线右边的红色头，可以上
30、下移动白线，同时窗口上方会显示出水平白线与图中三条曲线交点的坐标值，如图5.14所示。我们拖动白线到纵坐标为0.9V的位置，然后就可以读出信号IN、vl、OUT对应的时间。同理我们也可以测出下降上升延时间tPLH。图5.14 瞬态分析波形下降部分为了精确测量上升和下降延时，先点击工具栏上的“Zoom fit”按钮将波形恢复原位。在菜单“Marker”中点击“add”在“Horiz”选项卡中的“Positiion（Y）”中填入900mV或0.9V，选中“Show”选项，点击“OK”后在弹出的表格中可以看到各信号与900mV对应的时间，用这些时间即可计算出上升和下降延时，如图5.15所示：图5.1
31、5 瞬态分析波形中的时间标记再用工艺角“ff”和“ss”(表示PMOS和NMOS的速度分别为“fast，和“slow”)进行仿真，分析不同工艺角对延迟时间的影响。6、MOS晶体管的I-V特性6.1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。各元件参数如图12.8所示，用到的元件符号为analogLib库中的vdc、nmos4、vdc、gnd。图6.1 电路图两个电压源和MOS管的参数设置如下所示，其中要注意电压源V0的DC voltage值设为变量vgs。同样的电压源Vl的值设为变量vds。如图6.2所示：图6.2 电压源的参数设置6.2输入特性 场效
32、应管的输入特性是指当漏源电压vds为常数时，漏极电流ID与栅源电压vgs之间的关系。如同前面的方法，打开仿真窗口，先设置好model路径，库文件与上面的相同，但工艺角(section)填入tt。然后添加变量vds和vgs。接着设置DC分析。其中DC分析是对vgs进行扫描，扫描范围从0到1.8V。vds的初始值设为1.8V。最后设置输出，这里我们要观察的是MOS管的漏电流，所以点击MOS管的漏极。设置好后的仿真窗口如图6.3所示：图6.3 仿真设置窗口然后点Netlist and Run，就得到输出波形，如图6.4所示：图6.4 MOS管的输入特性曲线6.3 MOS管的输出特性曲线 场效应管的输
33、出特性曲线是指当栅源电压vgs为定值时，漏极电流与漏源电压vds之间的关系曲线。打开Analog Design Environment窗口，大部分设置同前边的仿真设置，只是变量vgs的初始值为0，Vds的初始值为0。注意这次DC分析所扫描的变量是vds,扫描范围为0到1.8V。设置好后如图6.5所示：图6.5 仿真设置窗口在Analog Design Environment对话框中，点too1sParametric Analysis，弹出参变量分析窗口，我们以vgs作为参变量进行仿真，如图6.6所示：图6.6 参变量分析参数设置窗口在Parametric Analysis窗口中，点Analys
34、isstart开始扫描，如果无错则会弹出输出窗口和波形(mos管的IV输出特性曲线)。如图6.7所示：图6.7 MOS管的输出特性曲线7、MOS晶体管栅源电容测试实验目的：学习使用cadence仿真工具中的calculator工具，另外复习MOS电容和MOS管体效应的知识。7.1 MOS晶体管栅源电容测试1、创建cellview 按照图7.1所示画出电路，并设置好各元件的参数。图7.1 电路图2、用和前面同样的方法设置Analog Design Environment对话框，设好的对话框如图7.2所示：图7.23、点击Netlist and Run4、参量扫描在Analog Design En
35、vironment对话框中点toolsParametric Analysis弹出Parametric Analysis，按如下设置好参数，然后点AnalysisStart。 图7.35、在Analog Design Environment窗口中点outputsetup弹出如图7.4对话框图7.46、在图7.4对话框中点Open，打开Calculator对话框在Calculator对话框中点infoop就会弹出如下对话框：(其中，op代表Operating Parameters)图7.57、点击电路图中的nmos管，然后点击图7.5对话框中的list则会出现一个下拉列表：(注意：一定要选中所看的
36、元件即nmos管，你可以尝试一下不选择元件的list菜单和选择元件后的list菜单有什么区别)。图7.6 Calculator窗口8、在下拉列表中选择Cgs，选中后Calculator窗口就会跳到最前面，在它的空白栏处就出现了一个表达式0P(”MO”，”cgs”)，然后在表达式前加一个负号，要不然画出来的曲线是负值。calculator对话框变为如图7.6所示。9、在calculator对话框中点击plot按钮(即带红色曲线的按钮)，就得到如图7.7的波形，即nmos管的栅源电容随栅源电压变化的曲线。图7.7 栅源电容随栅源电压的变化曲线7.2体效应1、创建cellview 电路图如下，按照图
37、7.8的参数设置，设置好各元件的参数。图7.8 电路图2、设置Analoge Design Environment对话框 设置好的对话框如下所示，注意别忘了加上库的路径。图7.93、在Analoge Design Environment对话框中，点toolsParametric Analysis弹出一个新对话框：图7.104、点AnalysisStart，得到一组输出波形曲线。波形如下：图7.11 不同Vgs下的mos管的输入特性曲线（体效应影响）5、从波形可以看出当源衬电压越大时，阈值电压越大，也就是mos管的开启电压越大，这正是由于体效应的影响。7.3 MOS晶体管电容测试MOS晶体管电容
38、是指当晶体管的源漏都短接到地的时候，栅对源，栅对漏，栅对衬底三个电容之和，在许多电路设计中我们用MOS晶体管电容来代替平板电容，如双层多晶硅电容或者双层金属电容，主要原因在于MOS晶体管电容单位面积的电容量很大。但MOS晶体管电容的缺点是其线性度不好，电容值会随着栅电压变化而变化，在要求不高的场合，这是个不错的选择，但要特别注意栅电压的取值。下面我们对MOS晶体管电容做具体分析，观察其电容和电压的关系，请大家与Cgs电容作个比较。电路图还是如图7.8所示，在这里要注意电压源Vl，V2的值设为零，这样漏极和源极的电位都相等，等于短接了。l、设置ADE窗口设置好的对话框如图7.12所示，这里就不细
39、说了，DC分析只用保存工作点就可以了，注意不要忘了加库的路径，然后点击Netlist and Run。图7.12 用于分析MOS晶体管电容的dc分析设置2、参量扫描对vgs做参量扫描，从-3v到3v。PA对话框的设置如图7.13所示：然后在PA对话框中点击Analysis-Start开始扫描。图7.133、画波形在ADE窗口中，点击菜单Output-Setup弹出图7.14的对话框。图7.14在图7.14中，点击Open，打开Calculator对话框，如图7.15所示，在Calculator对话框中选择Info-op，这时会弹出一个Select an instance的小框，这个时候在电路图
40、中选中mos管(与图7.5类似)，然后点击在SeIect an instance的小框中点击list就会出现一个列表(与图7.6相似)，选择Cgs，这个时候在Calculator窗口中就出现了Cgs的表达式，这个时候注意要在此表达式前加一个负号(Cgs，Cgd，和Cgb的表达式前面都要加负号)，加负号的方法是在Calculator窗口中点击“+-”按钮，然后在1ist 下拉列表中再选择Cgd，加负号，这个时候再点击Calculator中的“+”号，这样就完成了Cgs和Cgd两个电容的相加。用同样的方法加上cgb电容，然后点击plot按钮就得到了如图7.16所示的曲线。可以观察到在栅电压为Vth
41、附近，电容值为最小，所以在使用MOS晶体管电容时，要避免让栅压处在NMOS晶体管的阈值电压。图7.15图7.16 MOS管电容随栅压变化曲线从中可以看到，电容值的大小在Vgs电压为0.6V左右时有个极小值，如果要想利用MOS管作为电容使用，Vgs的电压要大于1v，电容值才比较大。也就是说，等于NMOS晶体管，做电容使用时Vgs电压不能太小。8、MOS晶体管共源级放大器实验目的：通过对共源放大器（包含不同负载类型，纯电阻、有源负载）做DCAC和Tran分析，复习有关共源级放大器的基本知识，学习如何在cadence软件中观察放大器的增益、各种不同分析的输出波形，学习在Results Display
42、ing Window 中查看各种电路元件参数，以及放大器做参数化扫描分析。8.1启动cadence 如第二章所讲，打开命令窗口，启动candence。在自己的工作库内新建一个cellview命名为resistive_load。8.2电路图输入在schematic中编辑以纯电阻为负载的共源放大器，图中用到的元件nmos4、res、gnd、cap、vdc和vdd从analogLib库中选取。编辑好的电路如图8.1所示，注意，vdd符号在这里只表示全局的连接关系，并不代表已经接到电源电压上了。要接电源电压还要将vdd符号接到一个vdc电压源上，就像图8.1所示的那样。图8.1纯电阻负载共源放大器电路
43、图8.3设置元件参数与vdd相连的电压源V0的电压取1.8v，电压源Vl的DC Voltage设为参数vl，AC magnitude设为lv(为了方便观察交流增益)。电阻 R0的阻值设为参数r1，负载电容c0的大小设为lpf。nmos管的模型为nenh，沟道宽度w为20um，栅长l为1um。设置完毕后点击工具栏上的进行保存。这些参数同学们都可以自己改动，观察有对电路有什么影响?8.4电路仿真分析8.4.1直流仿真在Virtuoso原理图窗口上，选择菜单Tools-Anolog Environment，进入ADE环境，首先设置模型库，点击Setup-Model Libraries，弹出对话框。M
44、odel Library File的路径为/home/yanming/shiyan/model/huahong/spectre/cz6h_v23.scs，section处填入tt。设好后点击OK。 点击菜单Variables-Copy From Cellview，设置变量v1和rl，用鼠标双击调入的变量，在弹出的对话框中可以对它们进行设置，首先设为vl=0.8v，rl=10最后设置仿真的类型，点击菜单Analysis-Choose，在弹出的对话框中Amalysis选dc，Sweep Variable中选Design variable，variable Name填vl，Sweep Range中选
45、Start-Stop，让vl的变化范围从0v1.8v，Start填0，Stop填1.8。DC仿真设置如图8.2所示：图8.2 直流仿真参数设置接下来设置要观察的输出。点击菜单Outputs-To Be Plotted-Select On Schematic，用鼠标点击放大器输出端所在连线作为要观察的输出。最终设置好的ADE环境如图8-3所示：图8 .3 ADE环境图8.4直流仿真结果点击或者菜单simulation-netlist and run，就可以看到DC仿真的波形，如图8.4所示，表明这是一个反相放大器，输入为低电平时输出高电平，输入高电平时输出低电平。中间的斜线部分是放大器能够进行放
46、大工作的区间，斜率代表的放大器的放大倍数，斜率越大，增益越高，但工作区间越小。下面我们将改变负载电阻的大小，观察负载电阻变化对共源级放大器有什么影响。点击菜单Tools-ParametricAnalysis，在VariableName中填入rl，对电阻R0进行参数分析，选择其电阻变化范围从5k50k(Range Type选FromTo，From中填入5k，To中填入50k)，扫描步长选择10k(Step Control选择Linear Steps，Step Size中填入10k)，表示电阻R0的阻值从5k变化到50k，每次变化增加10k。设置好的结果如图8.5所示：图8.5参数化扫描设置图8.6参数化扫描结果点击菜单的Analysis-Start，便可观察到如图8.6所示的结果。不同的线代表电阻值不同的时候共源
