实验三 CMOS反相器瞬态特性

实验三 CMOS反相器瞬态特性

姓名 学号

➢ CMOS反相器上升、下降及延迟时间

1. 为实验二中新建的CMOS反相器“inv”建立逻辑符号“symbol”“，check and save”没有error之后将其截屏粘贴复制到以下空白中：

2. 将实验二中的CMOS反相器的NMOS管和PMOS管参数都改成L=0.18um, W=0.48um。同时，在输出端接上C=2.2fF的负载电容，并将输入端的直流电压源“vdc”替换成脉冲电压源“vpulse”（从analogLib库里边取），其中脉冲电压源“vpulse”的参数含义如下图所示：

1

实验三 CMOS反相器瞬态特性 集成电路CAD 深圳大学电信学院微电子专业 VRisetimeFalltimeDelaytimePulsewidthtPeriod 通常作为输入脉冲的上升时间和下降时间均为10ps，除此之外，其它参数可以自由设定（如Delay time = 10ns，Pulse width=20ns，Period=50ns），但要与最终总的瞬态仿真时间对应起来。 3. 将脉冲电压源vpulse的参数设置好以后，在模拟环境（Analog Environment）中选择运行瞬态仿真“tran”，只需给定总的仿真时间，然后选择plot输入与输出节点。在开始运行之前，可以预先估计一下会得到什么样的波形，然后与仿真后得到的波形相对比，并将仿真得到的波形截屏粘贴在以下空白处：

2

实验三 CMOS反相器瞬态特性 集成电路CAD 深圳大学电信学院微电子专业

4. 在波形窗口中，使用“Trace —> Delta cursor” 观察，比较并记录输出电压中对应的上升时间tr和下降时间tf（10%~90%）。思考：输出电压中的上升时间和下降时间分别是由哪个晶体管决定？在采取同样参数设计的情况下，为什么会存在着上升下降时间的不同？

上升时间由P管的尺寸决定，下降时间由N管的尺寸决定

由于导电因子迁移率不同，所以对称设计的上升下降时间不同

5. 参照讲义，观察并记录输出电压由高到低变化时对应的延迟时间tPHL和由低到高变

3

实验三 CMOS反相器瞬态特性 集成电路CAD 深圳大学电信学院微电子专业

化时对应的延迟时间tPLH，并计算总的延迟时间tpd

tPHI=21.724ps

tPLH=68.860ps

4

实验三 CMOS反相器瞬态特性 集成电路CAD 深圳大学电信学院微电子专业

tPD=45.292ps

6. 通过修改PMOS管和NMOS管的宽长尺寸，将输出电压中的上升时间和下降时间调到大致相等，记录优化后的两管宽长尺寸及其宽长比的比值(W/L)PMOS/(W/L)NMOS。将上述宽长比的比值与实验二中逻辑阈值等于0.9V时的宽长比的比值做比较，看它们是否一样？最后，将放大后带有“Delta cursor”的输入输出曲线上升和下降部分分别截屏并粘贴到以下空白处。

5

实验三 CMOS反相器瞬态特性 集成电路CAD 深圳大学电信学院微电子专业

tPHI-tPLH≈0.4ps

PMOS:180n 960n

NMOS:180n 240n

960:240≈4：1

与实验二的宽长比4：1相同

6