Inżynieria układów i systemów scalonych

Laboratorium

Ćwiczenie wstępne

1. Wstęp

Ćwiczenie wstępne ma na celu zaznajomienie się z obsługą programów PSPICE oraz MAGIC wykorzystywanych w ramach laboratorium.

2. Uruchomienie programów

Sala 325

Program PSPICE uruchamia się poprzez menu start/Pspice.

Program Magic uruchamia się poprzez menu start/START MAGIC.

Sala 308

Program PSPICE uruchamia się poprzez uruchomienie PSpice w folderze Pulpit/Cadence PSD 14.0.

Program MAGIC uruchamia się dwuetapowo poprzez uruchomienie najpierw Start/Programy/Cygwin-X/XWin Server a następnie wpisanie polecenia magic w terminalu, który pojawia się po wydaniu poprzedniego polecenia.

W obu salach pliki z rozszerzeniem „.cir” są automatycznie otwierane w programie PSpice.

3. Badany układ

Jako układ testowy posłuży inwerter CMOS obciążony kolejnym identycznym układem inwertera. Wszelkie symulacje należy wykonywać z punktu widzenia wyprowadzeń inwertera nr 1, drugi inwerter w badanym ćwiczeniu jest tylko dodatkowym obciążeniem. Należy zastosować nazwy węzłów jak na rys. 1.

Rys. 1. Inwerter obciążony kolejnym inwerterem. Wymiary tranzystorów W=1.8mm, L=0.6mm. Kursywą podane są wymagane nazwy węzłów.

4. Zadania do wykonania

W ramach ćwiczenia należy wykonać następujące czynności:

1) Wprowadzić opis badanego układu w postaci listy połączeniowej zgodnej z formatem SPICE. Szczegółowe modele tranzystorów MOS są zawarte w dodatku A).

2) Wykonać symulacje przewidziane w tabeli podanej w dodatku B).

3) Wykonać projekt topografii układu.

4) Wykonać ekstrakcję topografii i symulacje na wygenerowanym modelu podane w tabeli w dodatku B).

5. Literatura

[1] Z. Staszak., J. Glinianowicz, D. Czarnecki, skrypt pt. „Układy elektroniczne liniowe”.

[2] A. Guziński, „Liniowe elektroniczne układy analogowe”, WNT 1992.

[3] J. Izydorczyk, „PSpice komputerowa symulacja układów elektronicznych”, Helion, 1993.

[4] B. Pankiewicz, materiały pomocnicze do przedmiotu „Inżynieria układów i systemów scalonych”, Gdańsk 2009.

6. Dodatki:

A) Plik z modelami tranzystorów MOS wykorzystywanymi w ćwiczeniu MODELE

B) Tabela do skopiowania, wypełnienia i wysłania do prowadzącego zajęcia:

Ćwiczenie wstępne - laboratorium IUSS
L.p.	Nazwa / opis	Wartość
1	Data wykonania
2	Osoby które wykonały ćwiczenie
3	Należy przeprowadzić analizę stałoprądową (.dc) przy zmianie napięcia wejściowego VI od 0 do 3V z krokiem 10mV. Należy odczytać wartość napięcia wejściowego dla którego na wyjściu pierwszego inwertera uzyskana jest wartość 1.5V.
4	Należy przeprowadzić analizę czasową przy pobudzeniu inwertera przebiegiem prostokątnym. Należy odczytać czas narastania i opadania sygnału na wyjściu pierwszego inwertera liczony w zakresie 10% - 90% zmian wartości sygnału wyjściowego.
5	Zakładając, że poziom stały na wejściu inwertera wynosi tyle ile zostało wyznaczone w pkt. 3, należy przeprowadzić analizę małosygnałową częstotliwościową i znaleźć 3dB pasmo wzmacniacza oraz częstotliwość dla której przesunięcie fazowe wynosi –45° w stosunku do fazy na wyjściu dla częstotliwości małych.
6	Zakładając, że poziom stały na wejściu inwertera wynosi tyle ile zostało wyznaczone w pkt. 3, należy przeprowadzić analizę małosygnałową częstotliwościową i znaleźć równoważną wartość skuteczną napięcia szumów w paśmie częstotliwości 1kHz – częstotliwość 3dB, wartość ta ma być odniesiona do wejścia inwertera.
7	Zakładając, że poziom stały na wejściu inwertera wynosi tyle ile zostało wyznaczone w pkt. 3, należy przeprowadzić analizę czasową i Fouriera przy pobudzeniu harmonicznym o częstotliwości 10kHz. Należy wyznaczyć amplitudę sygnału harmonicznego dla którego zniekształcenia na wyjściu inwertera wynoszą 1%.
8	Na podstawie pkt. 6 i 7 należy wyznaczyć zakres dynamiki inwertera w konfiguracji jako wzmacniacz.
9	Należy wykonać projekt topografii (program MAGIC) pojedynczego inwertera a następnie wczytać taki inwerter dwukrotnie jako podkomórka w celu uzyskania układu jak na rys. 1. Następnie należy wykonać ekstrakcję i symulację po ekstrakcji topografii polegającą na znalezieniu czasów narastania i opadania jak w pkt. 4.

Ćwiczenie opracował Bogdan Pankiewicz, Gdańsk 2009