《模擬集成電路設(shè)計課程》實驗教學大綱

PAGEPAGE13模擬集成電路設(shè)計課程實驗教學大綱目錄《模擬集成電路設(shè)計》課程 53一、課程簡介 55二、課程實驗教學的目的、任務(wù)與要求 55三、實驗方式與基本要求 55四、實驗項目設(shè)置 55五、教材（講義、指導書）： 56六、實驗報告要求 56七、考試(考核)方式 56八、使用說明 56附件： 57《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目1 57《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目2 60《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目3 61《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目4 62《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目5 63《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目6 64《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目7 64《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目8 66

課程名稱：模擬集成電路設(shè)計課程編號：055126英文名稱：CMOSAnalogCircuitDesign課程性質(zhì)：非獨立設(shè)課課程屬性：專業(yè)課應(yīng)開實驗學期：第5學期學時學分：課程總學時56實驗學時16課程總學分3.5實驗學分1實驗者類別：本科生適用專業(yè)：電子科學與技術(shù)先修課程：電路分析基礎(chǔ)，模擬電子技術(shù)，微電子工藝，集成電路版圖設(shè)計一、課程簡介CMOS模擬集成電路設(shè)計課程是電子科學與技術(shù)專業(yè)（微電子方向）的主干課程，在教學過程中可以培養(yǎng)學生對在先修課程中所學到的有關(guān)知識和技能的綜合運用能力和CMOS模擬集成電路分析、設(shè)計能力，掌握微電子技術(shù)人員所需的基本理論和技能，為學生進一步學習碩士有關(guān)專業(yè)課程和日后從事集成電路設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。二、課程實驗教學的目的、任務(wù)與要求通過實驗使學生加深對課堂上所學專業(yè)知識的認識，通過理論與實踐相結(jié)合提高學生的動手能力。要求學生利用集成電路設(shè)計EDA軟件完成基礎(chǔ)電路的性能仿真和版圖設(shè)計。三、實驗方式與基本要求實驗方式：學生一人一機，獨立實驗，注意記錄實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析?；疽螅簩嶒炃埃瑢W生要認真預習實驗任務(wù)，了解實驗目的和實驗內(nèi)容；實驗時，要認真上機，做好觀察分析和記錄；實驗后，按要求編寫實驗報告。四、實驗項目設(shè)置序號實驗編號實驗項目名稱實驗內(nèi)容提要實驗時數(shù)實驗類型實驗類別實驗要求每組人數(shù)基本門電路設(shè)計-電路仿真基本門電路的電路設(shè)計和仿真方法MOS管的I-V特性曲線仿真MOSFET直流特性仿真方法電阻做負載的共源級放大器設(shè)計電阻負載單級放大器的設(shè)計方法二極管連接的MOS做負載的共源級放大器設(shè)計二極管負載單級放大器的設(shè)計方法電流源做負載的共源級放大器設(shè)計電流源負載單級放大器的設(shè)計方法共柵放大器設(shè)計共柵放大器共源共柵放大器設(shè)計共源共柵放大器差分放大器設(shè)計差分放大器五、教材（講義、指導書）：《CMOS模擬集成電路實驗指導書》，校內(nèi)講義，電子科學與技術(shù)教研室編制。參考書：[美]畢查德.拉扎維著，陳貴燦等譯《模擬CMOS集成電路設(shè)計》西安交通大學出版社，2003年第一版，2012年7月第12次印刷六、實驗報告要求每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，典型程序流程圖，程序清單，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。七、考試(考核)方式 實驗的考核由實驗指導教師完成，本課程實驗由學生單人獨立完成，學生的實驗成績根據(jù)實驗結(jié)果、實驗中分析解決問題的能力、課堂紀律、預習情況、操作技能、數(shù)據(jù)分析能力等綜合評估?；疽螅?）學生在實驗前認真預習準備實驗。復習教材中相關(guān)知識，并根據(jù)需要查找資料。明確實驗目的、任務(wù)，擬訂實驗方案，規(guī)劃流程圖。（2）實驗中認真分析實驗結(jié)果，主動解決出現(xiàn)的問題，學會自主調(diào)試程序。（3）實驗結(jié)果進行分析研究，書寫實驗報告。實驗成績的評定方法：實驗成績＝實驗過程（60％）＋實驗報告（40％）八、使用說明本實驗教學大綱適用于電子科學與技術(shù)專業(yè)，按照課堂講授進度可適當調(diào)節(jié)實驗內(nèi)容。

附件：《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目1實驗項目名稱及實驗項目編號基本門電路設(shè)計-電路仿真，05512601課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握基本門電路的電路設(shè)計和仿真方法。熟悉熟悉華大九天的設(shè)計數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，以及定制設(shè)計的原理圖輸入、電路仿真、版圖設(shè)計、版圖驗證工具的使用。實驗原理本實驗是基于模擬集成電路設(shè)計的環(huán)境設(shè)置來設(shè)計的。本實驗的準備知識：Linux系統(tǒng)，模擬集成電路設(shè)計的基本概念，集成電路設(shè)計EDA平臺，本實驗以華大九天的集成電路設(shè)計平臺為例。注意：學生登錄linux系統(tǒng)下，使用user賬號登陸。在賬戶下，創(chuàng)建一個以個人姓名為名的的文件夾，以后的個人文檔都保存在該目錄下。不允許隨便刪除和拷貝機器內(nèi)的其它文件。實驗內(nèi)容本實驗要求完成一個CMOS反相器的電路設(shè)計?；贑SMC35ms_2013工藝，完成一個具有邏輯反相功能的電路。設(shè)計要求如下：1、反相器的邏輯閾值在Vdd/2附近，即噪聲容限最大2、反相器的版圖高度限制為24微米，電源和地線寬度各為2微米3、反相器寬度限制為mos器件不折柵4、為了給頂層設(shè)計留出更多的布線資源，版圖中只能使用金屬1和多晶硅作為互連線，輸入，輸出和電源、地線等pin腳必須使用金屬15、版圖滿足設(shè)計規(guī)則要求，并通過LVS檢查6、為了滿足以后復雜門電路設(shè)計的需要，要求反相器版圖滿足上、下、左、右并置排列的時候不違反設(shè)計規(guī)則。實驗方法與步驟1、 設(shè)計過程設(shè)置華大九天環(huán)境啟動Aether建立自己的設(shè)計庫用SchematicEditor畫電路圖在MDE中進行電路仿真用LayoutEditer畫版圖利用Aeolus工具進行版圖驗證和提取2、 根據(jù)實驗指導書，完成上述所有實驗內(nèi)容。（一） 熟悉設(shè)計環(huán)境在本地目錄中建立自己的工作目錄，名稱為姓名縮寫加上學號后四位，例如js0459Hes目錄為我們的設(shè)計目錄，以后所有的設(shè)計均放在該目錄中將設(shè)計數(shù)據(jù)包CSMC2013目錄拷貝到自己的工作目錄，可以用命令行cp命令，也可以用copy-paste操作利用gzip–d命令將設(shè)計數(shù)據(jù)解壓，利用tar–xvf命令將數(shù)據(jù)解包，輸入文件名的過程中按esc鍵可以幫助自動完成相關(guān)輸入數(shù)據(jù)包中包括CSMC_0.35um_Design_kit_2013，BandGap等目錄，其中的CSMC_0.35um_Design_kit_2013為主要的PDK庫，該目錄下的CSMC35ms_2013中的csmc35lib為設(shè)計庫。（二） 工藝環(huán)境本課程中面向的工藝為無錫華潤上華CSMC公司的0.35umCMOS雙層多晶硅三層金屬的混合信號工藝。CSMC35MS_2013目錄中為定制設(shè)計用庫文件：doc目錄中為工藝描述和設(shè)計規(guī)則文件，以及PDK包的說明文件，版圖設(shè)計過程中我們可以參考designrule文件中的設(shè)計規(guī)則CSMC35ms_2013中的csmc35lib目錄中為PDK包，也就是模擬單元庫，包括mos器件的pcell和工藝庫等spice_model目錄中為器件模型文件，hm3524m020025v132.lib為我們設(shè)計中使用的MDE仿真器用模型參數(shù)文件verify中為各種規(guī)則檢查文件，包括drc版圖檢查文件、lvs以及rce、antenna文件等。tcl中為PDK包中的腳本源程序，版圖輸入和輸出圖層控制文件TF中為版圖設(shè)計工藝和顯示文件一般來說，我們只是使用這些文件，而不需要修改，也不要把設(shè)計數(shù)據(jù)放入這些目錄實驗要求1、本實驗由學生單人獨立完成。2、每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，實驗項目，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。場地、設(shè)備與器材信電學院集成電路設(shè)計實驗室。《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目2實驗項目名稱及實驗項目編號MOS管的I-V特性曲線仿真，05512602課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握使用NMOS管和PMOS管的IDS-VDS（VGS取不同值）曲線、IDS-VGS（VDS取不同值）曲線仿真，掌握MOSFET直流特性仿真方法實驗原理本實驗是基于華大集成電路設(shè)計平臺和模擬集成電路設(shè)計原理設(shè)計的。教材第二章，MOS器件基礎(chǔ)。直流分析：包括靜態(tài)工作點分析以及參數(shù)掃描分析。靜態(tài)點分析可由默認的op分析完成。參數(shù)掃描是分析電路某個參數(shù)隨電路中某個直流參數(shù)變化而變化的一種分析。在該窗口中，可以選擇掃描參數(shù)的類型、選擇要掃描的參數(shù)、確定該掃描參數(shù)的掃描范圍以及掃描步長。瞬態(tài)響應(yīng)分析：主要是分析電路的性能隨著時間如何改變。在該類型分析中，只需要確定開始時間、終止時間以及時間步長。交流分析：分析電路的性能與交流激勵源的頻率之間的關(guān)系。采用該分析類型時，電路圖中必須包含有至少一個交流源。首先要確定掃描的類型，提供類型依次為頻率線性增加、頻率八倍程增加、頻率十倍程增加和點選；其次需要確定每步長中選取的點的個數(shù)；最后，需要確定掃描的開始頻率和終止頻率。噪聲分析：只需要確定輸出的節(jié)點和確定源即可。工作點分析：返回器件的工作狀態(tài)。實驗內(nèi)容要求：NMOS管的W/L=50um/0.5um,PMOS管的W/L=50um/0.5um;VDD=5V,|VDS|=5V以NMOS管為例，要求仿真IDS-VDS曲線，分別令VGS取0.2V，0.6V，0.8V，1V，2V，3V，4V，5V，仿真IDS-VDS曲線，并與理論結(jié)果對比驗證。仿真IDS-VGS曲線，分別令VDS取0.2V，0.6V，0.8V，1V，2V，3V，4V，5V，仿真IDS-VGS曲線，并與理論結(jié)果對比驗證?？蓪⒎抡娼Y(jié)果導出到excel中，畫出整體驗證曲線。實驗方法與步驟按照實驗指導書要求開展。實驗要求1、本實驗由學生單人獨立完成。2、每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，實驗項目，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。場地、設(shè)備與器材信電學院集成電路設(shè)計實驗室?！赌M集成電路設(shè)計》課程實驗項目3實驗項目名稱及實驗項目編號電阻做負載的共源級放大器設(shè)計，05512603課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握設(shè)計常用的電阻做負載的共源放大器的方法，掌握單級放大器的設(shè)計方法。實驗原理本實驗是基于華大集成電路設(shè)計平臺和模擬集成電路設(shè)計原理設(shè)計的。教材第三章，單級放大器，以電阻為負載的共源級放大器設(shè)計。實驗內(nèi)容針對CSMC工藝，設(shè)計一個電阻做負載的共源級放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖3.3，其中NMOS管的W/L=50/0.5，RD=2KΩ。分別仿真它的大信號直流特性和交流小信號特性，計算其增益。嘗試改變MOS管的W/L，RD的值，觀察其對增益的影響。實驗方法與步驟按照實驗指導書要求開展。1、創(chuàng)建電路原理圖2、創(chuàng)建符號圖，形成symbol3、創(chuàng)建相應(yīng)的測試電路cs_R_test。4、直流特性仿真：5、交流特性仿真實驗要求1、本實驗由學生單人獨立完成。2、每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，實驗項目，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。場地、設(shè)備與器材信電學院集成電路設(shè)計實驗室?！赌M集成電路設(shè)計》課程實驗項目4實驗項目名稱及實驗項目編號二極管連接的MOS做負載的共源級放大器設(shè)計，05512604課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握設(shè)計常用的二極管連接的MOS負載的共源放大器的方法，掌握單級放大器的設(shè)計方法。實驗原理本實驗是基于華大集成電路設(shè)計平臺和模擬集成電路設(shè)計原理設(shè)計的。教材第三章，單級放大器，采用二極管連接的負載的共源級電路。實驗內(nèi)容設(shè)計要求：針對CSMC工藝，設(shè)計一個PMOS二極管連接形式為負載的共源級放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖3.12；一個以NMOS二極管連接形式為負載的共源級電路，如圖3.9。要求：輸出擺幅在0.3-4.6V之間，NMOS管的L取1um，PMOS管的L取1.1um,ID=0.5mA左右，VDD=5V。仿真得到它的增益。實驗方法與步驟按照實驗指導書要求開展。1、以PMOS二極管連接形式為負載的CS放大器2、以NMOS二極管連接形式為負載的CS放大器，電路如圖3.9.3、對比NMOS二極管連接形式和PMOS二極管連接的兩種電路形式的仿真結(jié)果，有何發(fā)現(xiàn)？實驗要求1、本實驗由學生單人獨立完成。2、每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，實驗項目，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。場地、設(shè)備與器材信電學院集成電路設(shè)計實驗室。

《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目5實驗項目名稱及實驗項目編號電流源做負載的共源級放大器設(shè)計，05512605課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握設(shè)計常用的電流源做負載的共源放大器的方法，掌握單級放大器的設(shè)計方法。實驗原理本實驗是基于華大集成電路設(shè)計平臺和模擬集成電路設(shè)計原理設(shè)計的。教材第三章，單級放大器。實驗內(nèi)容設(shè)計要求：針對CSMC工藝，設(shè)計一個電流源做負載的共源級放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖3.14。要求：輸出擺幅在0.3-4.6V之間，NMOS管的L取1um，PMOS管的L取1.1um,ID=0.5mA左右，VDD=5V。仿真得到它的增益。參考結(jié)果：電壓增益73左右。實驗方法與步驟按照實驗指導書要求開展。1.參考圖3.14，畫出如圖所示電流源負載的共源級放大器電路。2.根據(jù)ID，計算M2管子的柵源電壓Vb。3.創(chuàng)建直流仿真電路原理圖，使用MDE仿真。4.創(chuàng)建交流仿真電路原理圖，使用MDE仿真。5.改變NMOS管的寬長比為（50/1)，重新上述仿真。得到什么結(jié)論？實驗要求1、本實驗由學生單人獨立完成。2、每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，實驗項目，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。場地、設(shè)備與器材信電學院集成電路設(shè)計實驗室。

《模擬集成電路設(shè)計》課程實驗項目6實驗項目名稱及實驗項目編號共柵放大器設(shè)計，05512606課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握設(shè)計常用的共柵放大器的方法，掌握單級放大器的設(shè)計方法。實驗原理本實驗是基于華大集成電路設(shè)計平臺和模擬集成電路設(shè)計原理設(shè)計的。教材第三章，單級放大器。實驗內(nèi)容設(shè)計要求：針對CSMC工藝，設(shè)計一個共柵放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖3.40(a)。要求：輸出擺幅在0.6-4.2V之間，NMOS管的L取1um，PMOS管的L取1.1um,NMOS管的W取相同值，PMOS管的W取相同值，ID=0.5mA左右，VDD=5V。仿真得到它的電壓增益，并與前一個實驗所設(shè)計的共源放大器的電壓增益比較。參考結(jié)果：電壓增益最大可達1200。實驗方法與步驟按照實驗指導書要求開展。1.在自己的設(shè)計庫中創(chuàng)建圖3.40（a）所示的電路圖CG_R，形成symbol。2.創(chuàng)建相應(yīng)的測試電路CG_R_test。3.接入電源vdd=5V,輸入信號vdc,使用MDE仿真電路的直流特性（見仿真圖）。Vin=（0.01+1.93）/2=4.交流小信號特性仿真實驗要求1、本實驗由學生單人獨立完成。2、每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，實驗項目，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。場地、設(shè)備與器材信電學院集成電路設(shè)計實驗室?！赌M集成電路設(shè)計》課程實驗項目7實驗項目名稱及實驗項目編號共源共柵放大器設(shè)計，05512607課程名稱及課程編號模擬集成電路設(shè)計，055126實驗目的通過本實驗使學生掌握設(shè)計常用的共源共柵結(jié)構(gòu)的放大器的方法，掌握單級放大器的設(shè)計方法。實驗原理本實驗是基于華大集成電路設(shè)計平臺和模擬集成電路設(shè)計原理設(shè)計的。教材第三章，單級放大器。實驗內(nèi)容設(shè)計要求：針對CSMC工藝，設(shè)計一個共源共柵放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖3.60.要求：輸出擺幅在0.6-4.2V之間，NMOS管的L取1um，PMOS管的L取1.1um,NMOS管的W取相同值，PMOS管的W取相同值，ID=0.5mA左右，VDD=5V。仿真得到它的電壓增益，并與前一個實驗所設(shè)計的共源放大器的電壓增益比較。參考結(jié)果：電壓增益最大可達1200。實驗方法與步驟按照實驗指導書要求開展。1、在自己的設(shè)計庫中創(chuàng)建圖3.60所示的電路圖CS_CG，形成symbol。2、創(chuàng)建相應(yīng)的測試電路CS_CG_test。3、接入電源vdd=5V,輸入信號vdc,使用MDE仿真電路的直流特性（見仿真圖）。4、交流小信號特性仿真將輸入信號替換為vsin(其中DC＝0.5V，ACMAG＝1，ACPHASE＝0，V0＝0.5V，VA＝10m，F(xiàn)REQ＝1M,TD