施密特触发器

CMOS 施密特触发器的仿真

实验目的：

①掌握HSPICE 仿真软件的使用；

②掌握CMOS 施密特触发器的原理，绘制CMOS 施密特触发器的VTC ，并求V M+和V M-； 实验原理：

S 施密特触发器电路图：

In V DD

V DD

Out M n1M n2M p2

M p1

M n3M p321

图1 COMS 施密特触发器电路原理图

S 施密特触发器原理：

当输入处于低电平状态时，节点1和out 初始状态都为高电平，此时M N3，M P1，M P2管导通，节点2的电平为V DD -V THN ，M N1，M N2，M P3都截止；当输入处于高电平的状态时，节点2和out 初始状态都为低电平，此时M P3，M N1，M N2管导通，节点1的电平为V THP ，M P1，M P2，M N3都截止。当输入由低电平向高电平转换时，导通的M N3作为上拉网络的一部分，其作用可以等效于增大上拉网络晶体管的W ，所以具有更高的开关阈值；同理，当输入由高电平向低电平转换时，导通的M P3作为下拉网络的一部分，其作用可以等效于增大了下拉网络晶体管的W ，所以具有更低的开关阈值。

实验内容：

实验采用的软件为HSPICE C-2009.09，工艺库文件为MM180_LVT18_V113.LIB （0.18um ）。选取的PMOS 管的尺寸为W=0.72um ，L=0.18um ；NMOS 管的尺寸为W=0.36um ，L=0.18um 。

1.理论推导V M+和V M-：

当输入由低电平向高电平转换时，最初只有MN3导通，当输入电压大于MN1的阈值电压以后，MN2导通，此后节点2的电压将随V IN 的升高而逐渐降低，当V IN -V 2大于MN2的阈值电压以后，输出被下拉至低电平，此时的V IN 可以认为是V M-，根据KCL 列出节点2的节点电流方程，我们可以解出V M-的表达式。我们假设MN1和MN3两个管子都工作在饱和区，并且忽

略背栅效应和沟道长度调制效应。

同理可以推到出V M+为：

我们取，，；可以求得V M-=1.25V，V M+=0.55V

2.软件仿真验证：

HSPICE电路网表代码如下：

Schmitt trigger

.lib 'C:\avanti\MM180_LVT18_V113.LIB' TT

mp1 1 in vdd vdd P_LV_18_MM w=0.72um l=0.18um

mp2 out in 1 vdd P_LV_18_MM w=0.72um l=0.18um

mp3 1 out gnd vdd P_LV_18_MM w=0.72um l=0.18um

mn1 2 in gnd gnd N_LV_18_MM w=0.36um l=0.18um

mn2 out in 2 gnd N_LV_18_MM w=0.36um l=0.18um

mn3 2 out vdd gnd N_LV_18_MM w=0.36um l=0.18um

vin in gnd dc

vdd vdd gnd dc 1.8

.dc vin 0 1.8 10m

.dc vin 1.8 0 10m

.end

分析下图的电压传输特性曲线，我们可以得到V M-=1.040V，V M+=0.631V；

图2 CMOS施密特触发器的电压传输特性曲线（VTC）

实验结论：

理论推导过程未考虑背栅效应和沟道长度调制效应，并且对于和

采用了经验估计值，存在较大的误差。实际结果以仿真结果为准。