专用集成电路实验56讲义

专用集成电路实验报告

组合逻辑电路特性

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一、 实验目的

1.理解CMOS 复杂逻辑门的综合过程及其特性。

2.理解加法器的结构。

二、 实验内容

1)利用对偶原理综合CMOS

程，画出三极管级原理图。

2)一个1bit 全加器的逻辑表达式为：S A B C i =⊕⊕，()()C o A B C i A B =⊕⋅+⋅；A 、B 为加法输入，Ci 为进位输入，S 为和输出，Co 为进位输出；⊕为异或操

作，+为或操作，⋅为与操作。

a)画出2bit 全加器的门级原理图；

b)通过调整输入的不同位置，下列电路能够实现AND 、OR 、XOR 及其非逻辑的功能，图中的三极管为NMOS 。使用多个下列电路实现2bit 全加器，画出三极管级原理图。

3)设使用0.25um 工艺，NMOS 管的尺寸为L = 0.250um ，W = 0.375um ；PMOS 管的尺寸为L = 0.250um ，W = 1.125um 。对实验内容1和2的电路进行spice 仿真。调整实验内容1的器件尺寸和电源电压，观察门的延时；观察和理解实验内容2中加法器的进位延时。

三、实验步骤及过程：

1）

图1 OrCAD 画出的三极管级原理图

2) A ）

图2 2bit 全加器的门级原理图

M8

M9

A0

A1

B)差分传输管逻辑的与和与非逻辑：

图3 与门（与非门）

差分传输管逻辑的或和或非逻辑：

图4 或门（或非门）

差分传输管逻辑的异或和异或非：

图5 异或门（异或非门）

总的2bit 全加器的原理图：

M14

MbreakN

M34

MbreakN

！

M14

MbreakN

图 6 差分传输管构成的2bit 全加器

3）A 、调节实验内容1的器件尺寸和电源电压，观察门的延时。 这里设定A0为pulse 信号，A1为2.5V ，其余都为0V ，则Y 的输出与

A0反向，输出波形应该类似于反相器。

图3.1 输入和输出波形

Measure 输出文件：

M14

M18

MbreakN

M22

M26

MbreakN

M30

MbreakN

M34

MbreakN

！

M38

M42

MbreakN

M46

M50

MbreakN

！

$DATA1 SOURCE='HSPICE' VERSION='U-2003.09 '

.TITLE '*dai56_1object'

t1dlay t2dlay temper alter#

6.580e-11 6.900e-11 25.0000 1.0000

t1dlay为输出端下降沿与输出端上升沿的50%——50%延时。

t2dlay为输出端上升沿与输出端下降沿的50%——50%延时。

程序（网表文件）：

*dai56_1object

.lib 'cmos25_level49.txt' TT

.options post=2

Vcc pvcc 0 dc 2.5V

VA1 A1 0 dc 2.5V

VB0 B0 0 dc 0V

VB1 B1 0 dc 0V

VC1 C1 0 dc 0V

Vin A0 0 pulse(0V 2.5V 0ps 0ps 0ps 500ps 1000ps)

mA0 1 A0 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375u

mB0 2 B0 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375u

mC0 3 C0 GND GND NMOS L=0.25u W=0.375u

mA1 3 A1 1 1 NMOS L=0.25u W=0.375u

mB1 3 B1 2 2 NMOS L=0.25u W=0.375u

mA0p 5 A0 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W = 1.125u

mA1p 5 A1 pvcc pvcc PMOS L=0.25u W = 1.125u

mB0p 4 BO 5 5 PMOS L=0.25u W = 1.125u

mB1p 4 B1 5 5 PMOS L=0.25u W = 1.125u

mC0p 3 CO 4 4 PMOS L=0.25u W = 1.125u

.measure tran t1dlay trig V(a0) val=1.25V td=0 fall=2

+ targ V(3) val=1.25V td=0 rise=2

.measure tran t2dlay trig V(a0) val=1.25V td=0 rise=2

+ targ V(3) val=1.25V td=0 fall=2

.tran 1ps 3ns

.probe Vin V(3)

.end

接下来调整电源电压，观察门的延时：

VCC=1.5V

图3.2 VCC=1.5V时的输出波形

Measure输出文件：

$DATA1 SOURCE='HSPICE' VERSION='U-2003.09 '

.TITLE '*dai56_1object'

t1dlay t2dlay temper alter#