D触发器设计和仿真报告.docx

实验一、D触发器的设计和仿真一、实验目的1、学习模拟数字电路单元的基本设计方法，其中包括反相器、传输门、与非门。2、学习Cadence工具下电路设计的基本操作和方法，包括电路图的编辑以及仿真调试过程。二、实验内容本实验通过设计一个异步清零的D触发器电路学习Cadence工具下电路的设计和仿真方法。实验内容包括：1.熟悉Cadence界面及基本的建立新的cell文件等基本过程；2.完成反相器、与非门、传输门电路的设计，并进行波形仿真，根据波形验证功能是否实现；3.在此基础上，完成各个单元电路symbol的建立；4.利用建立的单元电路symbol完成D触发器电路的设计和仿真；5.利用Cadence的仿真环境得到波形，分析仿真结果。该电路设计采用上华CSMC0.5umCMOS工艺设计，工作电压5V。三、实验原理工作过程如下：当CLK的上升沿到达时，C=1、C`=0,T1变为截止、TG2变为导通。由于反相器G1输入电容的存储效应，G1输入端的电压不会立刻改变，于是Q1在T1变为截止前的状态被保存下来。同时，随着T4变为截止、T3变为导通，Q1的状态通过T3和G3、G4送到了输出端，使Q*=D（CLK上升沿到达时D的状态）。因此，这是一个上升沿出发的D触发器。四、实验步骤1、登陆到UNIX系统。在登陆界面，输入用户名stu01和密码123456。2、Cadence的启动。登录进去之后，点击Terminal出现窗口，输入icfb命令，启动Cadence软件。3、原理图的输入。（1）Composer的启动。在CIW窗口新建一个单元的Schematic视图。（2）添加器件。在comparator schematic窗口点击Add-Instance或者直接点i,就可以选择所需的器件。（3）添加连线。执行Add-Wire，将需要连接的部分用线连接起来。（4）添加管脚。执行Add-Pin和直接点p，弹出添加管脚界面。（5）添加线名。为设计中某些连线添加有意义的名称有助于在波形显示窗口中显出该条线的信号名称，也可以帮助检查电路错误。点击Add-Wire Name，弹出新窗口，为输入输出线添加名称。为四端的MOS器件的衬底添加名称vdd！或gnd！，其中！表示全局变量。（6）添加电源信号。选择Vdd和Gnd的symbol各一个，在两个symbol之间连接一个vdc，设置直流电压5V。（6）保存并检查。点击schematic窗口上的Check and Save按钮，察看是否有警告或者错误。如果有，察看CIW窗口的提示。4、电路仿真。（1）启动模拟仿真环境。在comparator schematic窗口，选择Tools-Analog Environment，弹出模拟仿真环境界面。（2）设置模型库。（3）设置分析类型。在仿真窗口，点击Choose Analyses按钮，弹出Choose Analyses窗口，该窗口中列出了各种仿真类型，在本实验中只需进行瞬态仿真，所以选择tran，时间设为200us。（4）设置波形显示工具。Cadence中有两种波形显示工具：AWD和wavescane，在仿真窗口选择Session-assign，在弹出的窗口中可以选择波形显示工具为AWD或wavescane。（5）选择输出结果显示信号。在Analog Design Environment中的Output Setup选项中选择To Be Plotted ,在电路图中点击CLK、CLR、D、Q、Q~确定输出波形信号。（6）进行仿真。选择Simulation-Run，或者直接点击仿真窗口右下角的Run按钮来启动仿真，仿真开始过程中，在CIW窗口会出现一系列仿真信息，另外会弹出一个Spectre输出窗口。仿真结束会自动弹出波形显示窗口。（7）观察波形，看是否满足设计要求。重复以上步骤完成反相器、传输门、与非门和D触发器电路的设计和仿真。五、实验结果1.反相器的实验过程及仿真（1）电路图（2）仿真设置（3）仿真波形（4）所得Symbol2.与非门的实验过程及仿真（1）电路图（2）仿真设置（3）仿真波形（4）所得Symbol3.传输门的实验过程及仿真（1）电路图（2）所得Symbol4.D触发器的实验过程及仿真（1）电路图（2）仿真设置（3）仿真波形六、实验结果分析对D触发器电路的仿真结果进行分析。1.当CLR信号为低电平时，不管CLK信号和D信号怎样变化，Q和Q~都保持不变，实现异步清零的功能;2.当CLR信号为高电平时，当一个CLK信号的上升沿来临时，当前D输入端是什么电平，输出端Q就输出相同的电平，Q~就输出相反的波形，即D触发器的特性。从而得到功能表如下与设计理论情况一致，从而设计符合要求。七、实验总结在D触发器的设计和仿真实验中，学会了CAD软件Cadence的基本操作和快捷