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实验3/4 反相器的特性 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 1、实验目的 1.了解反相器的电路结构和版图结构。 2.理解反相器的开关阈值。 3.理解反相器延时与电源和器件尺寸的关系。 4.理解反相器链的延时与器件尺寸的关系。 2、实验内容 画出一个双阱工艺反相器的版图示意图（不严格要求尺寸和比例关系，画出阱、扩散区、多晶栅极、栅接触孔、源极漏极接触孔、金属即可）。 一个0.25um工艺的反相器，NMOS管的尺寸为L = 0.250um，W = 0.375um；PMOS管的尺寸为L = 0.250um，W = 1.125um。 电源为2.5V，从0到2.5V扫描输入电压vin，观察输出电压vout，找到开关阈值； 仅修改PMOS管的W = 2.750um，找到此时的开关阈值； 恢复PMOS管尺寸W = 1.125um，电源分别为2.5V、1.5V、1V，观察和（50%到50%）； 修改PMOS管的W = 0.750um，电源为2.5V，观察和（50%到50%）。 四个反相器级联，所有的NMOS管的尺寸为L = 0.250um，W = 0.375um；所有的PMOS管的L = 0.250um；电源为2.5V。 第一个反相器的PMOS管W = 1.125um，第二个反相器的PMOS管W = 1.875um，第三个反相器的PMOS管W = 3.000um，第四个反相器的PMOS管W = 5.250um； 四个反相器的PMOS管均为W = 1.125um； 四个反相器的PMOS管均为W = 1.875um； 四个反相器的PMOS管均为W = 3.000um； 观察四种情况下反相器链的和。 双阱工艺反相器的版图示意图 双阱工艺反相器的版图示意图如图1.1所示 图1.1 二、单个反相器 2.1 电源为2.5V，从0到2.5V，仿真图形如图2.1 图2.1 从图2.1可以看出在上述条件下的开关阈值大约为：1.25V 2.2 修改PMOS管的W = 2.750um，其他条件保持不变，此时的仿真波形如图2.2. 图2.2 从图2.2可以看出在上述条件下的开关阈值为1.42V 2.3 恢复PMOS管尺寸W = 1.125um，电源分别为2.5V、1.5V、1V，此时的仿真波形分别如图2.3，图2.4以及图2.5，其和分别如图中的箭头所示。 图2.3 图2.4 图2.5 2.4 修改PMOS管的W = 0.750um，电源为2.5V，此时的仿真波形如图2.6 图2.6 三、四个反相器级联 3.1 第一个反相器的PMOS管W = 1.125um，第二个反相器的PMOS管W = 1.875um，第三个反相器的PMOS管W = 3.000um，第四个反相器的PMOS管W = 5.250um，其实仿真图形如图3.1 图3.1 3.2 四个反相器的PMOS管均为W = 1.125um，此时的仿真波形如图3.2 图 3.2 3.3 四个反相器的PMOS管均为W = 1.875um，此时的仿真波形如图3.3 图 3.3 3.4 四个反相器的PMOS管均为W = 3.000um，此时的仿真波形如图3.4 图3.4 四、结论 从图3.1到图3.4可以看出，随着工艺尺寸的减小，反相器的延时也随之变小。对比单个反相器和四个反相器级联的情况我们可以发现，输出电压跳变变得陡峭，其和也比单个反相器要长。同时可以看出，随着电压的下降，其和也随之增大。 附录 单个反相器的程序 *YBZC .LIB cmos25_level49.txt TT *.MODEL n1 NMOS LEVEL=3 THETA=0.4 ... *.MODEL p1 PMOS LEVEL=3 ... VDD VDD 0 2.5 *VPULSE VIN 0 PULSE 0 5 2N 2N 2N 98N 200N *VSIN VIN 0 SIN(0 2.5 1xHZ) VIN VIN 0 0 VGND GND 0 0 M1 VOUT VIN VDD VDD pMOS L=0.25U W=1.125U M2 VOUT VIN GND GND nMOS L=0.25U W=0.375U .DC VIN 0 2.5 0.1 *.TRAN 1N 0.25U .OPTION POST=PROBE .PROBE V(VIN) V(VOUT) .END 说明：根据题目要求不同，只需修改上诉参数的值即可 二、四个反相器级联的程序 *YBZC *.MODEL n1 NMOS LEVEL=3 THETA=0.4 ... *.MODEL p1 PMOS LEVEL=3 ... *.PARAM WN=2U WP=2U L