四位与非门设计及4位二进制译码器.pdfVIP

课程设计

题目:（一）4位与非门电路设计

（二）4输入二进制译码器

2013年7月5日

兰州交通大学

课题一：4位与非门电路设计

一、设计目的

学会使用电路设计与仿真软件工具HSPICE，熟练地用网表文件

来描述模拟电路，并熟悉应用HSPICE内部元件库。通过该实验，掌

握HSPICE的设计方法，加深对课程知识的感性认识，增强电路设计

与综合分析能力。

本次课程设计是用HSPICE软件来实现对四位与非门电路的设

计与仿真，熟悉用MOS器件来设计四位逻辑输入与非门电路，了解用

MOS器件设计与TTL与非门的优缺点。

二、设计原理

1、HSPICE的介绍及功能

随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高，对电路

性能的设计要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的

EDA工具提出越来越高的要求。自1972年美国加利福尼亚大学伯克

利分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电

路模拟程序SPICE（SimulationProgramwithICEmphasis）诞生

以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的电路

模拟分析工具不断涌现。HSPICE是Meta-Software公司为集成电路

设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开

发的一个商业化通用电路模拟程序，它在伯克利的SPICE（1972年

推出），MicroSim公司的PSPICE（1984年推出）以及其它电路分析

软件的基础上，又加入了一些新的功能，经过不断的改进，目前已被

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许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。

HSPICE可与许多主要的EDA设计工具，诸如Cadence,Workview

等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结

果。采用HSPICE软件可以在直流到高于100MHz的微波频率范围内

对电路作精确的仿真、分析和优化。在实际应用中，HSPICE能提供

关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时其

电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。

2、4输入与非门原理

四输入端CMOS与非门电路，其中包括四个串联的N沟道增强型MOS

管和四个并联的P沟道增强型MOS管。每个输入端连到一个N沟道和

一个P沟道MOS管的栅极。当输入端A、B、C、D中只要有一个为低

电平时，就会使与它相连的NMOS管截止，与它相连的PMOS管导通，

输出为高电平；仅当A、B、C、D全为高电平时，才会使四个串联的

NMOS管都导通，使四个并联的PMOS管都截止，输出为低电平。设计

电路图如下图所示：

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3、输出网表文件

HSPICE读入一个输入网表文件，并将模拟结果存在一个输出列

表文件或图形数据文件中，输入文件*.sp包含以下内容：

（1）电路网表（子电路和宏、电源等）

（2）声明所要使用的库

（3）说明要进行的分析

（4）说明所要求的输出

输入网表文件和库文件可以由原理图的网表生成器或文本编辑器

产生。输入网表文件中的第一行必须是标题行，并且.ALTER辅助模

型只能出现在文件最后的.END语句之前，除此之外，其它语句可以

按任意顺序排列。

三、设计步骤

1、写网表文件

首先在Tanner中将上述原理图绘制出，仿真后确保电路图正确

且能够实现与非功能，然后生成网表文件。在文本文档中写出Hspice

软件所要求的网表文件，并另存为*.sp文件。

网表文件如下所示：

NANDMOSCir