Методы для лаб / ЛР2_СБИС_метода
.pdfЛабораторная работа №2 по курсу «СБИС для ТКС»
«Компаратор»
Цель работы: Исследование схемы компаратора и его характеристик. Исследование метода компенсации смещения нуля.
Задание:
1.Ввести схему компаратора, задать параметры транзисторов.
2.Провести моделирование схемы в режиме Transient, получить выходные характеристики.
3.Определить задержку и порог срабатывания компаратора для всех исследуемых случаев.
Варианты для выполнения лабораторной работы №2
Для выполнения лабораторной работы необходимо сначала провести анализ схемы без рассогласования транзисторов, а затем ввести рассогласование согласно варианту. Для вариантов №1–20 рассматривается рассогласование входных транзисторов регенеративной ячейки, для №21–40 – рассогласование входных транзисторов предусилителя, для №41–60 – рассогласование транзисторов регенеративной ячейки. Варианты различаются по ширинам транзисторов предусилителя (M9, M10), регенеративной ячейки (M12, M13, M14, M15), выходного буфера (M17, M18).
Данные табл. 3 следует читать:
Wa – ширина входных транзисторов предусилителя (WM9 = WM10 = Wa);
Wg – ширина n-канальных транзисторов регенеративной ячейки
(WM12 = WM13 = WM14 = WM15 = Wg);
Wb – ширина входных транзисторов выходного буфера (WM18 = WM17 = Wb);
∆Wa – рассогласование входных транзисторов предусилителя (WM9 = Wa;
WM10 = Wa + ∆Wa);
∆Wg1 – рассогласование входных транзисторов регенеративной ячейки
(WM12 = Wg; WM15 = Wg + ∆Wg1);
∆Wg2 – рассогласование транзисторов регенеративной ячейки (WM13 = Wg;
WM14 = Wg + ∆Wg2).
1
Табл. 3. Данные для расчетов по вариантам
№ вар. |
Wa, мкм |
Wg, мкм |
Wb, мкм |
∆Wa, мкм |
∆Wg1, мкм |
∆Wg2, мкм |
1 |
15 |
9 |
5 |
– |
3 |
– |
2 |
15 |
5 |
15 |
– |
3 |
– |
3 |
15 |
10 |
5 |
– |
3 |
– |
4 |
15 |
8 |
7 |
– |
2 |
– |
5 |
15 |
11 |
9 |
– |
2 |
– |
6 |
15 |
6 |
10 |
– |
2 |
– |
7 |
14 |
11 |
15 |
– |
2 |
– |
8 |
14 |
7 |
8 |
– |
2 |
– |
9 |
14 |
13 |
5 |
– |
1 |
– |
10 |
14 |
8 |
14 |
– |
4 |
– |
11 |
14 |
12 |
12 |
– |
1 |
– |
12 |
14 |
9 |
7 |
– |
2 |
– |
13 |
13 |
10 |
15 |
– |
1 |
– |
14 |
13 |
7 |
8 |
– |
3 |
– |
15 |
13 |
9 |
15 |
– |
2 |
– |
16 |
13 |
6 |
11 |
– |
4 |
– |
17 |
13 |
5 |
14 |
– |
5 |
– |
18 |
13 |
11 |
5 |
– |
1 |
– |
19 |
12 |
8 |
6 |
– |
2 |
– |
20 |
12 |
10 |
10 |
– |
1 |
– |
21 |
12 |
9 |
14 |
3 |
– |
– |
22 |
12 |
5 |
15 |
2 |
– |
– |
23 |
12 |
7 |
9 |
1 |
– |
– |
24 |
12 |
6 |
7 |
2 |
– |
– |
25 |
11 |
8 |
7 |
3 |
– |
– |
26 |
11 |
9 |
8 |
1 |
– |
– |
27 |
11 |
5 |
9 |
4 |
– |
– |
28 |
11 |
9 |
14 |
2 |
– |
– |
29 |
11 |
10 |
12 |
1 |
– |
– |
30 |
11 |
5 |
11 |
3 |
– |
– |
31 |
10 |
6 |
8 |
4 |
– |
– |
32 |
10 |
8 |
10 |
2 |
– |
– |
33 |
10 |
9 |
15 |
1 |
– |
– |
34 |
10 |
7 |
5 |
3 |
– |
– |
35 |
10 |
5 |
7 |
4 |
– |
– |
36 |
10 |
9 |
9 |
2 |
– |
– |
37 |
9 |
5 |
13 |
2 |
– |
– |
38 |
9 |
6 |
5 |
4 |
– |
– |
39 |
9 |
8 |
9 |
2 |
– |
– |
40 |
9 |
7 |
14 |
3 |
– |
– |
41 |
9 |
6 |
8 |
– |
– |
2 |
42 |
9 |
5 |
4 |
– |
– |
3 |
43 |
9 |
6 |
15 |
– |
– |
2 |
44 |
9 |
8 |
5 |
– |
– |
1 |
45 |
8 |
5 |
13 |
– |
– |
2 |
46 |
8 |
6 |
11 |
– |
– |
1 |
47 |
8 |
5 |
8 |
– |
– |
3 |
2
№ вар. |
Wa, мкм |
Wg, мкм |
Wb, мкм |
∆Wa, мкм |
∆Wg1, мкм |
∆Wg2, мкм |
48 |
8 |
7 |
6 |
– |
– |
1 |
49 |
8 |
6 |
15 |
– |
– |
1 |
50 |
8 |
5 |
10 |
– |
– |
2 |
51 |
8 |
6 |
9 |
– |
– |
2 |
52 |
8 |
5 |
7 |
– |
– |
3 |
53 |
7 |
7 |
8 |
– |
– |
1 |
54 |
7 |
6 |
13 |
– |
– |
1 |
55 |
7 |
5 |
5 |
– |
– |
1 |
56 |
7 |
5 |
7 |
– |
– |
2 |
57 |
7 |
6 |
11 |
– |
– |
1 |
58 |
7 |
6 |
15 |
– |
– |
1 |
59 |
7 |
5 |
9 |
– |
– |
2 |
60 |
7 |
5 |
13 |
– |
– |
2 |
Содержание отчета к лабораторной работе:
Если по каким-либо причинам (кроме неправильных расчетов и невнимательного чтения разработки) Ваш вариант оказался нерабочим, то либо в отчете следует доказать его неработоспособность с указанием причин (такой отчет будет принят наравне с рабочими вариантами), либо сменить вариант с разрешения преподавателя. Смена варианта допускается не более одного раза за семестр.
Отчет должен содержать:
1.Данные варианта и принтскрин схемы компаратора.
2.Графики, проводимых в лабораторной работе моделирований (для двух вариантов – без и с рассогласованием транзисторов): а – полная временная диаграмма работы компаратора; увеличенные принтскрины при измерении задержки срабатывания при inn > inp и inp > inn –Crosshair Marker на времени задержки (Моделирование схемы – 1); б – полная временная диаграмма для измерения порога (значение выхода компаратора и значения входных сигналов рекомендуется выводить в разных окнах); масштабированный принтскрин выхода компаратора в момент начало работы при inn > inp и inp > inn – Crosshair Marker на времени срабатывания; масштабированный принтскрин значений входов в момент начала работы компаратора при inn > inp и inp > inn – Crosshair Marker на времени срабатывания. Итого 18 временных характеристик.
3.Значения, полученные по графикам (для двух вариантов – без и с рассогласованием транзисторов): а – задержки срабатывания при inn > inp и inp > inn; б – порог срабатывания для inn > inp и inp > inn. Итого 8 значений.
По полученным в результате выполнения лабораторной работы графикам и
вычисленным величинам привести краткий анализ влияния рассогласования
3
транзисторов (по варианту) на ключевые характеристики компаратора, а также пояснить различные значения порога и задержки срабатывания для компаратора без рассогласования транзисторов (5-10 предложений).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ:
1.Ввод схемы компаратора в редакторе Schematics
Для ввода схемы необходимо расположить схемотехнические элементы, а затем соединить их проводниками согласно электрической схеме (см. рис. 1). Для подключения подложек p- или n- канальных ключей к положительному или отрицательному источнику питания необходимо присоединить к их подложке отрезок проводника и назвать его (add→wire name или нажав «l») vdda! или vssa!
соответственно. Чтобы провести проводник под углом, отметьте точку начала проводника и нажмите F3, затем выберите необходимый режим рисования.
После ввода схемы необходимо изменить параметры элементов. Параметры транзисторов (кроме M6: WM6 = 12u): L = 0.35u; Wp = 20u; Wn = 7u. Параметры источника тока: Iref = 10u. Сохранить и закрыть схему.
4
Рис. 1 – Электрическая схема компаратора
(ДЛИНЫ ТРАНЗИСТОРОВ ВЫСТАВИТЬ 0,35 мкм)
5
2. Ввод схемы для моделирования, задание параметров источников сигналов
Создать символ, включающий компаратор. Создать новую схему, включив в неё созданный символ. Далее задать параметры источников сигналов (см.
Табл. ).
Рис. 2 – Схема для моделирования
(НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ ВЫСТАВИТЬ РАВНЫМ 3 В)
Табл. 1 Параметры источников vpulse
Имя |
Voltage 1 |
Voltage 2 |
Pulse width |
Period |
Rise time, |
Delay |
|
fall time |
time |
||||||
|
|
|
|
|
|||
P1 |
3 |
0 |
9,6u |
20u |
100n |
0 |
|
P1d |
3 |
0 |
9.6u |
20u |
100n |
300n |
|
P1d_ |
0 |
3 |
9.6u |
20u |
100n |
300n |
|
P2d |
0 |
3 |
8.7u |
20u |
100n |
600n |
|
P2d_ |
3 |
0 |
8.7u |
20u |
100n |
600n |
|
P3 |
3 |
0 |
8.7u |
20u |
100n |
900n |
|
Inp |
1400m |
1600m |
52u |
104u |
100n |
0 |
|
Inn |
1600m |
1400m |
52u |
104u |
100n |
0 |
Напряжение питания: Vdd = 1.8 В; напряжение аналоговой земли: Vmid = 0.9 В.
3.Моделирование схемы – 1
Провести Transient анализ и вывести значения напряжений inn, inp, out, P3, померить задержку срабатывания (для inn > inp и inn < inp). Параметры моделирования для Transient:
−Stop Time: 600us (конечное время моделирования)
Для облегчения поиска необходимых выводов рекомендуется обозначать названия проводников через задание имен соединений(add→wire name).
6
4.Моделирование схемы – 2
Определить порог срабатывания компаратора (для inn > inp и inn < inp), для этого в схеме на рис. 2 источники V9 и V16 заменить на источники пилообразного напряжения vpwl с параметрами, приведенными в Табл. .
Табл. 2 Параметры источников vpwl
Имя |
Inn |
Inp |
|
|
|
Number of pair of points |
5 |
5 |
|
|
|
Time 1 |
0 |
0 |
|
|
|
Voltage 1 |
1500m |
1500m |
|
|
|
Time 2 |
300u |
300u |
|
|
|
Voltage 2 |
1600m |
1400m |
|
|
|
Time 3 |
600u |
600u |
|
|
|
Voltage 3 |
1500m |
1500m |
|
|
|
Time 4 |
900u |
900u |
|
|
|
Voltage 4 |
1400m |
1600m |
|
|
|
Time 5 |
1200u |
1200u |
|
|
|
Voltage 5 |
1500m |
1500m |
|
|
|
Провести Transient анализ. Вывести значение напряжений inn, inp, out, P3 и определить порог срабатывания компаратора. При этом необходимо увеличить время моделирования до 1200u.
7