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1、软件实验教程 2006 年 4 月 目录 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计错误!未定义书签。Lab 1.1 启动软件 1 Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 1 Lab 1.3 电路图输入 3 Lab 1.4 模块的创建 4 Lab 1.5 电源的创建 5 Lab 1.6 建立运放测试电路 6 实验二使用 Spectre Direct 进行模拟仿真 7 Lab 2.1 运行仿真 7 Lab 2.2 使用激励模板 13 Lab 2.3 波形窗的使用 15 Lab 2.4 保存仿真状态 17 Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口 17 实验一 自上而下(Top-Down)的电路
2、设计 Lab 1.1 启动软件 实验目的:掌握如何启动模拟电路设计环境.实验步骤:1.进入 Linux 界面后,点击鼠标右键,选中 New Terminal,则会弹出一个交互终端.2.进入教程所在目录后,输入命令 cdArtist446(注意:cd后必须有空格;命令行大小写敏感)3.在同一个交互终端内,输入命令 icms&,在屏幕底部会出现一个命令交互窗(Command Interpreter Window,CIW).如果出现 Whats New 窗口,可使用 File-Close 命令关闭.Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 实验目的:掌握如何对含 AHDL模块的模块级设计进行仿真.实验步
3、骤:1.在 CIW 中选择 Tool-Library Manager,会弹出库管理器(Library Manager).2.在库管理器中,用鼠标左键选中 training,则 cell中会显示出 training库中所有的 cell;在 training 的所有cell中用左键选中 peakTestv;用鼠标中键(或右键)打开(open)view中的 schematic.将会出现如下图所示的测试电路:3.将鼠标置于图中 peakDetectv模块上,当该模块四周出现一高亮黄色虚线框时,点击左键选中该模块,则模块四周线框变为白色实线框.4.选择Design-Hierarchy-Descend E
4、dit,弹出 Descend 对话框,将 View Name 设置为 schematic,然后点击 OK.则出现 peakDetectv模块的电路图:分析该电路图,图中有两个运算放大器,两个二极管,一个 nmos 晶体管和一个电阻.除了电阻和 nmos 器件,所有其余的器件都是用 Verilog-A(一种模拟 HDL语言)编写的.使用 Verilog-A 语言支持自上而下的设计方法.5.选中 peakDetectv电路图中的 Ampv模块,Design-Hierachy-Descend Edit,在 Descend对话框中将View Name 设置为 veriloga,点击 OK.将出现文本编
5、辑窗,可对窗内的文本进行编辑.退出该编辑窗可敲击键盘左上角的 Esc 键,然后在文本编辑窗中输入:q!,回车即可.6.在电路图窗口选择Tool-Analog Environment,弹出模拟设计环境仿真(Analog Design Environment Simulation)窗口,同时可再次弹出 peakTestv电路图.7.在该仿真窗口中选择 Setup-Simulator/Directory/Host;在随后出现的 Choosing Simulator 对话框中,将仿真器(Simulator)设置为 spectre,点击 OK.8.在该仿真窗口中选择 Setup-Model Librar
6、ies,弹出模型库建立(Models Library Setup)对话框;如图,在该对话框的 Model Library File 中如图输入后,点击 Add,然后 OK.9.在该仿真窗口中,点击 Choose Analysest图标,弹出 Choosing Analyses 框;如图所示,选择 tran 和Enabled,截止时间写入 390u;然后点击 OK 10.如步骤 4 所示,打开 peakDetectv 的电路图,并在仿真窗口中选择 Outputs-To Be Plotted-Select On Schematic.按照电路图窗口底部的命令行提示,左键选中图中与标有 vinput,
7、vcap 和 vcontrol的管脚相连的连线,这些被选中的连线会以特殊的颜色显现出来.11.将鼠标置于电路图窗口中,点击 Esc 键.注意在仿真窗口输出部分的更新信息是否如下图所示:信号vcontrol 的名字是 I54/vcontrol.12.在仿真窗口中选择 Simulation-Netlist and Run 开始仿真,或者可以点击右侧 Netlist and Run 图标,仿真成功后会自动输出如下曲线:13.退出仿真窗口,选择 Session-Quit.14.退出电路图窗口,选择 Windou-Close;在弹出的 Save Change 框中点击 No.15.在被仿真环境激活的窗口
8、中,选择 File-Close Window,退出仿真环境.Lab 1.3 电路图输入 实验目的:掌握如何创建一个库,如何创建一个双极 CMOS(Bi-CMOS)运算放大器.实验步骤:1.在 CIW 窗口中,选择 File-New-Library;在弹出的 New Library 框中,确认 Directory 下的路径被设置为/Artist446(可以被扩展为绝对路径),并选择 Dont need a techfile,如图所示:2.点击 OK.并在库管理器窗口中确认 mylib 库已经列入其中.3.在 CIW 或库管理器中选择 File-New-Cellview,如下图所示建立新文件:4.
9、点击 OK.弹出一个空白的电路编辑窗口,用于下面步骤中放大器设计图的输入 5.在该电路编辑窗口中,点击左侧的 Instance 图标,弹出添加器件(Add Instance)对话框.确认框中的 View Name 设置为 symbol.按照下面表格输入欲添加器件的器件参数,并点击左键将器件置于图中适宜位置.或可使用框中 Browse 键添加器件.Library Name Cell Name PROPERTIES/COMMENTS analogLib pnp For Q2,Q3,Q4:Model Name=trpnp(no quotes)analogLib npn For Q0,Q1:Model
10、 Name=trnpn(no quotes)analogLib pmos4 For M1:Model Name=trpmos(no quotes)Length=8u,Width=iPar(l)*16 analogLib pmos4 For M3:Model Name=trpmos(no quotes)Length=iPar(w)/16,Width=128u analogLib nmos4 For M2,M5:Model Name=trnmos,Width=100u,Length=10u analogLib res analogLib cap Capacitance=CAP(Design Var
11、iable)analogLib vdd,vss 如果参数值设置错误,可采用 Edit-Properties-Objects 进行修改;如果器件放置位置不当,可采用Edit-Move 命令加以调整.6.器件放置完毕后,点击器件添加对话框中的 Cancel 键,或鼠标置于电路图窗口中时敲击 Esc 键.7.点击电路图窗口的添加管脚图标,弹出添加管脚(Add Pin)对话框;严格按照顺序依次输入管脚名称(各名称间需留有空格),Direction 设置为 input,Usage 设置为 schematic,如下图所示:用左键将管脚置于图中合适位置(可使用右键调整管脚方向).8.点击细连线图标命令选项图
12、标或 F3 调整连线参数(建议将 Draw Mode 设置为 route,将Route Method 设置为 full);连线完毕后,将鼠标箭头置于电路图中,敲击 Esc 键即可退出连线模式.9.点击添加连线名称图标,在添加连线名称对话框中依次输入连线名称 vdd！gnode(之间需留有空格),用左键在电路图中添加连线名称.vdd!添加到 M1 和 M2 基极连线上,gnode 添加到 M5 和 M2 的栅极连线上(注:标有!代表为全局变量).将鼠标箭头置于电路图中,敲击 Esc 键即可退出添加连线名称模式.10.最终可得电路图如下图所示:11.点击左侧检查并存图图标.观察 CIW 的输出区域
13、(如下图所示)表明无错误,并已正确存图.Lab 1.4 模块的创建 实验目的:掌握如何为一个双极 CMOS(Bi-CMOS)运算放大器创建模块.实验步骤:1.在运放的电路图中选择 Design-Create Cellview-From Cellview,弹出 Cellview From Cellview 对话框.激活对话框中的 Edit Options 选项后,可对模块的外观进行调整.2.确认 From View Name 设置为 schematic,To View Name 设置为 symbol,Tool/Data Type 设置为Composer-Symbol.如下图所示:3.点击 OK.
14、弹出模块生成(Symbol Generation)对话框,并在该框内进行管脚规格的调整.如下图所示:4.点击 OK.一个新的窗口内会自动生成一个放大器模块,如图:(图 a)观察 CIW 输出框,可知一个模拟器件描述格式(analog Component Description,CDF)已经生成.可进一步将上图中的模拟器件外观调整为如下图中所示:(图 b)5.左键选中图 a 中绿色矩形框,点击删除图标;选择 Add-Shape-Polygon,按照电路图底部的提示,在图中画上三角形外观.如果对所画线条不满意,可使用 Backspace 键删除刚画出的最后一条线.画完最后一笔时,双击鼠标左键即可完
15、成画图.6.点击电路图窗口中的移动(Move)图标.7.用 Edit-Rotate 命令,按照电路图底部的提示旋转 iref 标签,并用 Move 移动到合适的位置.8.左键选定标签 cdsParam(3)并删除.9.左键选中整个红色矩形框,并删除.10.点击 Selection Box 图标,或选择 Add-Selection Box.在 Add Selection Box 对话框中点击Automatic,则自动添加生成一个红色选择框.11.选择伸展(Stretch)图标,调整 iref 管脚的长度以适合新的选择框.可能需要再次移动 iref和 cdsTerm(“iref”)标签.12.利用
16、 shift 键,同时选中 cdsParam(1)和 cdsParam(2)标签,并将它们移到图 b 中所示的位置.13.将 cdsName()标签移到图 b 所示位置.14.可选择 Add-Note-Note Text 在电路图中添加必要的说明文档.Lab 1.5 电源的创建 实验目的:掌握如何创建一个电源来为电路供电 实验步骤:1.在 CIW 或库管理器中选择 File-New-Cellview,建立如下对话框:2.点击 OK.弹出一个空白电路图编辑窗用于输入电源设计电路.3.在电路图编辑窗中,选择 Design-Create Cellview-From Cellview,在弹出的 Cel
17、lview From Cellview 框中点击 OK;弹出”模块生成选项”(Symbol Generation Options)框.如下图所示,在 Top Pins 后填入 VDD VSS 后点击 OK.4.注意观察 CIW 输出信息表明一个模拟 CDF 已经生成.同时弹出的窗口中显示出生成的电源模块.如下图:5.将上图调整为如下图所示,并在编辑完成后保存(Save)模块;选择 Window-Close 退出电路图编辑窗即可.Lab 1.6 建立运放测试电路 实验目的:用双极 CMOS(Bi-COMS)运算放大器建立一个运放测试电路 实验步骤:1.在 CIW 或库管理器中选择 File-Ne
18、w-Cellview,弹出”创建新文件”(Creat New File)框,并在进行如下设置后点击 OK:2.在弹出的空白电路编辑窗中将建立一个增益为 3的运放,具体器件参数见下表:Library Name Cell Name PROPERTIES/COMMENTS mylib amplifier mylib supply VDD=5,VSS=-5 analogLib vsin For V2:AC Magnitude=1,Amplitude=50m,Frequency=1M,Offset voltage=0 analogLib idc For 14:DC current=500u analog
19、Lib res For R1:Resistance=20K analogLib res For R0:Resistance=10K analogLib vdd,vss 得到如下电路图后保存:实验二 用 Spectre Direct 进行模拟仿真 Lab 2.1 运行仿真 实验目的:对运放测试电路进行仿真 实验步骤:1.在运放测试电路的电路编辑窗中选择 Tools-Analog Environment,弹出模拟电路设计环境仿真窗(Analog Circuit Design Environment Simulation)2.在仿真窗中选择 Setup-Simulator/Directory/Hos
20、t,确认弹出框中 Simulator 后设置为 spectre 后,点击 OK.3.选择 Setup-Simulation Files,确认弹出框中的 Include Path 后设置为./Model,如下图所示:可以加入更多的路径,只要在各路径之间插入空格即可.4.在仿真窗口中,选择 Setup-Model Libraries,弹出模型库建立(Model Library Setup)菜单 5.点击 Add,则刚刚输入的路径转移到上面的框中.若想查看这个模型文件的文件内容,则选中该文件,并点击 Edit File.如下图所示:弹出文件内容如下:使用”Esc:q!回车”或 File-Close
21、均可退出该文件编辑窗.在 Simulation Files Setup 框中点击 OK,完成模型库的建立.6.在仿真窗中,点击选择分析图标,弹出”选择分析”(Choosing Analyses)框.7.为进行瞬态分析(Transient Analysis)进行如下设置,如下图:1.在 Analysis 后选择 tran;2.在 Stop Time 后设置为 3u;3.选中 Enabled;4.点击 Apply.8.为进行交流分析(AC Analysis)进行如下设置,如下图:a.在 Analysis 后选择 ac;b.在 Sweep Variable 下选择 Frequency;c.在 Swe
22、ep Range 下选中 Start-Stop,并将扫频范围设置为 100-200M;d.将 Sweep Type 设置为 Logarithmic,选中 Points Per Decade 后,设置参数为 20;e.选中 Enabled;f.点击 Apply.9.为进行直流分析(DC Analysis)进行如下设置,如下图:a.在 Analysis 部分选择 dc;b.在 DC Analysis 部分,激活 Save DC Operating Point;c.激活 Enabled;10.在 Choosing Analyses 框中点击 OK,完成设置.11.在仿真窗中点击编辑变量(Edit V
23、ariables)图标,弹出编辑设计变量(Editing Design Variables)框.12.点击该框底部的 Copy From 键,软件会自动对整个电路设计进行扫描,把找到的所有变量都列在Table of Design Variables 下;(如下图所示)13.在运放设计电路图中找到 CAP 变量 a.左键选中 Teble of Design Variables 中的 CAP 变量后,点击 Find(如上图所示)发现图中的运放已被高亮矩形框选中;b.选择 Design-Hierarchy-Descend Edit c.在弹出框中将 View Name 设置为 schematic,然
24、后点击 OK;则弹出运放的电路图结构;d.再次点击上图中的 Find,会看到图中的电容器件已被矩形高亮框选中,即已经在图中找到 CAP 变量;e.Design-Hierarchy-Return 命令,返回到上层运放测试电路图 14.设置 CAP 变量的值:如上图所示,选中 CAP 变量,在 Value 后输入;然后点击 Change(注意 Teble of Design Variables 中的参量更新)15.点击框底部的 Copy to,将刚刚设置的值写回电路图中;保存,将该值存在电路图中;16.点击上图框中的 OK 或 Cancel;在运放测试电路中点击 Check and Save,保存
25、设置;17.在仿真窗中选择 Outputs-Save All,弹出保存选项(Save Option)框;确认”选择保存输出信号”(Select signals to output(save)为 allpub 后,点击 OK.如下图所示:18.在仿真窗口中通过 Outputs-To Be Saved-Select On Schematic,选择保存特定终端的电流值.注意运放测试电路图窗口底端的提示.19.在电路图中点击 20K 反馈电阻两端,电阻两端被椭圆圈出,表明通过该处的电流值将被保存下来 20.鼠标位于电路图窗中时,敲击 Esc,退出选择状态.21.选择 Outputs-To Be Plo
26、tted-Select On Schematic,按照电路图窗口底部的提示选中标有 vin 和out 的结点.22.鼠标位于电路图窗中时,敲击 Esc,退出选择状态.注意仿真窗口中的输出部分的信息更新,如下图所示:23.在仿真窗中,选择 Simulation-Netlist-Create 描述的.如果在生成网表的过程中遇到错误,可查看CIW 中的输出信息,检查输入的所有数据是否正确.24.若对电路图加以改动,则要重新生成新的网表 Simulation-Netlist-Recreate.25.选择 File-Close Window 关闭网表窗口.26.在仿真窗中选择 Simulation-Ru
27、n,或点击窗口右侧的运行(Run)图标开始仿真.(可以选择Simulation-Netlist and Run 或点击 Netlist and Run 图标,生成网表并仿真)当仿真开始时,在 CIW 窗口中有信息出现,同时,弹出一个独立的 Spectre 输出窗口,如下图:可通过 File-Close Window 关闭这个窗口.27.当仿真结束后,瞬态响应图和交流分析图自动弹出:28.在仿真窗中选择 Session-Save State,弹出保存状态(Saving State)框;将 Save As 设置为 state1,并且确认在 What to Save 后的所有选项均已被选中.29.点
28、击 OK,仿真器的状态被保存下来.30.如下图所示,用 control 键同时选中 ac 和 dc,选择 Analyses-Disable.可发现 ac 和 dc 后面变为”no”,而 tran 后仍为”yes”31.双击上图中 tran 所在行,弹出选择分析(Choosing Analyses)框;点击框底部的 Options,弹出瞬态选项(Transient Options)框.将 TIME STEP PARAMETERS下的 maxstep 设置为 100p 32.点击 Apply.33.选择 Simulation-Run 或点击 Run 图标,开始仿真.在 Spectre 的输出窗口中
29、,当看到第一个仿真时间点时点击波形输出图标或选择 Result-Plot Outputs-Transient,输出当时的图像;再次点击波形输出图标,观察更新后的输出图像.仿真结束后,波形窗中显示出 3u的仿真数据,如下图:注意:当仿真结束后,要将设置的最大步长 100p 删除,点击 Apply 或 OK.点击 Cancel 关闭 Choosing Analyses 框.34.在仿真窗中选择 Session-Load State;在弹出的 Loading State 窗中 State Name 后选择 state1;使 What to Load 下的 Waveform Setup 失效;点击 O
30、K.35.在运放测试电路图编辑窗中,选择 Design-Probe-Remove All,删除所有可能残留的标记仿真结果的彩色探针.36.File-Close Window 关闭仿真输出窗口.37.保留仿真窗口,波形窗口和所有其他的设计窗口不变.Lab 2.2 使用激励模板 实验目的:使用图形激励模板为运放测试电路提供激励 实验步骤:1.将运放测试电路的左侧部分调整为如图所示,并检查并保存 会看到一条警告信息出现在电路图检查框(Schematic Check box)中.注意电路编辑窗中的闪烁标志,这些标志提示未连接的终端.暂时忽略警告信息,点击 Close 关闭该窗口.2.设置输入激励.在仿
31、真窗中,选择 Setup-Stimuli,弹出建立模拟激励(Setup Analog Stimuli)框.确认框中的 Stimulus Type 设置为 Inputs,并按照下图进行参量设置:3.设置全局激励.设置 Stimulus Type 为 Global Sources;分别设置 vdd和 vss为直流 5v,-5v;设置完毕后点击 OK.如下图:4.在仿真窗中选择 Simulation-Netlist-RecreateFile-Close Window 关闭网表.5.选择 Simulation-Run 或开始仿真,仿真结束后自动弹出波形窗口:6.将电路图复原到原状态时,若不关闭刚刚创建
32、的激励,则它将和原电路图中的电源并列而出错.所以,选择 Setup-Stimuli,在弹出的窗口中将所有的激励输入改为 OFF,点击 Apply 和 OK.7.将电路图恢复为如图所示,并点击检查并保存:8.在运放测试电路编辑窗中选择 Design-Probe-Remove All,删除所有可能残留的标记仿真结果的彩色探针.9.在运放测试电路编辑窗中选择 Simulation-Netlist-RecreatFile-Close Window 关闭该网表.10.选择 Simulation-Run 或点击,仿真结束后出现波形如下:如果出现错误信息,检查是否由于某些图形激励仍然处于激活状态(ON).1
33、1.关闭仿真输出窗,保留仿真窗,波形窗和所有其他设计窗口.Lab 2.3 波形窗的使用 实验目的:研究波形窗的特点及使用 实验步骤:1.左键点击子窗口 1 的数字 1,使之高亮显示,再选择 Axis-Strips;同样方法对子窗口 2 进行处理,得到图形如下:2.选择 Trace-Delta Cursor 调出测量标尺,并注意观察波形图下方的数字显示:3.左键双击子窗口右上角的数字,调出图形属性(Graph Attributes);在此框中可进行图形标题和子标题的设置,对坐标系外观进行调整等操作.4.双击 Y 轴图标(V)或 Axes-Eidt,调出 Y 轴属性框,可对 Y 轴属性进行编辑;同
34、理,可双击 X 轴图标freq(HZ)或 Axes-Eidt,调出 X 轴属性框,可 X 轴属性进行编辑.5.直接输出增益和相位曲线:a.在仿真窗口中,选择 Result-Direct Plot-AC Magnitude&Phase b.按照运放测试电路编辑窗底部的提示,选择图中标有 out 的结点,保持鼠标置于电路编辑窗中,敲击Esc,弹出增益和相位曲线波形.6.保存仿真结果:在仿真窗中,选择 Result-Save;在弹出的保存结果(Save Result)框中仅做如下改动即可点击 OK:仿真结果保存在名为 original.CAP 的目录下.7.更新设计变量并再次仿真:a.双击仿真窗口中
35、 Design Variables 中的 CAP,在弹出的编辑设计变量(Editing Design Variables)框中将值改为 b.点击 Apply&Run Simulation CAP 的值更新后,在不生成网表的情况下仿真,因此速度会有所提高.c.点击编辑设计变量(Editing Design Variables)框中的 Cancel.d.在仿真窗中,选择 Result-Save,进行如图更新设置后点击 OK 8.载入以前仿真的结果并比较 a.在仿真窗口中选择 Result-Select b.在结果选择(Select Result)OK 保存仿真状态 实验目的:掌握如何保存并恢复一个
36、设计和仿真窗口的状态 实验步骤:1.在 CIW 窗口中,选择 Option-Save Defaults.2.如图设置 Save Defaults 内容后,点击 OK:3.在 Cadence 软件运行过程中载入一个默认文件,可在 CIW 中输入 envLoadFile(“/.cdsenv”)4.在 CIW 窗口中,选择 Option-Save Session.在弹出的 Save Session 框中不做任何改动,点击OK 即可将系统状态保存在特定文件中了.5.恢复系统状态:a.在 CIW 中,选择 File-Exit 退出设计状态.b.在交互界面中输入 cd/Artist446 c.再在同一个交
37、互界面中输入 icms restore cdsSession.save&可发现 CIW,设计窗,仿真窗和波形窗都复原到屏幕上原来的位置.6.在恢复的环境中运行仿真:选择 Simulation-Run 或 Run开始仿真;CIW 中的结果报告表明仿真成功,瞬态和交流响应的波形以自动弹出.7.将所有的仿真窗和运放测试电路窗口保持不变.将仿真结果注释在电路图窗口 实验目的:掌握如何将仿真结果注释在电路图窗口 实验步骤:1.从顶层运放测试电路进入运放内部电路,在仿真窗中选择 Results-Annotate-DC Operating Points,则所有的静态工作点都注释在每一个器件的旁边,如下图:2
38、.将静态工作点输出到一个独立的窗口中:a.在仿真窗中,选择 Result-Print-DC Operating Point;b.按照电路窗底部的提示选中 npn 输出晶体管,则结果显示窗中输出所选晶体管的静态工作点 c.选中图中电阻,观察结果输出窗口中的变化 d.注意该结果输出窗口中菜单条中的三个命令:Window,Expressions 和 Info;使用这些命令可以保存数据,打印数据,重定数据格式并打印,重命名.e.选择 Window-Close 关闭结果输出窗口.f.鼠标置于电路图窗口中,敲击 Esc 直到在工具提示行中不再有信息出现 3.返回电路顶层运放测试电路;在 Save Change 对话框中点击 No.