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CMOS電路設計與模擬Lab4 Ring-Oscillator 授課老師： 學 生：學 號：完成日期：Lab4-Analysis of Ring-Oscillator 1.Ring oscillator - 完成SPICE仿真，觀察5,31,101級的振盪頻率;2.以101級Ring oscillator為基礎，探究電壓（4.5V 5V 5.5V）和溫度（0deg.C 25deg.C 100deg.C）對振盪頻率fosc的影響.1.程序如下（VDD=5V,5級環形振蕩器，無溫度條件)：* F:在台作业COMSlab4.sp.MODEL MN NMOS (LEVEL=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05+ GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555+ UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1+ NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04+ MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.800)*.MODEL MP PMOS (level=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05+ GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214+ UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001+ NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04+ MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.700)*.subckt INV in outM1 out in 0 0 mn w=10u l=2uM2 out in vdd vdd mp w=20u l=2u.ends*.global vddvdd vdd 0 5.IC v(osc)=5x1 osc N1 INVx2 N1 N2 INVx3 N2 N3 INVx4 N3 N4 INVx5 N4 osc INV*.tran 30n.meas tran tosc trig v(osc)=2.5 rise=2 trag v(osc)=2.5 rise=3.meas tran fosc param=1/tosc.print tran v(osc) v(N1) v(N4).endLTspice模拟结果: 結論：Tosc =2.58877e-008 FROM 4.11235e-009 TO 3e-008fosc: (1/tosc)=3.86285e+0072.程序如下（VDD=5V,31級環形振蕩器，無溫度條件)：* F:在台作业COMSlab4-2.sp.global vdd.MODEL MN NMOS (LEVEL=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05+ GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555+ UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1+ NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04+ MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.800)*.MODEL MP PMOS (level=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05+ GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214+ UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001+ NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04+ MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.700)*.subckt INV in outM1 out in 0 0 mn w=10u l=2uM2 out in vdd vdd mp w=20u l=2u.ends*.subckt INV5 in outx1 in N1 INVx2 N1 N2 INVx3 N2 N3 INVx4 N3 N4 INVx5 N4 out INV.ends*vdd vdd 0 5.IC v(osc)=5x1 osc N1 INV5x2 N1 N2 INV5x3 N2 N3 INV5x4 N3 N4 INV5x5 N4 N5 INV5x6 N5 N6 INV5x7 N6 osc INV*.tran 120n.meas tran tosc trig v(osc)=2.5 rise=2 trag v(osc)=2.5 rise=3.meas tran fosc param=1/tosc.print tran v(osc) v(N1) v(N6).endLTspice模拟结果: 結論：Tosc =9.49177e-008 FROM 2.50823e-008 TO 1.2e-007fosc: (1/tosc)=1.05354e+0073.程序如下（VDD=5V,101級環形振蕩器，無溫度條件)：* F:在台作业COMSlab4-3.sp.global vdd.MODEL MN NMOS (LEVEL=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05+ GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555+ UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1+ NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04+ MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.800)*.MODEL MP PMOS (level=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05+ GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214+ UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001+ NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04+ MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.700)*.subckt INV in outM1 out in 0 0 mn w=10u l=2uM2 out in vdd vdd mp w=20u l=2u.ends*.subckt INV5 in outx1 in N1 INVx2 N1 N2 INVx3 N2 N3 INVx4 N3 N4 INVx5 N4 out INV.ends*.subckt INV20 in outx1 in N1 INV5x2 N1 N2 INV5x3 N2 N3 INV5x4 N3 out INV5.ends*vdd vdd 0 5.IC v(osc)=5x1 osc N1 INV20x2 N1 N2 INV20x3 N2 N3 INV20x4 N3 N4 INV20x5 N4 N5 INV20x6 N5 osc INV.tran 400n.meas tran tosc trig v(osc)=2.5 rise=2 trag v(osc)=2.5 rise=3.meas tran fosc param=1/tosc.print tran v(osc) v(N1) v(N5).endLTspice模拟结果: 結論：Tosc =3.18523e-007 FROM 8.14767e-008 TO 4e-007fosc: (1/tosc)=3.13949e+006Answer_Part2:4.程序如下（101級環形振蕩器，分別在不同電壓（4.5V 5V 5.5V）和不同溫度（0deg.C 25deg.C 100deg.C）條件下的情況)：* F:在台作业COMSlab4-4.sp.global vdd.MODEL MN NMOS (LEVEL=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05+ GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555+ UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1+ NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04+ MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.800)*.MODEL MP PMOS (level=2 LD=0.250U TOX=365E-10+ NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05+ GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214+ UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U+ LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001+ NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10+ CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04+ MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.700)*.subckt INV in outM1 out in 0 0 mn w=10u l=2uM2 out in vdd vdd mp w=20u l=2u.ends*.subckt INV5 in outx1 in N1 INVx2 N1 N2 INVx3 N2 N3 INVx4 N3 N4 INVx5 N4 out INV.ends*.subckt INV20 in outx1 in N1 INV5x2 N1 N2 INV5x3 N2 N3 INV5x4 N3 out INV5.ends*vdd vdd 0 vddr.param vddr=5.IC v(osc)=vddr.step param vddr 4.5 5.5 0.5.temp 0 25 100x1 osc N1 INV20x2 N1 N2 INV20x3 N2 N3 INV20x4 N3 N4 INV20x5 N4 N5 INV20x6 N5 osc INV*.tran 200n.meas tran tosc trig v(osc)=2.5 rise=2 trag v(osc)=2.5 rise=3.meas tran fosc param=1/tosc.print tran v(osc) v(N1) v(N5).endLTspice模拟结果: 結論：.step vddr=4.5 temp=0C fosc=8.46645e+006.step vddr=5 temp=0C fosc=7.79535e+006 .step vddr=5.5 temp=0C fosc=7.3519e+006.step vddr=4.5 temp=25C fosc=9.25346e+006.step vddr=5 temp=25C fosc=8.38617e+006.step vddr=5.5 temp=25C fosc=7.82734e+006 .step vddr=4.5 temp=100C fosc=1.29625e+007.step vddr=5 temp=100C fosc=1.09642e+007 .step vddr=5.5 temp=100C fosc=9.787e+006我們選取頻率最大fosc=7.3519e+006和頻率最小fosc=1.29625e+007 結論：當vddr=5.5 temp=0C時，fosc取得最小值7.3519e+006當vddr=4.5 temp=0C時，fosc取得最大值1.29625e+007參數分析：1.在電壓固定為5V且不考慮溫度的情況下，探究不同級數的環形振蕩器對dosc的影響級數 fosc 53.86285e+007 311.05354e+007 1013.13949e+0062.在101級环形振荡器的前提下，探究不同溫度（）和電壓（）對fosc的影響溫度（deg.C）電壓(V)fosc04.58.46645e+006 5 7.79535e+006 5.5 7.3519e+006 254.5 9.25346e+006 5 8.38617e+006 5.5 7.82734e+0061004.5 1.29625e+0075 1.09642e+0075.5 9.787e+006通過參數之間的比較，我們可以得到三個結論：1.環形振蕩器的級數越多，其振蕩的頻率就越小；從波形上來看，環形振蕩器的級數越多，振蕩的波形會從正弦波逐漸變成方波；2.同一級環形振蕩器，在相同溫度的條件下，電壓越高其振蕩的頻率就越小；3.同一級環形振蕩器，在相同電壓的條件下，溫度越高其振蕩的頻率就越大。實驗心得與結論：實驗目的：不同級數的環形振蕩器的效果對比。實驗結論：振蕩頻率隨著振蕩器計數增加而降低，隨著電壓升高而降低，隨著溫度上升而上升。在級數多的反相器中，由於在很長的時間裡會處在最大值或最小值上，反向的瞬間會相對於總時間來說較短，故隨著級數的增加，振蕩的波形會從正弦波逐漸變成方波。實驗心得：通过这次实验我明白了反相器的原理，我学会了怎样去书写变化的电压，学习了反相器的原理在以后的实验中可以让我更好去使用它，让我的电路更完美。目 录第一章 总 论 11.1项目概况 11.2研究依据及范围 21.3结论 31.4建议 4第二章 项目建设的背景和必要性 52.1项目建设的背景 62.2项目建设的必要性 7第三章 项目服务需求分析 9第四章 项目选址与建设条件 114.1选址原则 114.2项目选址 114.3建设条件 12第五章 建设方案与设计 125.1建设规模与内容 125.2总体规划设计 135.3结构方案 185.4主要配套设备 195.5给水工程 205.6排水工程 225.7电气设计 235.8节能设计 26第六章 项目实施进度和招投标管理296.1项目实施进度 296.2招投标管理 31第七章 环境影响分析 317.1项目主要污染源分析327.2 环境保护措施及治理效果 35第八章 消防、安全与卫生防护 378.1 消防 378.2 劳动安全 388.3 卫生防护 39第九章 组织机构、运作方式与项目实施进度399.1 项目建设组织机构399.2项目运营组织机构 419.3劳动定员 42第十章 投资估算和资金筹措4210.1投资估算4310.2项目所需流动资金 4910.3资金筹措 49第十一章 经济和社会效益评价 5011.1 经济效益评价5011.2 社会效益评价 50第十二章 结 论 50 12.1 主要结论 50 12.2 建 议 51附录：1、*发改局关于*迁建工程项目建议书的批复 2、*村镇建设管理所*迁建项目用地红线