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      專業基礎平臺虛擬仿真實驗教學資源

      包括模擬電路、數字電路、電路分析基礎、EDA技術、單片機原理及應用等仿真實驗課程,主要利用Proteus、 Matlab、Dsch2、OWVLab HFC V2.0、Multisim、MaxPlusⅡ、QuartusⅡ、Microwind等軟件完成仿真實驗項目。通過本模塊的學習,學生可以了解并掌握電 子系統的原理和設計方法、微處理器的體系結構及開發知識,掌握常用軟件的使用方法,為開展專業課程實驗打下良好的基礎。

      所屬平臺

      實驗課程名稱

      實驗項目數

      課程編號

      專業基礎

      模擬電路實驗

      7

      130008

      模擬集成電路課程設計

      1

      130022

      數字電路實驗

      6

      130081

      數字集成電路綜合實驗

      6

      130097

      EDA技術實驗

      10

      130021

      單片機原理及應用實驗

      6

      130023

      PLC原理及應用實驗

      4

      130037

      電路分析基礎實驗

      11

      130017

      嵌入式系統實驗

      6

      130020

      集成電路版圖設計實驗

      5

      130078

      MATLAB及控制系統仿真實驗

      6

      130044

      高頻電路實驗

      5

      130006

       

      典型實驗課程:數字集成電路綜合實驗

      【課程概況】

      在光伏發電系統中,必須要用到控制電路、逆變電路等電路系統,這些系統原來都由分立器件搭建,但當前已經開始向專用化和集成化發展,其核心部件就是專用集成電路模塊。

      為培養光伏技術相關的專門技術人才,依托我校集成電路設計工程碩士點,為本科生開設“數字集成電路綜合實驗”。

      “數字集成電路綜合實驗”是配合“數字集成電路原理與設計”這門專業課而開設的,學生通過對簡單集成電路、復雜集成電路以及基本單元的版圖設計等相 關實驗的學習,對集成電路的設計過程和版圖設計的設計指標有一個直觀體會,同時進一步加強對《數字集成電路原理與設計》這門課程的深入理解,深化集成電路 設計和版圖設計的相關知識。

      【課程特色】

      虛實互補:在虛擬環境中,學生自行設計實驗方案,搭建實驗電路,調整虛擬儀器參數,模擬真實的電路實驗過程。

      在虛擬仿真的基礎上再開展實際電路搭建、測試等實驗,通過這種虛實互補的方式,可以有效減少元器件損耗,避免因操作不當而損壞實驗設備,提高實驗教學效率。

      層次性:本實驗課程中的實驗項目分為基礎型、提高型、綜合型、設計型、創新型五個層次,可以開展分層教學,滿足電子科學與技術等不同本科專業學生對集成電路虛擬仿真實驗教學內容的需求。

      【面向對象】

      本校電子科學與技術、集成電路設計、新能源材料與器件、電子信息工程、電氣工程及其自動化、自動化等專業的本科生和研究生。

      英利新能源公司和天威薄膜光伏有限公司等企業的員工。

      【教學效果】

      通過實驗,學生熟悉了集成電路相關元器件與電路的使用和設計方法,并對一些基礎的電路和版圖進行了設計、熟悉了 器件電氣特性性能參數的分析方法,對設計的集成電路進行分析驗證,提供了分析問題、解決問題的能力,激發了學生對芯片設計至開發流程的興趣,掌握了實際工 程應用中常用的仿真設計軟件使用方法,為今后從事集成電路設計、分析、仿真與集成電路版圖設計等方面的工作打下一個良好的基礎。

      【實驗項目】

      數字集成電路綜合虛擬仿真實驗項目

      序號

      典型實驗項目

      實驗要求

      實驗類型

      學時

      1

      用Dsch2軟件實現簡單器件和組合邏輯加法器的設計及仿真

      必修

      設計型

      4

      2

      用Dsch2軟件實現基本的D觸發器和帶有清零端的D觸發器的設計與仿真

      必修

      設計型

      2

      3

      用Dsch2和Microwind2軟件來實現簡單邏輯的版圖

      必修

      設計型

      2

      4

      應用Microwind軟件繪制NMOS、PMOS和CMOS版圖

      必修

      設計型

      4

      5

      應用Microwind軟件繪制nand2和nor2的版圖

      必修

      設計型

      3

      6

      應用Microwind軟件繪制xor2的版圖

      必修

      設計型

      3

       

      典型實驗項目《應用Microwind軟件繪制NMOS、PMOS和CMOS版圖》

      【實驗目的】

      (1)熟悉Microwind軟件使用方法。

      (2)熟練掌握NMOS、PMOS、CMOS的工藝原理及制版過程。

      【實驗工具】

      Microwind軟件

      【實驗步驟】

      (1)畫NMOS的版圖

      1、選擇多晶硅層為當前層,在編輯區中,按住鼠標左鍵畫出多晶硅條。條寬不能小于2 lambda,因為多晶硅層的最小尺寸為2 lambda。在編輯區的左上角示出了1 lambda為幾個格點。

      2、選擇N擴散層為當前層,畫出N+擴散區,如圖所示。

      3、查看其剖面圖。

      在自己的文件夾下保存為NMOS.MSK。點擊Simulate->2D vertical cross-section,然后用鼠標左鍵在N+擴散區內從多晶硅左側拖動到其右側,即可查看其剖面圖,如上圖所示。

      4、NMOS晶體管的靜態特性

      從Simulate->Mos characteristics觀察其靜態特性曲線,如下圖所示。

      NMOS晶體管的靜態特性曲線

      5、NMOS的動態特性

      ◆ 在右側的Palette中,選中clock圖標,然后單擊多晶硅柵,出現一對話框,將其名稱改為Vgate。其上升時間、下降時間、高電平時間和低電平時間可調。

      ◆ 同樣,選中clock圖標,單擊左側擴散區,將其名稱改為Dgate。改變上升時間、下降時間、高電平時間和低電平時間的值,使其與Vgate的不同。

      ◆ 在右側的Palette中,選中Visible node圖標,然后單擊右側擴散區,將其名稱改為out。在Simulate->Run simulation->Voltage VS Time中,查看其特性曲線,如圖所示。

      NMOS晶體管的動態特性曲線

      (2)畫PMOS的版圖

      1、PMOS與NMOS具有相同的功能,只不過它們的控制電平相反。用相同的方法來繪制PMOS的版圖,如圖所示。

      PMOS版圖

      2、圖中Vdd的畫法:

      首先,選中N+擴散層,在如圖所示位置畫出N+擴散區。

      其次,選中Contact層,在N+擴散區上畫接觸孔。

      再次,選中Metal1層,在接觸孔上畫金屬層,用于連接Vdd。

      下一步,在右側Palette上部,選中Vdd Supply圖標,單擊Metal1層,即出現“Vdd+”圖樣。

      (3)畫CMOS的版圖:

      由CMOS的電路圖可知,CMOS是將NMOS和PMOS的漏極接在一起接輸出,柵極接在一起接輸入,NMOS的源極接地,PMOS的源極接高電位。根據此結構來畫CMOS的版圖。

      CMOS的版圖結構眾多,以下給出一種方案作為參考,如圖所示。

      CMOS版圖

      1、畫出NMOS的版圖。

      2、在NMOS版圖的正上方畫PMOS的版圖。

      3、把NMOS和PMOS的多晶硅柵連在一起。

      4、分別畫出NMOS源、漏的接觸孔;PMOS源、漏的接觸孔和多晶硅柵的接觸孔。

      5、選擇Metal1為當前層,把兩個MOS管的漏極用Metal1連接在一起,構成輸出out1;把PMOS的源極引出接Vdd+;NMOS的源 極引出接Vss-(從右側Palette上部選中Ground圖標,在源極的引出金屬上單擊即出現“Vss-”字樣);從兩管的柵極引出接輸入in1。在 自己的文件夾下將其保存為CMOS.MSK。

      6、在Simulate->Run simulation->Voltage VS Time中,查看其特性曲線,如圖所示。

      CMOS特性曲線

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