集成电路课程设计(CMOS二输入与门)

武汉理工大学《集成电路软件》课程设计课程设计任务书学生姓名：王伟专业班级：电子1001班指导教师：刘金根工作单位：信息工程学院题目:基于CMOS的二输入与门电路初始条件：计算机、Cadence软件、L-Edit软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习CadenceIC软件和L-Edit软件。（2）设计一个基于CMOS的二输入的与门电路。（3）利用Cadence和L-Edit软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：2013.11.22布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。2013.11.25-11.27学习CadenceIC和L-Edit软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。2013.11.28-12.5对二输入与门电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。2013.12.6提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《集成电路软件》课程设计1目录摘要………………………………………………………………….....2绪论…....………………………………………….…………………....3一、设计要求..........................................................................................4二、设计原理..........................................................................................4三、设计思路..........................................................................................43.1、非门电路.........................................................................43.2、二输入与非门电路.........................................................63.3、二输入与门电路.............................................................8四、二输入与门电路设计......................................................................94.1、原理图设计.....................................................................94.2、仿真分析......................................................................104.3、生成网络表..................................................................13五、版图设计...................................................………………………205.1、PMOS管版图设计…………..……………….……..205.2、NMOS管版图设计…….………………………….….225.3、与门版图设计……..………………….…………...…235.4、总版图DRC检查及SPC文件的生成…………....…25六、心得体会………………………………………………..…….......28七、参考文献……………………………………………………....…29八、附录…………………………………………………..…………...30武汉理工大学《集成电路软件》课程设计2摘要本文从设计到仿真以及后面的版图制作等主要用到了CadenceIC软件和L-Edit软件等。设计的题目是基于CMOS的二输入与门电路，电路设计的思路是使用一个二输入的与非门加一个反相器来实现二输入与门的功能，其中电路设计部分用的是CadenceIC软件，仿真部分主要做的是时序仿真，后面的版图制作用的是L-Edit软件，由于版图制作只使用了一个L-Edit软件，所以版图完成之后只做了一个基本的DRC检查。关键词：CMOS门电路、与非门、非门、与门AbstractInthispaper,fromdesigntoproductionsimulationandthebackofthemap,mainlyusetheCadenceICsoftwareandL-Editsoftware,etc.DesignthetopicisbasedonCMOStwoinputandgate,circuitdesigntrainofthoughtistouseatwoinputnandgateandaninvertertorealizetheinputandthefunctionofthedoor,thecircuitdesignpartwithCadenceICsoftware,maindoistimingsimulation,simulationofthebackofthemapproductionusingL-Editsoftware,duetothemapmakingonlyUSESaL-Editsoftware,sothelayoutiscompletedonlydoneabasicDRCcheck.Keywords:CMOSgate,NANDgate,NOTgate,ANDgate武汉理工大学《集成电路软件》课程设计3绪论随着微电子技术的快速发展，人们生活水平不断提高，使得科学技术已融入到社会生活中每一个方面。而对于现代信息产业和信息社会的基础来讲，集成电路是改造和提升传统产业的核心技术。随着全球信息化、网络化和知识经济浪潮的到来，集成电路产业的地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息安全的基础性、战略性产业。集成电路有两种。一种是模拟集成电路。另一种是数字集成电路。从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混合型三种。而在数字集成电路中应用最广泛的就是CMOS集成电路，CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，随着其制造工艺的不断进步，CMOS电路逐渐成为当前集成电路的主流产品。本课程设计讲的是数字集成电路版图设计的基本知识。然而在数字集成电路中CMOS门电路的制作是非常重要的。本文便是讨论的CMOS与门电路的设计仿真及版图等的设计。版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。版图在设计的过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能，L-Edit软件的的版图设计软件帮助设计者在图形方式下绘制版图。对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行：（1）划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。（2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。（3）布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。（4）压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。武汉理工大学《集成电路软件》课程设计4一、设计要求1、要求：用MOS器件来设计二输入与门电路。2、内容：用Cadence软件进行电路原理图的绘制，生成网络表并进行交直流分析及瞬态分析。3、用L-Edit软件进行电路版图的制作及DRC的检查。二、设计原理二输入与门有两个输入端A和B以及一个输出端Q，只有当A端和B端同时为高电平时输出才为高电平，否则输出都为低电平，即Q=AB。与门的电路符号和真值表如图1所示：ABQ000010100111图1与门逻辑符号和真值表由于此次是用CMOS管构建的二输入与门，而CMOS管的基本门电路有非门、与非门、或非门等，所以要想实现用CMOS管搭建出二输入与门电路，由关系式Q==AB可知可以用一个二输入与非门和一个非门连接，这样就可以实现一个二输入与门的电路。本次设计就是用一个二输入与非门加一个非门从而实现了二输入与门的功能。三、设计思路3.1非门电路CMOS非门即反相器是由一个N管和一个P管组成的，P管源极接Vdd，N管源极接GND，若输入IN为低电平，则P管导通，N管截止，输出OUT为高电武汉理工大学《集成电路软件》课程设计5平。若输入IN为高电平，则N管导通，P管截止，输出OUT为低电平。从而该电路实现了非的逻辑运算，构成了CMOS反相器。CMOS反相器的电路图如下图2所示.图2CMOS反相器电路图当Ui=UIH=VDD,VTN导通,VTP截止,Uo=Uol≈0V当Ui=UIL=0V时,VTN截止,VTP导通,UO=UOH≈VDD低电平输出特性当输出为低电平时，即v0=VOL时，反相器的P沟道管截止、N沟道管导通，工作状态如图3所示，低电平输入特性如图4所示。图3CMOS反相器的低电平输出状态武汉理工大学《集成电路软件》课程设计6图4CMOS反相器的低电平输出特性(2)高电平输出特性当输出为高电平时，即v0=VOH时，反相器的N沟道管截止、P沟道管导通，工作状态如图5所示，低电平输入特性如图6所示。图5CMOS反相器的高电平输出状态图6低电平输入特性还有就是CMOS电路的优点:（1）微功耗。CMOS电路静态电流很小，约为纳安数量级。（2）抗干扰能力很强。输入噪声容限可达到VDD/2。（3）电源电压范围宽。多数CMOS电路可在3～18V的电源电压范围内正常工作。（4）输入阻抗高。（5）负载能力强。CMOS电路可以带50个同类门以上。（6）逻辑摆幅大（低电平0V，高电平VDD）3.2二输入与非门电路二输入CMOS与非门电路，其中包括两个个串联的N沟道增强型MOS管和武汉理工大学《集成电路软件》课程设计7两个个并联的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全为高电平时，才会使两个个串联的NMOS管都导通，使两个个并联的PMOS管都截止，输出为低电平。设计电路图如下图7所示：图7CMOS与非门电路二输入与非门电路的逻辑符号和真值表如下图8所示：图8ABQ001011101110如上图7中所示，设CMOS管的输出高电平为“1”，低电平为“0”，图中T2、T4为两个串联的NMOS管，T1、T3为两个并联的PMOS管，每个输入端（A或B）都直接连到配对的NMOS管（驱动管）和PMOS（负载管）的栅极。当两个输入中有一个或一个以上为低电平“0”时，与低电平相连接的NMOS管仍截止，而PMOS管导通，使输出Y为高电平，只有当两个输入端同时为高电平“1”时，T2、T4管均导通，T1、T3管都截止，输出Y为低电平。由以上分析可知，该电路实现了逻辑与非功能，即Y=。武汉理工大学《集成电路软件》课程设计83.3二输入与门电路在本次设计中，二输入CMOS与门电路是由一个二输入CMOS与非门电路和一个非门（反相器）组成，其中二输入与非门包括两个个串联的N沟道增强型MOS管和两个个并联的P沟