全定制施密特触发器设计方案

1 全定制施密特触发器设计方案 1 电路设计 理 分析 施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压 在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压 向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压 密特触发器 电路 将两级反相器 串接起 ,同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就构成了图1-1(a)所示的施密特触发器电路。其中 路，它们的阈值电压 或点击工具栏中的放置细线或用快捷键 w，便可以将已经放置好的元件连接起来。 4） 添加 输入输出端口 ： 完成连线后直接添加 成原理图输入 。 选择 “点击工具栏中的放置端口或用快捷键 P 均可 ， 弹出 项表 ， 填好端口名，并使之与端口方向（分别为 选项一致，即可完成输入输出端口的 添加 。 5）检查与保存。选择 “如果电路图有绘制问题 ，会报告出错。至此我们就完成了整体电路图绘制。整体原理图如 图 示： 5 图 密特触发器 原理图 3 电路仿真与分析 建 成原理图之后，为便于进行仿真，需要进行 创建。 （ 1） 生成符号图：在原理图编辑窗口，点击菜单项 现 成选项表 (图 部分 )，点击 钮出现图 部分。 图 3.1 成选项表 在的表项中 只采用默认值，直接点击 钮，即可看到 辑窗口 。 6 建仿真电路图 完成电路原理图的输入之后，为了对设计进行仿真和性能分析，需要建立一个仿真平台，将电源、各种激励信号输入待测的电路 后采用仿真器进行分析。 1）建立设计原理图：在命令解释器窗口 选菜单项 出现 “话框，填写、选择相应的选项，点击 钮，进入原理图编辑器 面。（同前述电路原理图输入时的操作一样 ）。 2）例化并添加器件：在原理图编辑器中选择菜单项 者按快捷键i，或者点击编辑器左侧的工具栏 钮均可） 出现例化选项表 。 分别添加 意这里采用的是 中的元件 )。添加负载电容，设置电源 输入信号。 3）器件互联：连线这里不详述，操作同电路原理图输入。最后得到的 仿真 电路图如 图 示一致。 图 密特触发器 仿真电路图 7 路仿真 与分析 对于 拟设计环境 说，默认的仿真器 是 里直接采用 （ 1） 启动模拟设计环境 在图 窗口中 选择菜单项 随即启动 口如图 示。 所示我们的电路仿真与分析就要在该平台下进行。 图 动界面 （ 2） 添加模型与仿真文件： 在图 界面中， 选择菜单项 进入 口。然后点击右下角的 按钮，进入模型库的选择 ，如下图 示 。点击 钮选中模型文件 口回到 的框中填入 击 钮添加模型文件。最后点击 中模型文件并退出。 选定模型后，还需要设置仿真文件。选择菜单选项 窗口 中填入仿真文件的路径，点击 成设置。 8 图 真分析模型选择 （ 3）设置分析类型：根据不同的需要，可以对电路进行不同类型的分析。在此选择瞬态（ 析。在 面中，选择菜单项 选择仿真参数和类型，分析时间相对于激励适当即可。 （ 4）信号分析输出捕捉：这里选择需要查看的信号。在 面中，选择菜单项o be n 此时 原理图窗口变成活跃的，直接用鼠标点击需要查看的信号即可。这里选择 输入和输出信号线，可以看见这两个信号线的颜色发生了变化，表示被选中。 （ 5） 运行仿真与波形查看：选中 信号后 回到 口 ， 示。 图 成设置的 择菜单项 或相应工具栏按钮），运行仿真，直接点击闭弹出的欢迎页（ to 随即出现仿真文字输出和波形输出。波形如 图 示： 9 图 密特触发器 输出波形 4 电路 版图 设计 本课程设计采用工具软件为 台 要为 于原理图、版图输入， 于提取 、 里 首 先建立一个基本器件版图库，再将器件加上参数，使之成为参数化单元库（ 然后在参数化器件基础上，绘制设计的版图。最后对设计版图进行版图提取、 证。 立 版图 软件工具启动后，关闭 “s 口，新建参数化器件库 面选择菜单项 ，弹出如下图 图 建设计库 1）完成建库后就可以在该设 计库 设计器件。在 面选择菜单项 出窗口，按照要求填写与选择，点击按钮 成 件文件创建。随后出现的界面就是版图编辑器窗口。 2） N 阱绘制：回到编辑窗口中，选择菜单项 或工具栏 10 或快捷键 r），直接点击 钮隐藏弹出窗口。在编辑窗口移动鼠标，查看窗口菜单项上方的坐标显示，在位置（ 0， 0）单击鼠标，向右上方拉伸至（ 次单击，完成 N 阱绘制。 3）在 面点击下方 形栏，选中 为当前绘图层。回到编辑窗口中，仍采用 状 进行 绘制。 用 同样方法绘制 时 完成注入区（ 绘制 。 4）然后要进行 制作。在 口选中 到编辑窗口中，选择菜单项 或工具栏 快捷键 p），出现弹出窗口，宽度 填入 可进行 绘制。 5） 最后应该 绘制 的是， 两处 三处 注意相应的坐标，切勿出错。 最后得到完整的 图如下图 示： 图 图 在版图编辑窗口，选中菜单项 ，将当前设计 命名 后选中菜单项 ，关闭 在 口选中菜单项 以编辑方式打开 图。在版图编辑器中，删去 层；在保持几何尺寸不变的条件下，将原来 层改成 将原来 为 余的图层保持不变。这样就得到了一个 下 图 示： 11 图 图 4.2 器件参数化 1）长度 宽度 置参数：这里对 件所设的参数为管子长度宽度 先在 选菜单项 编辑方式打开 图，开始进行参数设置。在版图编辑器窗口，选菜单项 在编辑器中多出一菜单项 进行宽度参数设定。选菜单项 启动命令，然后移动鼠标在点（ 近单击一下，会看到一条以 单击点为起点的水平直线，向右拉伸，穿过三个 点（ 3， 近双击鼠标（仍可用 消前一单击点），出现弹出 Y 向拉伸参数窗口，并参照图示填写、选择相关内容，点击按钮 成设定。 2）编译：设定 数后，要进行编译： o 在弹出窗口中选择 按钮 成设置（只在第一次编译中出现）。编译完后就要实际验证一下。在 口，选择菜单 ，任意命名一个 元），比如 要用来测试刚刚编译过的 版图编辑界面，例化中的 图，弹出窗口如下图 见 数项。 12 图 4.4 数变化 对参数 别给以不同的数值，这里是 看例化结果。从下图 4.5 数变化见 尺寸发生变化，这是不希望的。 图 参数设定 尺寸问题的变化是这样解决的，在 图编辑界面，执行菜单命令 ，然后在窗口中用鼠标分别单击三个 个 即高亮表示被选中。若有别的图层被选中，可按住键盘的 再在多余的图层单击鼠标左键即可。单击选中三个 后按键盘 ，或者选中最后一个 双击鼠标，就会出现如图 示的表单项。完成这个参数设置之后点击 钮。先编译，再查看总结。 13 图 Y 向重复选项参数 同样要进行例化验证，将参数 别设为默认值 和 1。 至此，参数 置完成，下面来进行参数 设置。在版图编辑窗口，执行菜单命令 ，移动鼠标至点（ 近单击，垂直垂直拉伸至点（ 近双击，会有窗口 弹出 ，如图 示 。 图 X 向伸展和 数设置 照上图填写、选择之后按 。然后进行编译、查看参数总结 ，如图 示 。 14 图 参数总结 图 将参数 别设为默认值和 例化结果。 图 4.9 数例化验证 的两个参数 经设置完成，可以正常使用了。和 参数化一样， 法步骤完全一样。 至此， 中的两个单元（ 图已经参数化完成，拥有长度宽度 个参数，并且 宽度方向上随 数改变 而重复，这些在设计中都可以直接使用。注意在今后的设计当中，应尽量使用 厂商提供的 的参数化器件。下面就利用 中的参数化单 元进行电路版图制。 15 件板图绘制 要求为设计单独建一个库，例示中命名为 作同前述所有的建库操作一样。在设计库 创建 用菜单命令 弹出如下窗口，填写、选择完成点击 钮，进入名为 元（ 版图编辑界面。 1） 例化：在版图编辑界面中，直接按下键盘中 i 键，弹出例化窗口，如下图填写、选择，完成例化 元 ，如图 示 。 图 表单与摆放 当点击 钮后， 口消失，在版图编辑窗口出现一个随鼠标移动的 。同样例化一个 ，见下图 16 图 表单与摆放 2）反相器版图的绘制：反相器由一个 和 构成，先摆放 在 用 行连接，接口 接出来 即可 。 反相器版图如图 示。 图 相器版图 对例化的 反相器进行调用，在新的版图编辑窗口将调用 的元件按电路原理图摆放，计算好个器件之间的最小尺寸，以达到面积的优化。施密特触发器的版图如图 示。 17 图 密特触发器版图 5 物理验证 计规则检查 计规则是集成电路版图各种几何图形尺寸的规范， 在产生掩模图形之前，按照设计规则对版图几何图形的宽度、间距及层与层之间的相对位置等进行检查，以确保设计的版图没有违反预定的设计规则，能在特定的集成电路制造工艺下流片成功，并且具有较高的成品率。不同的集成电路工艺都具有与之对应的设计规则，因此设计规则检查与集成电路的工艺有关。 一般情况下，手动绘制版图过程中，每完成一部分都要进行 查。 在版图编辑界面，执行菜单命令 ，启动 出 口，如下图 示。 18 图 动窗口与报告 由图 的检测报告可知 ，本次设计顺利的通过了 测，完全满足几何尺寸方面的要求。 查 好几个对比的对象，但通常是指版图的提取与电路原理图之间的对比，因此这两个文件是一定要具备。首先进行版图的提取。在 元版图编辑窗口执行菜单命令 命令进行版图提取，出现如 图 界面，直接点击 钮就可以完成提取，保存在当前库。 图 图提取表项 留意 的提取提示。为避免版图之间混淆，可以关闭 元版图编辑窗口，然后再在 口打开提取的版图。 ，出现如图 示的窗口，打开提取的版图进行 查。 19 图 开提取版图 原理图就是前面仿真的电路图，一并打开。在提取的版图窗口执行菜单命令，出现如 图 示的 界面。 图 项 在 下可以采用 钮选择对应的单元和视图，或者点击各自对应的按钮 “然后再去点击相应的 者 图窗口，就会发现相应的空格位置已经填上正确的内容。点击 钮运行 查，弹 20 出提示信息如下图 击 可。 图 束提示 图 界面会一直存在知道用户退出，点击 钮查看相应的检查报告，如图 例。 图 告 21 结 论 本次 专业综合课程 设计 是对我们所学知识的综合运用，模拟了一次全定制的设计流程。这包括电路设计 、 原理图的绘制 、 仿真与验证、版图绘制及物理验证。 在 密特触发器的全定制设计。 施密特触发器的原理易于理解，因此在电路设计时没有考虑太多。起初，我所用的原理图含有电阻，在原理图的仿真以及版图绘制时都带来了很多的问题。最终我放弃了这个含有电阻的方案，采用 了报告中的完全 由 构成的电路。没有了电阻方面的问 题，才使得这次设计得以进行下去。在这过程中我对 个平台有了更全面的了解，同时对这个平台有了一定的掌握。 电路原