三输入或门版图设计

课程设计 三输入或门设计三输入或门设计 学生姓名 学 院 专业班级 专业课程 集成电路设计基础 指导教师 年 月 日 课程设计成绩评定标准及成绩课程设计成绩评定标准及成绩 序号评审项目指 标满分评分 1 工作态度 遵守纪律 学习认真 作风严谨 踏实肯 干 5 分 2 工作量 按期圆满完成规定的任务 难易程度和工 作量符合要求 20 分 全勤 得 10 分 有迟到 早退 请假现象 得 8 分 旷课 1 天 得 5 分 旷课 2 天 得 2 分 3 出勤情况 旷课超过 2 天 得 0 分 10 分 4 设计 实验 方案 能灵活运用相关专业知识 有较强的创新 意识 有独特见解 设计有一定应用价值 30 分 5 实验技能 动手能力强 能独立完成安装 调试等实 际操作 能解决设计及实验过程中出现的 问题 10 分 6 小组表现 注重团队合作 在小组中表现突出 对设 计方案的制定及选取起主要作用 在实验 操作过程中 承担主要执行者 5 分 7 设计报告质 量 报告结构严谨合理 文理通顺 技术用语 准确 符合规范 图表完备 正确 绘图 准确 符合国家标准 20 分 合 计 评语 等等 级 级 优秀 良好 中等 及格 不及格 优秀 良好 中等 及格 不及格 评阅人 评阅人 职称 职称 日日 期 期 年年 月月 日日 目录目录 1 绪论 1 1 1 设计背景 1 1 2 版图设计方法 2 1 3 设计目标 2 2 三输入或门电路 2 2 1 电路结构 2 2 2 三输入或门电路仿真 4 2 3 三输入或门电路的版图绘制 4 2 4 三输入或门版图电路仿真 10 2 5LVS 检查匹配 10 3 总 结 12 参考文献 13 0 1 1 绪论绪论 1 1 设计背景 随着集成电路技术的日益进步 使得计算机辅助设计 CAD 技术已成为电 路设计师不可缺少的有力工具 1 国内外电子线路 CAD 软件的相继推出与版本 更新 使 CAD 技术的应用渗透到电子线路与系统设计的各个领域 如芯片版图 的绘制 电路的绘图 模拟电路仿真 逻辑电路仿真 优化设计 印刷电路板 的布线等 CAD 技术的发展使得电子线路设计的速度 质量和精度得以保证 在众多的 CAD 工具软件中 Spice 程序是精度最高 最受欢迎的软件工具 tanner 是用来 IC 版图绘制软件 许多 EDA 系统软件的电路模拟部分是应用 Spice 程序来完成的 而 tanner 软件是一款学习阶段应用的版图绘制软件 对 于初学者是一个上手快 操作简单的 EDA 软件 Tanner 集成电路设计软件是由 Tanner Research 公司开发的基于 Windows 平台的用于集成电路设计的工具软件 该软件功能十分强大 易学易用 包括 S Edit T Spice W Edit L Edit 与 LVS 从电路设计 分析模拟到电路布局 一应俱全 其中的 L Edit 版图编辑器在国内应用广泛 具有很高知名度 L Edit Pro 是 Tanner EDA 软件公司所出品的一个 IC 设计和验证的高性能 软件系统模块 具有高效率 交互式等特点 强大而且完善的功能包括从 IC 设 计到输出 以及最后的加工服务 完全可以媲美百万美元级的 IC 设计软件 L Edit Pro 包含 IC 设计编辑器 Layout Editor 自动布线系统 Standard Cell Place Route 线上设计规则检查器 DRC 组件特性提取器 Device Extractor 设计布局与电路 netlist 的比较器 LVS CMOS Library Marco Library 这些模块组成了一个完整的 IC 设计与验证解决方案 2 L Edit Pro 丰富完善的功能为每个 IC 设计者和生产商提供了快速 易用 精确的设计系统 虽然 SPICE 开发至今已超过 20 年 然而其重要性并未随着制程的进步而降 低 就国内的设计环境而言 商用的 SPICE 模拟软件主要有 Hspice Pspice SBTspice SmartSpice 与 Tspice 等 HSpice 是 Spice 程序应用在 PC 上的程序 它的主要算法与 Spice 相同 1 由于 HSpice A D 程序集成了模拟与数字电路的仿真运算法 它不仅可以仿真单 一的模拟电路或数字电路 而且可以有效 完善地仿真模拟和数字混合电路 经过多年的改版 HSpice A D 以其强大的功能及高度的集成性而成为先进最受 欢迎的电路仿真软件 1 2 版图设计方法 可以从不同角度对版图设计方法进行分类 如果按设计自动化程度来分 可将版图设计方法分成手工设计和自动设计 2 大类 如果按照对布局布线位置 的限制和布局模块的限制来分 则可把设计方法分成全定制 fullcustom 和 半定制 semicustom 2 大类 而对于全定制设计模式 目前有 3 种 CAD 工具服 务于他 几何图形的交互图形编辑 符号法和积木块自动布图 对于两极运算 放大器版图设计的例子 采用的是 Tanner 公司的 LEdit 软件 2 这是一种广泛 使用在微机上的交互图形编辑器 设计者将手工设计好的版图草图用一个交互 图形编辑器输入计算机并进行编辑 因而此方法也被分类成手工设计方法 因 为手工设计方法不可避免的会产生误会 因此 必须在版图编辑后进行版图验 证 版图验证包括设计规则检查 DRC a design rule checker 电学规则检 查 ERC a electrics rule checker 版图参数提取 LPE layout parameter extraction 版图和原理图对照检查 LVS layout vs schematic 当然这些 验证 LEdit 就可以完成 1 3 设计目标 1 用 MOS 场效应管实现三输入或门电路 2 用 tanner 软件中的原理图编辑器 S Edit 编辑三输入或门电路原理图 3 用 tanner 软件中的 W Edit 对三输入或门电路进行仿真 并观察波形 4 用 tanner 软件中的 L Edit 绘制三输入或门版图 并进行 DRC 验证 5 用 W Edit 对三输入或门的版图电路进行仿真并观察波形 6 用 tanner 软件中的 layout Edit 对三输入或门进行 LVS 检验观察原理图 与版图的匹配程度 2 2 2 三输入或门电路三输入或门电路 2 1 电路结构 用 CMOS 实现三输入或门电路 PMOS 和 NMOS 管进行全互补连接方式 栅极相连作为输入 电路上面是三个 PMOS 并联 PMOS 的漏极与下面 NMOS 的漏 极相连接反相器作为输出 POMS 管的源极和衬底相连接高电平 三个 NMOS 管 的源极与衬底相连接低电平 原理图如图 1 三输入或门电路原理图所示 图 1 三输入或门电路原理图 其工作原理为 当 A 0 B 0 C 0 时 Y 0 当 A 0 B 0 C 1 时 Y 1 当 A 0 B 1 C 0 时 Y 1 当 A 0 B 1 C 1 时 Y 1 当 A 1 B 0 C 0 时 Y 1 当 A 1 B 0 C 1 时 Y 1 当 A 1 B 1 C 0 时 Y 1 当 A 1 B 1 C 1 时 Y 1 即当输入 A B C 都为 0 时 与其相连的 PMOS 管导通 与其相连的 NMOS 管 截止 与 GND 相连的 NMOS 导通 输出为 GND 的值 当输入 A 0 B 0 C 1 时 与 C 相连的 NMOS 管导通 输出为 C 的值 当输入 A 0 B 1 C 0 时 与 B 相连的 NMOS 管导通 输出为 B 的值 当输入 A 0 B 1 C 1 时 与 B C 相连的 NMOS 管导通 输出为 B 或者 C 的 值 当输入 A 1 B 0 C 0 时 与 A 相连的 NMOS 管导通 输出为 A 的值 当输入 A 1 B 0 C 1 时 与 A C 相连的 NMOS 管导通 输出为 A 或者 C 的 3 值 当输入 A 1 B 1 C 0 时 与 A B 相连的 NMOS 管导通 输出为 A 或者 B 的 值 当输入 A 1 B 1 C 1 时 与 A B C 相连的 NMOS 管导通 输出为 A 或者 C 或者 B 的值 2 2 三输入或门电路仿真 给三输入或门的输入加激励 高电平为 Vdd 5V 低电平为 Gnd 并添加输 入输出延迟时间 进行仿真 并输出波形 波形图如下图 2 三输入或门电路输 入输出波形图所示 图 2 三输入或门电路输入输出波形图 2 3 三输入或门电路的版图绘制 用 L Edit 版图绘制软件对三输入或门电路进行版图绘制 同时进行 DRC 验 证 查看输出结果 检查有无错误 基本操作步骤是 1 打开此程序 2 另存新文件 选择 File Save As 3 取代设定 选择 File Replace Setup 命令 单击右侧的 Browser 选择 C Users zcl Documents Tanner EDA Tanner Tools v13 0 L Edit andLVS SPR Lights Layout lights tdb 文件 然后点击 ok 会出现警告 按 确定钮 4 4 绘制 PMOS 和 NMOS 先绘制 N Well 图层 再绘制 Active 图层 然后 绘制 P Select 图层 然后绘制 Poly 图层 然后绘制 Active Contact 图层 最后绘制 Metal1 图层pmos和 nmos 绘制结果如图 3pmos 绘制图和图 4nmos 绘制 图所示 图 3 pmos 绘制图 图 4 nmos 绘制图 5 绘制 pmos 和 nmos 组件 绘制方法同绘制 pmos 和 nmospmos 相同 pmos 和 nmos 组件绘制结果如图 5pmos 和 nmos 组件绘制图所示 图 5 pmos 和 nmos 组件绘制图 6 编辑或门及连接栅极 Poly 新建 cell 命名为 or 在组件列表中选 择绘制的组件进行或门编辑 将放置的组件在 or 中按位置放置好 然后根据 5 逻辑关系绘制连接栅极的多晶层 由于电路的 pmos 与 nmos 的栅极极是要相 连的 故直接以 Poly 图层将 pmos 与 nmos 的 Poly 相连接 绘制出 Poly 绘 制后进行 DRC 检查 如图 6 连接栅极 Poly 图所示 图 6 连接栅极 Poly 图 7 连接源漏极 电路的 nmos 漏极与 pmos 漏极是相连的 则以 Metal1 连接即可 利用 Metal1 将图中的 nmos 与 pmos 的右边扩散区有接触点处相连 接 绘制 Metal1 绘制后进行 DRC 检查 如图 7 连接源漏极图所示 图 7 连接源漏极图 8 绘制电源线和地线 由于电路需要有 Vdd 电源与 GND 电源 电源绘 制是以 Metal1 图层表示 利用 Metal1 将图中 pmos 上方与 nmos 下方各绘制 一个电源图样 绘制后进行 DRC 检查 如图 8 绘制电源线和地线图所示 6 图 8 绘制电源线和地线图 9 加入 Vdd 与 GND 节点名 单击工具栏中插入节点按钮 再到编辑窗 口中用鼠标左键拖曳出一个与上方电源图样重叠的方格后 将出现 Edit Object s 对话框 在 On 文本框中选中 Metal1 层 在 Port name 文本框中输 入节点名称为 Vdd 在 Text Alignment 选项组中选择文字相对于框的位置的右 上方 单击 确定 按钮 同样的方法标出 GND 10 接电源线与地线 将电源线与地线和 pmos nmos guardpmos guardnmos 连接起来 完成后 DRC 检查如图 9 连接电 源线与地线图所示 图 9 连接电源线与地线图 11 接或非门和反相器 先绘制反相器输入端口 先在编辑窗口空白处 进行编辑 先绘制 Poly Contact 图层 再绘制 Poly 图层 接着绘制 Metal1 图层使之重叠于 Poly Contact 图样上 最后将此输入端口图形群组起来 在 7 Group CellName 文本框中输入名称 portA 之后单击 OK 按钮 将 portA 移至 反相器输入端 连接非门和反相器 DRC 检查 如图 10 连接或非门和反相器图 所示 图 10 连接或非门和反相器图 12 入输入端口 先绘制 Poly Contact 图层 再绘制 Poly 图层 接着 绘制 Metal1 图层使之重叠于 Poly Contact 图样上 接着在 Metal1 上要绘制 Via 图层 Via 图层是用来连接 Metal1 图层与 Metal2 图层的接触孔 接着绘 制 Metal2 图层 它要与图层 Via 与 Metal1 重叠 DRC 检查端口如图 11 端口 图所示 图 11 端口图 13 端口图形群组起来 先选中组合区域部分 再选择 Draw Group 命 令 会出现 Group 对话框 在 Group CellName 文本框中输入名称 portA 之 后单击 OK 按钮 将 port A 部分移至与非门栅极的位置当成输入端口 结果如 图所示 注意 在放置时 Metal1 与 Metal1 之间要距离 3 个格点以上 并要 以设计规则检查无误才可 复制 port A 放置到另一个输入端口 通过 R 键来 旋转 portA 最后 DRC 检查 如图 12 加入输入端口图所示 8 图 12 加入输入端口图 14 在 port A 组件上加入节点名称作为输入点 需利用加入节点按钮 再在 Layers 面板的下拉列表中选择 Metal2 选项 使 Metal2 图样被选取 再 到编辑窗口中用鼠标左键拖曳出一个与 port A 组件的 Metal2 图样重叠的方格 后 会出现 Edit Object s 对话框 在 Port name 文本框输入输入端口名称为 A 在 Text Alignment 选项组选择文字相对于框的位置的左边 再单击 确定 按钮 同样的方法标出 B 和 C 输入端口 如图 13 加入节点名图所示 图 13 加入节点名图 15 加入输出端口 与门有一个输出端口 先绘制 Via 图层 在反相器 的 Metal1 图层上画出横向两格 纵向两格的方形 接着绘制 Metal2 图层 它 要与 Via 与 Metal1 图层重叠 进行 DRC 检查 将绘制的输出端口取名为 F 要利用加入节点按钮 再在 Layers 面板的下拉列表中选择 Metal2 选项 使 Metal2 图样被选取 再到编辑窗口中用鼠标左键拖曳出一个与刚绘制的 9 Metal2 图样重叠的方格后 出现 Edit Object s 对话框 在 Port name 文本 框中输入输入端口名称 F 在 Text Alignment 选项组中选择文字相对于框 的位置的右边 再单击 确定 按钮 如图 14 加入输出端口图所示 图 14 加入输出端口图 至此 一个三输入或门完成版图绘制 版图及版图截面图如图 15 三输入或 门电路版图及 DRC 验证结果图和图 16 三输入或门版图截面图所示 图 15 三输入或门电路版图 图 16 三输入或门电路版图截面图 2 4 三输入或门版图电路仿真 对已设计完成的三输入或门版图电路进行仿真 添加激励 电源和地 观 察输入输出波形 输入输出波形如图 17 三输入或门电路版图输入输出波形图所 示 10 图 17 三输入或门电路版图输入输出波形图 三输入或门电路的版图仿真波形与原理图的仿真输出波形基本一致 并且 符合输入输出的逻辑关系 电路的设计正确无误 2 5LVS 检查匹配 三输入或门电路进行 LVS 检查验证 首先添加输入输出文件如图 18 电路图 网表图和 19 版图网表图所示 选择要查看的输出 观察输出结果