三输入及门集成电路设计

1、-PAGE . z. / v .院课程设计三输入与门设计学生*：学 院：专业班级：专业课程： 集成电路设计根底指导教师： 年月日目录TOC o 1-3 u一、概述 PAGEREF _Toc407268965 h 2二、设计要求 PAGEREF _Toc407268966 h 3三、设计原理 PAGEREF _Toc407268967 h 3四、设计思路 PAGEREF _Toc407268968 h 44.1非门电路 PAGEREF _Toc407268969 h 44.2三输入与非门电路 PAGEREF _Toc407268970 h 4五、三输入与门电路设计 PAGEREF _Toc407

2、268971 h 65.1原理图设计 PAGEREF _Toc407268972 h 65.2仿真分析 PAGEREF _Toc407268973 h 6六、幅员设计 PAGEREF _Toc407268974 h 86.1 PMOS管幅员设计 PAGEREF _Toc407268975 h 86.2 NMOS管幅员设计 PAGEREF _Toc407268976 h 106.3与门幅员设计 PAGEREF _Toc407268977 h 11七、LVS比对 PAGEREF _Toc407268978 h 15八、心得体会 PAGEREF _Toc407268979 h 16参考文献 PAGE

3、REF _Toc407268980 h 17一、概述随着微电子技术的快速开展，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根底来讲，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、国防建立、人民生活和信息平安的根底性、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

4、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。本文便是讨论的CMOS与门电路的设计仿真及幅员等的设计。幅员(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 幅员 来制造掩膜。幅员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，才能开场设计。幅员在设计的过程中要进展定期的检查，防止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幅员的功能，L-Edit软件的的幅员设计

5、软件帮助设计者在图形方式下绘制幅员。 对于复杂的幅员设计，一般把幅员设计分成假设干个子步骤进展： 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假设干个模块。 2幅员 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。二、设计要求1、要求：用MOS器件来设计三输入与门电路。2、内容：用Tanner13.0软件进展电路原理图的绘制，并进展瞬态分析。3、用L-Edit软件进展电路幅员的制作及进展LVS匹配度的检查。三、设计原理三输入与门有三个输入端A、B和C以及一个输出

6、端F，只有当A端、B端和C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F=ABC。与门的真值表如表1所示。表1 与门真值表 ABCF 00000010 010001101000101011001111由于此次是用CMOS管构建的三输入与门，而CMOS管的根本门电路有非门、与非门、或非门等，所以要想实现用CMOS管搭建出三输入与门电路，由关系式F=ABC)可知可以用一个三输入与非门和一个反相器连接，这样就可以实现一个三输入与门的电路。本次设计就是用一个三输入与非门加一个反相器从而实现了三输入与门的功能。四、设计思路4.1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

7、接Vdd，N管源极接GND，假设输入IN为低电平，则P管导通，N管截止，输出OUT为高电平。假设输入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反相器的电路图如图1所示。图1 CMOS反相器电路图还有就是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。输入噪声容限可到达VDD/2。3电源电压*围宽。多数CMOS电路可在318V的电源电压*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。4.2三输入与非门电路三输入C

8、MOS与非门电路，其中包括三个串联的N沟道增强型MOS管和三个并联的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、C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、C全为高电平时，才会使三个串联的NMOS管都导通，使三个并联的PMOS管都截止，输出为低电平。设计电路图如下列图2所示。图2 CMOS与非门电路 如上图2中所示，设CMOS管的输出高电平为1”，低电平为0，图中三个串联的NMOS管，三个并联的PMOS管，每个输入端A、B或C都直接连到配对的NMOS管驱动管和PMOS负载管的栅极。当

9、三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F为高电平，只有当三个输入端同时为高电平1”时，PMOS管均导通，NMOS管都截止，输出F为低电平。由以上分析可知，该电路实现了逻辑与非功能，即F=ABC) 。五、三输入与门电路设计5.1原理图设计首先翻开Tanner软件选择其中的S-Edit子软件，进展原理图的设计。进入工作界面之后在菜单栏中选择File按钮然后选择New选项下面的子选项Designer来建立新的工程，点击OK之后就能进入工作界面，点击菜单栏中的ADD按钮选择调出元件库，然后点击加载需要用到的一些元件库,之后就可以进展原理图的

10、设计。最后画好的电路原理图如下列图3中所示。图3三输入与门电路原理图5.2仿真分析电路原理图画好之后接下来便是仿真分析了，Tanner软件提供了交流分析等几种分析模式。然而本次我们做的是门电路，输入输出信号都是电平信号，研究的是输入输出信号随时间的变化关系，所以只需要做瞬态分析就行了。首先在已经设计好的原理图中添加必要的电源、电平信号，其次要进展比要的参数设置，具体如图4、5中所示。图4 参数设置图5 参数设置参数设置完成后就可以进展原理图的瞬时分析，分析结果如图6所示。图6 瞬时分析六、幅员设计6.1PMOS管幅员设计由于L-Edit软件在进展电路幅员设计之前首先得进展元器件幅员的设计，而在

11、本次电路中用到的元器件有PMOS管和NMOS管，所以在画与门幅员之前首先要先绘制好PMOS管和NMOS管的幅员。1翻开L-Edit程序：L-Edit会自动将工作文件命名为Layout1.tdb并显示在窗口的标题栏上。2另存为新文件：选择执行File/Save As子命令，翻开另存为对话框，在保存在下拉列表框中选择存贮目录，在文件名文本框中输入新文件名称。3替换设置信息：用于将已有的设计文件的设定如格点、图层等 应用于当前的文件中。选择执行File/Replace Setup子命令翻开对话框，单击From File栏填充框的右侧的Browser按钮，选择*: Ledit1.1SamplesSPR

12、e*ample1lights.tdb文件，如下列图7所示，单击OK就将lights.tdb文件中的格点、图层等设定应用在当前文件中。图7 替换设置信息窗口设置好这些之后其它的都选择系统默认的值就行，然后就可以开场元件幅员的绘制了。首先绘制PMOS管的N Well层，在Layers面板的下拉列表中选取N Well选项，再从Drawing工具栏中选择按钮，在Cell0编辑窗口画出横向24格纵向15格的方形即为N Well，如图8中所示。图8 L-Edit工作窗口画好N Well层之后然后再继续按照规则一步步绘制好Active层、P Select层、Ploy层、Active Contact层、Met

13、al1层等，每设计好一层并将其摆放到规定的位置，然后进展一次DRC检查，确认是否有错误，一切都无误之后就能保存了，制作好的PMOS幅员如图9中所示。图9 PMOS管幅员6.2NMOS管幅员设计在PMOS管设计好并保存之后就能开场绘制NMOS管的幅员了，新建NMOS单元：选择Cell/New命令，翻开Create New Cell对话框，在其中的New cell name栏中输入nmos，单击OK按钮。绘制NMOS单元：根据绘制PMOS单元的过程，依次绘制Active图层、N Select图层、Ploy图层、Active Contact图层与Metal1图层，完成后的NMOS单元如图10中所示。

14、其中，Active宽度为14个栅格，高为5个栅格；Ploy宽为2个栅格，高为9个栅格；N Select宽为18个栅格，高为9个栅格；两个Active Contact的宽和高皆为2个栅格；两个Metal1的宽和高皆为4个栅格。图10 NMOS管幅员6.3与门幅员设计在前两步中分别已经做好了PMOS管和NMOS管的幅员设计，接下来就能开场进展与门幅员的搭建和连线了。启动L-Edit程序，将文件另存为E*2，将文件lights.tdb应用在当前的文件中，设定坐标和栅格。复制单元：执行Cell/Copy命令，翻开Select Cell to Copy对话框，将E*1.tdb中的nmos单元和pmos单

15、元复制到E*2.tdb文件中。引用nmos和pmos单元：执行Cell/Instance命令，翻开Select Cell toInstance对话框，选择nmos单元单击OK按钮，可以在编辑画面出现一个nmos单元；再选择pmos单元单击OK，在编辑画面多出一个与nmos重叠的pmos单元，可以用Alt键加鼠标拖曳的方法分开pmos和nmos，如图11中所示。图11 元件引用由于本次绘制与门电路需要用到4个PMOS管和4个NMOS管，所以上步中的引用pmos和nmos单元分别需要进展四次，然后再进展元器件之间的电路连接。连接pmos和nmos的漏极：由于反相器pmos和nmos的漏极是相连的，

16、可利用Metal1将nmos与pmos的右边扩散区有接触点处相连接，绘制出Metal1宽为4个栅格、高为11个栅格，进展电气检查，没有错误，如图12中所示。图12 幅员DRC检查按照电路原理图一步一步将所有的线路都连接好，然后再标出Vdd、GND节点以及输入输出端口A、B、C、F等节点。例如标注Vdd和GND节点的方法是单击插入节点图标，再到绘图窗口中用鼠标左键拖曳出一个与上方电源线重叠的宽为39栅格、高为5个栅格的方格后，将自动出现Edit Object(s)对话框，在On框的下拉列表中选择Metal1，如图13中所示。在Port name栏内键入Vdd，在Te*t Alignment选项中

17、选择文字相对于框的位置的右边。然后单击确定按钮。用同样的方式标出GND、A、B、C以及F。图13 输入输出节点设置放好上面的所有节点标号之后最整个三输入与门电路的幅员就算做好了，接下来再进展单元名称的修改。执行Cell/Rename Cell命令，翻开Rename Cell Cell0对话窗口，将cell名修改为yumen。最后画好的完整幅员如下列图14中所示。图14三输入与门电路幅员对幅员进展界面观察，结果如图15所示。图15 幅员界面观察幅员整体绘制完成后进展幅员的仿真，具体参数设置如图16、17所示。图16 参数设置图17 参数设置幅员仿真结果如图18所示。图18 幅员仿真结果七、LVS比对原理图与幅员的仿真完毕后进展LVS匹配度的检查，生成的网表文件结果如图19、20所示，匹配结果如图21所示。图19原理图生成的网表文件图20 幅员生成的网表文件图21 LVS匹配结果八、心得体会此次课程设计在教师的悉心指导，同学们的热情帮助下，我已圆