《基于Tanner的集成电路版图设计技术》课件第六章 CMOS与非门的版图设计实例

功能定义6.1利用S-Edit进行电路图设计6.2目录利用L-Edit进行版图设计6.3利用T-Spice进行仿真验证6.4LVS验证6.56.1功能定义6.1功能定义当所有给定条件中至少有一个条件不满足时，结果才能出现，这种逻辑关系就是“与非”的逻辑关系，实现“与非”的逻辑关系的门电路就叫做与非门（NANDGate）。设计目标：（1）使用Tanner软件中的S-Edit对电路原理图进行绘制；（2）使用Tanner软件中的L-Edit进行版图绘制，并进行DRC验证；（3）使用Tanner软件中的T-Spice对电路进行仿真并分析波形；（4）完成课程设计报告。6.2利用S-Edit进行电路图设计6.2利用S-Edit进行电路图设计

CMOS两输入的与非门的逻辑表达式为，其真值表如表6.1所示。输入输出ABF001011101110表6.1两输入与非门的真值表6.2利用S-Edit进行电路图设计通过真值表可以发现，当两个输入同时为“1”的时候，输出为“0”，这可以通过将两个NMOS晶体管串联来实现；当有一个输入为“0”的时候，输出为“1”，这可以通过将两个PMOS晶体管并联来实现。利用S-Edit进行电路设计的具体步骤如下：（1）启动S-Edit编辑器，双击图标即可。（2）新建设计

选择File→New→NewDesign命令，出现CreateNewDesign对话框，如图6.1所示。在Filename中输入名字“NAND”点击OK即可。（3）颜色设置可以根据个人的喜好，来进行颜色设置，只要能区分开就可以。具体的颜色设置。（4）设置网格6.2利用S-Edit进行电路图设计（5）从元件库中调用元件器通过View→SchematicMode命令，确定工作区显示在电路图模式，然后通过Module→SymbolBrowser命令来实现可用元器件的浏览和放置，也可以通过点击“”快捷键，出现符号浏览对话框如图所示。选择需要的Modules，点击Place即可。设置CMOS与非门的电路图，需要的元器件有MOSFET_N（NMOS晶体管），MOSFET_P（PMOS晶体管），Vdd（电源），Gnd（接地），分别进行Place（放置）即可。SymbolBrowser对话框6.2利用S-Edit进行电路图设计（6）元器件布局调用完元器件以后，选择需要移动的元器件，通过选中该器件，按Alt+鼠标左键或者中键可以进行移动，放到对应的位置即可。CMOS与非门电路图的布局如图6.5所示。图6.2元器件布局图6.2利用S-Edit进行电路图设计（7）添加端口通过点击“”按钮，添加输入端口，出现对话框，输入“A”点击OK即可。同理，再输入“B”点击OK即可。通过点击“”按钮，添加输出端口，出现对话框，输入“F”点击OK即可。CMOS与非门添加端口的电路图如图6.3所示。图6.3添加端口的电路图

6.2利用S-Edit进行电路图设计（8）连线添加端口完成以后，通过点击“”按钮将各个端点进行连接，需要注意的是，如果两条导线连接在一起，只有出现实心的圆圈才表示连接是正确的。CMOS与非门电路图如图6.4所示，点击保存即可。图6.4CMOS与非门电路图6.2利用S-Edit进行电路图设计（9）符号通过View→SymbolMode命令，确定工作区显示在符号视图模式，通过注释图形的绘制工具栏，绘制出如图6.5所示的CMOS与非门符号视图。值得注意的是，画弧形的时候，需要改变栅格的设置可以利用多段直线画出弧形，栅格设置可选择Setup→Grid命令，打开SetupGridParameter对话框，设置MouseSnapGrid文本框的值为“1”。图6.5CMOS与非门的符号视图6.2利用S-Edit进行电路图设计（10）输出网表通过选择File→Export命令，输出网表对话框如图6.6所示，在OutputFilename的文本框输入“NAND.sp”，点击OK即可。图6.6输出网表6.3利用L-Edit进行版图设计6.3利用L-Edit进行版图设计利用L-Edit进行版图设计具体的步骤如下：（1）打开L-Edit程序，选择快捷键（2）另存为新文件：选择File→SaveAs命令。打开对话框“另存为”，在“保存在”下拉列表框中选择存储目录，在“文件名”文本框中输入新文件的名称，例如NAND.tdb。（3）代替设定（4）设计环境设定6.3利用L-Edit进行版图设计（5）根据CMOS与非门的电路图，可以知道，需要两个PMOS进行并联，两个NMOS进行串联，并将并联的PMOS放在上面，串联的NMOS放在下面，在摆放晶体管的时候需要注意DRC设计规则。需要注意的是，两个晶体管的Poly绘图层，也就是栅极要对齐摆放，有利于接下来的布线，晶体管的布局图，如图6.7所示。图6.7晶体管的布局图6.3利用L-Edit进行版图设计（6）连接NMOS和PMOS晶体管的栅极：根据CMOS与非门的电路图可以得到，PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极是连接在一起的，作为CMOS与非门的输入端，通过选择Poly多晶硅绘图层，使用方形绘图工具，将四个晶体管的栅极分别连接一起，如图6.8所示。图6.8晶体管的栅极连接6.3利用L-Edit进行版图设计（7）连接PMOS源极和NMOS漏极：根据CMOS与非门的电路图可以得到，PMOS晶体管的源极和NMOS晶体管的漏极是连接在一起的，作为CMOS与非门的输出端F，通过选择Metal金属绘图层，使用方形绘图工具，将PMOS晶体管的源极和NMOS晶体管的漏极连接一起，金属线的宽度与该金属线上流过的电流以及金属本身的电流密度等有关，如图6.9所示。图6.9连接PMOS源极和NMOS漏极6.3利用L-Edit进行版图设计（8）绘制电源线和地线：根据CMOS与非门的电路图可以得到，CMOS与非门需要连接电源VDD和地GND，通过选择Metal金属绘图层，使用方形绘图工具，先绘制电源线，放置在并联PMOS的上方，然后再绘制接地线，放置在串联NMOS的下方，金属线的宽度应满足DRC设计规则的要求，而且金属线的宽度与该金属线上流过的电流以及金属本身的电流密度等有关，如图6.10所示。图6.10电源线和地线6.3利用L-Edit进行版图设计（9）连接电源线：根据CMOS与非门的电路图可以得到，并联PMOS晶体管的漏极都需要连接到电源线上，作为CMOS与非门的电源端VDD，通过选择Metal金属绘图层，使用方形绘图工具，将并联PMOS晶体管的漏极与电源线连接一起，金属线的宽度与该金属线上流过的电流以及金属本身的电流密度等有关，如图6.11所示。图6.11连接电源线6.3利用L-Edit进行版图设计（10）连接地线：根据CMOS与非门的电路图可以得到，NMOS晶体管的源极需要连接到地线上，作为CMOS与非门的接地端GND，通过选择Metal金属绘图层，使用方形绘图工具，先绘制接地线，然后将NMOS晶体管的源极与接地线连接一起，金属线的宽度与该金属线上流过的电流以及金属本身的电流密度等有关，如图6.12所示。图6.12连接地线6.3利用L-Edit进行版图设计（11）引出输入端：将并联PMOS晶体管和串联NMOS晶体管的栅极是通过多晶硅绘图层分别连接在一起，作为CMOS与非门的输入端，但是若想真正的引出信号线，需要通过选择Metal金属绘图层作为输入端A和输入端B，因此在绘制的过程中，我们首先通过选择Poly多晶硅绘图层将栅极引出来，但是多晶硅和金属这两个绘图层不能够直接进行连接，因此需要通过选择PolyContact多晶硅接触绘图层，使用方形绘图工具，来实现多晶硅和金属层之间的连接，从而将两个输入端信号引出来，需要注意的是，两个输入端可以是上下排列，也可以是左右排列，如图6.13所示。图6.13引出输入端6.3利用L-Edit进行版图设计（12）添加节点：根据CMOS与非门电路图，分别添加节点VDD、GND、A、B、F五个节点。通过选择命令图标“”来实现，点击按钮会出现如图6.14所示的对话框。在“on”的文本框里，选择添加的绘图层，例如电源VDD需要连接在金属层上，因此选择Metal1。这一点需要十分注意，不会影响到DRC的验证，但是会直接影响到芯片的功能，以及仿真的结果。在“Portname”的文本框里，输出节点的名字VDD。图6.14添加节点的对话框6.3利用L-Edit进行版图设计同样的道理，添加分别添加其余节点GND、A、B、F。CMOS与非门的版图就绘制完成了，并且已添加了节点，如图6.15所示。图6.15CMOS与非门的版图6.3利用L-Edit进行版图设计CMOS与非门的版图设计完成之后，单击保存按钮，并选择Tools→DRC菜单命令，运行DRC规则验证，如果出现错误，修改版图编辑，直至DRC验证0errors（没有错误）为止，如图6.16所示。图6.16DRC验证无误6.3利用L-Edit进行版图设计（13）输出网表通过选择Tools→Extract命令，输出网表对话框如图6.17所示，在SPICEextractoutputFile的文本框输入“NAND.spc”，点击OK即可。图6.17输出网表6.4利用T-Spice进行仿真验证6.3利用T-Spice进行仿真验证CMOS与非门版图（电路图）仿真的步骤如下：（1）启动T-Spice编辑器，双击图标即可。（2）打开文件。选择File→Open命令，打开版图输出文件（.spc）或者打开电路图输出文件（.sp）。例如打开NAND.spc如图6.18所示。图6.18打开NAND.spc文件6.4利用T-Spice进行仿真验证（3）加载包含文件选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择Files选项。单击Includefile选项，此时单击Brouse按钮，通过路径找到文件ml2_125.md，如图6.19所示。图6.19当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（4）设定参数值选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择Settings选项。单击Parameters选项，通过在Parametername的文本框中输入1，在Parametervalue的文本框中输入0.5u，点击Add按钮，如图6.20所示。图6.20当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（5）电源设定选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择VoltageSource选项。单击Constant选项，通过在Voltagesourcename的文本框中输入vvdd，在Positiveterminal的文本框中输入VDD，在Negativeterminal的文本框中输入GND，在DCvalue的文本框中输入5.0，如图6.21所示。图6.21当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（6）输入信号A设定选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择VoltageSource选项。单击Pulse选项，通过在Voltagesourcename的文本框中输入va，在Positiveterminal的文本框中输入A，在Negativeterminal的文本框中输入GND，在Initial的文本框中输入0，在Peak的文本框中输入5.0，在Risetime的文本框中输入0n，在Falltime的文本框中输入0n，在Pulsewidth的文本框中输入50n，在Pulseperiod的文本框中输入100n，在Initialdelay的文本框中输入20n，如图6.22所示。图6.22输入信号A设定6.4利用T-Spice进行仿真验证点击InsertCommand按钮，插入命令即可，出现如图6.23所示的当前工作窗口。图6.23当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（7）输入信号B设定选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择VoltageSource选项。单击Pulse选项，通过在Voltagesourcename的文本框中输入vb，在Positiveterminal的文本框中输入B，在Negativeterminal的文本框中输入GND，在Initial的文本框中输入0，在Peak的文本框中输入5.0，在Risetime的文本框中输入0n，在Falltime的文本框中输入0n，在Pulsewidth的文本框中输入100n，在Pulseperiod的文本框中输入200n，在Initialdelay的文本框中输入20n，如图6.24所示。图6.24输入信号B设定6.4利用T-Spice进行仿真验证点击InsertCommand按钮，插入命令即可，出现如图6.25所示的当前工作窗口。图6.25当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（8）分析设定选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择Analysis选项。单击Transient选项，通过在Maximumtimestep的文本框中输入1n，在Simulationlength的文本框中输入400n。点击InsertCommand按钮，插入命令即可，出现如图6.26所示的当前工作窗口。图6.26当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（9）输出设定选择命令Edit→InsertCommand命令，在出现的对话框中的列表框选择Output选项。单击Transientresults选项，通过在Nodename的文本框中输入F，点击Add按钮，接下来在Nodename的文本框中输入B，点击Add按钮，再在Nodename的文本框中输入A，点击Add按钮，如图6.27所示。图6.27输出设定6.4利用T-Spice进行仿真验证点击InsertCommand按钮，插入命令即可，出现如图6.28所示的当前工作窗口。图6.28当前工作窗口6.4利用T-Spice进行仿真验证（10）进行仿真CMOS与非门版图的指令设定如下：.include"D:\ProgramFiles(x86)\TannerEDA\T-Spice10.1\models\ml2_125.md".param1=0.5uvvddVDDGND5.0vaAGNDPULSE(05.020n0n0n50n100n)vbBGNDPULSE(05.020n0n0n100n200n).tran1n400n.printtranv(F)v(B)v(A)完成指定设定后，开始进行仿真。通过选择Simulation→StartSimulation命令，或者单击“”按钮图标，打开RunSimulation对话框，如图6.29所示。6.4利用T-Spice进行仿真验证图6.29仿真运行的对话框6.4利用T-Spice进行仿真验证单击StartSimulation按钮，则会出现仿真结果的报告窗口，并自动打开W-Edit窗口来观看仿真波形图，如图6.30所示。图6.30仿真波形图6.5

LVS验证6.5LVS验证LVS验证具体的步骤如下：（1）启动LVS编辑器，双击图标即可。（2）建立文件。选择File→New命令，会出现如图6.31所示的对话框，选择LVSSetup点击确定，出现如图6.32所示文件设置的对话框。图