集成电路课程设计(CMOS二输入与门)

1、课程设计任务书学生姓名：王伟专业班：电子1001班讲师：刘工作单位：信息工程学院标题：基于CMOS的双输入与门电路初始条件：电脑，节奏软件，编辑软件需要完成的主要任务是：(包括课程设计的工作量及其技术要求，以及具体要求如手工编写等)。)1.课程设计工作量：2周2.技术要求：(1)学习节奏集成电路软件和左编辑软件。(2)设计了一种基于CMOS的双输入与门。(3)利用Cadence和L-Edit软件对系统、电路和电路布局进行设计，并进行相应的设计、仿真和仿真工作。3.参考至少5篇参考文献。根据武汉理工大学课程设计工作规范要求编写设计报告。全文应打印在A4纸上，图纸应符合图纸规范。时间表：2013年

2、11月22日，分配课程设计任务和主题；说明课程设计的具体实施方案和课程设计报告格式的要求；课程设计中的问答。2013年11月25日至11月27日，我学习了Cadence IC和L-Edit软件，查阅了相关资料，并复习了设计内容的基本理论知识。2013.11.28-12.5:设计并模拟双输入与门电路，完成课程报告的编写。2013年12月6日，提交国防课程设计报告。讲师签名：YY系主任(或负责老师)签字：月、年内容摘要.2介绍.3一、设计要求4二、设计原则4三、设计理念43.1。非4号门3.2双输入与非门电路63.3。双输入与门电路8四输入和二输入与门电路9的设计4.1。原理图设计94.2。模拟分

3、析104.3。生成网络表13V.布图设计.205.1。PMOS管布局设计.205.2。NMOS管布局设计.225.3、闸门布局设计.235.4。数据中心对总体布局的检查和程控文件的生成。六.经验.28七.参考.29八、附录.本文主要使用Cadence集成电路软件和L-Edit软件从设计到仿真和版图制作。设计主题是基于CMOS的双输入与门电路。电路设计思想是用一个双输入与非门和一个反相器来实现双输入与门的功能。电路设计部分采用Cadence集成电路软件，时序仿真主要在仿真部分进行，后续版图制作采用L-Edit软件。由于在布局制作中只使用了一个左编辑软件，所以在布局完成后只进行一次基本的右对齐检查

4、。关键词：CMOS门、与非门、非门、与门摘要本文从设计到生产仿真和地图的背面，主要使用了Cadence IC软件和L - Edit软件等。本课题设计的是基于CMOS的两输入与门，电路设计的思路是用一个两输入的与非门和一个反相器来实现门的输入和功能，电路设计部分用Cadence IC软件，主要做的是时序模拟，后面的地图制作使用L - Edit软件进行模拟，由于地图制作只使用了L - Edit软件，所以布局完成后只做了一个基本的DRC检查。关键词： CMOS门、与非门、非门、与门介绍随着微电子技术的飞速发展，人们的生活水平不断提高，这使得科学技术已经融入到社会生活的各个方面。作为现代信息产业和信息

5、社会的基础，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、网络化和知识经济的到来，集成电路产业的地位越来越重要，已经成为关系到国民经济、国防建设、人民生活和信息安全的基础性和战略性产业。集成电路有两种。一个是模拟集成电路。二是数字集成电路。从制造过程来看，目前使用的数字集成电路可分为双极型、单极型和混合型。最广泛使用的数字集成电路是CMOS集成电路，出现于20世纪60年代末。随着制造技术的不断进步，CMOS电路逐渐成为当前集成电路的主流产品。本课程是关于数字集成电路布局设计的基础知识。然而，在数字集成电路中，CMOS门电路的制作是非常重要的。本文讨论了CMOS与门电路的设计仿真和版图

6、设计。布局是集成电路设计者在设计和模拟优化电路后变换的一系列几何图形，它包含有关器件的所有物理信息，如集成电路的尺寸、各层的拓扑定义等。集成电路制造商根据布局制造掩模。布局设计有具体的规则，由集成电路制造商根据自己的技术特点制定。不同的流程有不同的设计规则。设计师只有在得到制造商提供的规则后才能开始设计。在设计过程中应定期检查布局，以避免错误的积累和修改的困难。许多集成电路设计软件都具有设计版图的功能，而L-Edit软件的版图设计软件帮助设计者以图形方式绘制版图。对于复杂的布局设计，布局设计通常分为几个子步骤：(1)划分为了减少处理问题的规模，整个电路通常被分成几个模块。(2)布局规划和布局是

7、为每个模块和整个芯片选择一个好的布局方案。(3)布线完成了模块之间的互连，进一步优化了布线结果。(4)压缩是布线完成后的优化过程，他试图进一步减小芯片面积。一、设计要求1.要求：用金属氧化物半导体器件设计双输入与门电路。2.内容：用Cadence软件绘制电路原理图，生成网络表，进行交流/DC分析和瞬态分析。3.制作电路版图，用编辑软件检查直流。二、设计原则双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和B端同时处于高电平时，输出才会处于高电平，否则输出将处于低电平，即Q=AB。与门的电路符号和真值表如图1所示。ABQ000010100111图1与门的逻辑符号和真值表因为这是一个由互补金

8、属氧化物半导体晶体管构成的双输入与门，而互补金属氧化物半导体晶体管的基本门电路包括非门、与非门、或非门等。如果我们要用互补金属氧化物半导体晶体管建立一个双输入与门电路，我们可以从关系式Q=AB知道一个双输入与非门可以与一个非门连接，这样我们就可以实现一个双输入与门电路。该设计使用一个双输入与非门和一个非门来实现双输入与门的功能。第三，设计理念3.1非门CMOS非门，即反相器，由一个n管和一个p管组成。p管的源极连接到Vdd，n管的源极连接到GND。如果输入in处于低电平，p管打开，n管关闭，OUTput out处于高电平。如果输入输入处于高电平，则N管打开，P管关闭，输出输出处于低电平。因此，

9、该电路实现了非逻辑运算，构成了一个CMOS反相器。CMOS反相器的电路图如下图2所示。图2 CMOS反相器电路图当Ui=UIH=VDD，VTN开启，VTP关闭，Uo=Uol0V当Ui=UIL=0V，VTN关闭，VTP开启，UO=UOHVDD低电平输出特性当输出处于低电平时，即v0=VOL，反相器的p沟道晶体管关断，n沟道晶体管导通。工作状态如图3所示，低电平输入特性如图4所示。图3 CMOS反相器的低电平输出状态图4 CMOS反相器的低电平输出特性(2)高水平输出特性当输出处于高电平时，即v0=VOH，逆变器的N通道管关闭，P通道管开启。工作状态如图5所示，低电平输入特性如图6所示。图5 CM

10、OS反相器的高电平输出状态图6低级输入特性还有CMOS电路：的优点(1)微功耗。CMOS电路的静态电流非常小，约为纳安量级。(2)抗干扰能力强。输入噪声容限可以达到VDD/2。(3)电源电压范围宽。大多数互补金属氧化物半导体电路可以在3 18V的电源电压范围内正常工作。(4)高输入阻抗。(5)承载能力强。CMOS电路可以有超过50个相同类型的门。(6)大逻辑摆幅(低电平为0V，高电平为VDD)3.2双输入与非门电路一种双输入互补金属氧化物半导体与非门电路，包括两个串联的N沟道增强型金属氧化物半导体管和两个并联的P沟道增强型金属氧化物半导体管。每个输入端连接到一个N沟道和一个P沟道金属氧化物半导

11、体管的栅极。当输入端子A和B中的一个处于低电平时，连接到它的NMOS管将被关闭，连接到它的PMOS管将被打开，并且输出将处于高电平；只有当a和b都处于高电平时，串联连接的两个NMOS晶体管才会导通，并联连接的两个PMOS晶体管才会截止，输出才会处于低电平。设计电路图如下图7所示。图7 CMOS与非门电路双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所示，让CMOS晶体管的输出高电平为“1”，低电平为“0”。在图中，T2和T4是两个串联的NMOS晶体管，T1和T3是两个并联的PMOS晶体管。每个输入端(a或b)直接连接到成对的NMOS晶体管(驱动晶体管

12、)和PMOS晶体管(负载晶体管)的栅极。当两个输入中的一个或多个处于低电平“0”时，连接到低电平的NMOS晶体管仍然截止，而PMOS晶体管导通，使得输出Y处于高电平。只有当两个输入同时处于高电平“1”时，T2和T4晶体管导通，T1和T3晶体管截止，输出Y处于低电平。从以上分析可以看出，该电路实现了逻辑“与非”功能，即Y=。3.3双输入与门电路在该设计中，双输入的互补金属氧化物半导体与门电路由一个双输入的互补金属氧化物半导体与非门电路和一个非门(反相器)组成，其中双输入的与非门包括两个串联的N沟道增强金属氧化物半导体晶体管和两个并联的P沟道增强金属氧化物半导体晶体管，而反相器由一个N晶体管和一个

13、P晶体管组成。双输入与非门的输出是反相器的输入，A和B输入端连接到N沟道和P沟道金属氧化物半导体管的栅极，输出极Q是反相器的输出端。当输入端A和B中的一个处于低电平时，与非门将关断与其连接的NMOS晶体管，导通与其连接的PMOS晶体管，并将其输出为高电平，从而使反相器的输入处于高电平，导通反相器的PMOS晶体管，并关断反相器的输出，即低电平的Q端。只有当a和b都处于高电平时，与非门中的两个串联NMOS晶体管导通，两个并联的PMOS晶体管截止，输出处于低电平，反相器中的PMOS晶体管导通，NMOS晶体管截止，输出端Q输出高电平，从而实现双输入与门的功能。设计电路图如下图8所示。图8与门电路的逻辑

14、符号和真值表如上图1所示。四输入和二输入“与”电路的设计4.1示意图设计首先，打开Cadence16.5选择设计入口配置项子软件，在弹出窗口中选择orCAD捕获配置项，如下图9所示：图9软件选择进入工作界面后，选择菜单栏中的文件按钮，然后选择下的项目子选项单击菜单栏中的“放置”按钮，选择“零件”选项以调出组件库，然后单击右侧的位置加载所需的一些组件库。当从组件库引用的模块：编辑逆变器电路时，将使用NMOS、PMOS、Vdd和Gnd四个模块，因此NMOS、PMOS、Vdd和Gnd四个模块应从组件库中复制到文件中，并在第1页编辑屏幕中引用。最终电路原理图如下图12所示：图12双输入与门电路示意图4.2模拟分析绘制电路原理图后，进行仿真分析。Cadence软件提供四种分析模式：DC分析、交流分析、瞬态分析和静态工