基于CMOS的非门异或门电路设计

盐城工学院2015~2016学年第1学期集成电路课程设计报告题目：《基于CMOS的非门异或门电路设计》姓名：陈胜学号：1210705102班级：B电科121学院：信息工程学院教师：高直目录摘要................................................................1Abstract............................................................11.设计要求.........................................................22.设计原理.........................................................23.设计思路.........................................................33.1非门电路....................................................33.2异或门电路..................................................43.3时间计划....................................................54.非门异或门电路设计...............................................54.1原理图设计..................................................54.2仿真分析....................................................65.版图设计.........................................................85.1PMOS管版图设计..............................................85.2NMOS管版图设计.............................................105.3非门异或门的版图设计........................................115.4总版图DRC检查..............................................136.心得体会........................................................147.课程设计总结....................................................148.参考文献........................................................15附录：.............................................................161.非门电路原理图..............................................162.异或门电路原理图............................................173.NMOS管版图..................................................174.PMOS管版图..................................................185.非门电路版图................................................186.异或门电路版图..............................................191摘要本文从设计到仿真以及后面的版图制作等主要用到了Multisim软件和L-Edit软件等。设计的题目是基于CMOS的二输入异或门电路，电路设计的思路是使用一个二输入的或非门加一个与或非门来实现二输入异或门的功能，其中电路设计部分用的是Multisim软件，仿真部分主要做的是时序仿真，后面的版图制作用的是L-Edit软件，由于版图制作只使用了一个L-Edit软件，所以版图完成之后只做了一个基本的DRC检查。关键词：CMOS门电路、或非门、与或非门、异或门AbstractInthispaper,fromdesigntoproductionsimulationandthebackofthemap,mainlyusetheMultisimsoftwareandL-Editsoftware,etc.DesignthetopicisbasedonCMOStwoexclusive-orgate,circuitdesigntrainofthoughtistouseatwoinputnorgateandanand-or-notgatetorealizetheinputexclusive-orthefunctionofthedoor,thecircuitdesignpartwithMultisimsoftware,maindoistimingsimulation,simulationofthebackofthemapproductionusingL-Editsoftware,duetothemapmakingonlyUSESaL-Editsoftware,sothelayoutiscompledonlydoneabasicDRCcheck.Keywords:CMOSgate,NORgate,AND-OR-NOTgate,Exclusive-ORgate21.设计要求1、要求：用MOS器件设计非门异或门电路。2、内容：用Multisim软件进行电路原理图的绘制并仿真。3、用L-edit软件进行电路板图的制作及DRC的检查。2.设计原理非门有一个输入端和一个输出端，输入端为A，输出端为Y，当输入A为高电平时输出Y为低电平，当输入A为低电平时输出Y为高电平，即Y=A—。真值表如下：表2-1非门真值表图2-1非门逻辑符号异或门有两个输入端和一个输出端，输入端为A和B，输出端为Y，当输入A为高电平B为低电平和A为低电平B为高电平时输出Y为高电平，当输入A为高电平B为高电平和A为低电平B为低电平时输出Y为低电平，即Y=A⊕B。真值表如下：表2-2异或门真值表AY0110ABY0000111011103也就是说，如果A、B两个值不相同，则异或结果为1。如果A、B两个值相同，异或结果为0。图2-2异或门逻辑符号3.设计思路3.1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管源极接Vdd,N管源极接GND，若输入IN为低电平，则P管导通，N管截止，输出OUT为高电平。若输入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3-1所示。低电平输出特性：当输出为低电平时，即Vo=VoL时，反相器的P沟道管截止、N沟道导通。高电平输出特性：当输出为高电平时，即Vo=VoH时，反相器的N沟道管截止、P沟道导通。图3-1CMOS反相器电路图4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。输入噪声容限可达到VDD/2。（3）电源电压范围宽。多数CMOS电路可在3~18V的电源电压范围内正工作。（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）。3.2异或门电路异或门电路图如图3-2所示。图3-2异或门电路图异或门可用或非门和与或非门实现，电路图中前四个MOS管组成的是或非门，后四个组成与或非门。其中，或非门是数字逻辑电路中的基本元件，实现逻辑或非功能。有多个输入端，1个输出端，多输入或非门可由2输入或非门和反相器构成。只有当两个输入A和B为低电平（逻辑0）时输出为高电平（逻辑1）。也可以理解为任意输入为高电平（逻辑1），输出为低电平（逻辑0）。异或门是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门。有多个输入端、1个输出端，多输入异或门可由2输入异或门构成。若两个输入的电平相异，则输出为高电平1；若两个输入的电平相同，则输出为低电平0。亦即，如果两个输入不同，则异或门输出高电平。53.3时间计划2015.11.26布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。2015.11.27-11.30学习L-Edit软件的功能和使用方法，到图书馆查阅相关资料，复习Multisim的操作方法和所设计内容的基本理论知识。2015.12.1-12.3先对非门电路和异或门电路通过Multisim软件进行设计仿真工作，仿真成功后再用L-edit软件对非门和异或门电路进行版图设计工作。2015.12.4-12.7完成课程设计报告的撰写。2015.12.8提交课程设计报告。4.非门异或门电路设计4.1原理图设计非门原理图如图4-1所示。由图可见，反相器由一个PMOS管和一个NMOS管组成，PMOS管源极接+5V的VDD，漏极和栅极分别接到NMOS管的漏极和栅极，NMOS管的源极接地。输入A接两个MOS管的栅极，输出Y接两个MOS管的漏极。另外，为了体现出反相器的反相特性，将输入A输入一个频率为1kHz、高电平电压为5伏的方波。输出Y接到示波器B通道上，示波器将反相器作用后的方波信号显示出来。而示波器的A通道接输入A，显示的即为输入的方波信号波形。图4-1反相器原理图异或门原理图如图4-2所示。由图可见，异或门是由或非门和与或非门组成，输入A和输入B刚好为或非门的输入端或非门的输出端又作为下一级的输入端，输出Y为与或非门的输出6端。为了体现出异或门的逻辑关系，分别在输入A和B上接一个开关和示波器，在输出Y上也接一个示波器。利用开关控制输入A和B的电平高低，示波器可以显示在开关变化时，输入和输出电平之间的逻辑关系。图4-2异或门原理图4.2仿真分析反相器仿真图如图4-3所示。图中Y轴上方波形为反相器输出波形，下方波形为反相器输入波形。由图可以看出，输入A的波形和输出Y的波形刚好相反。即当输入为高电平时，输出为低电平，输入为低电平时输出为高电平。7图4-3反相器仿真图异或门仿真图如图4-4、图4-5所示。由图可见，当输入A为高电平时，输入B波形与输出波形相反；当输入B为低电平时，输入A波形与输出波形一致。也就是说，异或门仿真结果正确。图4-4异或门输入端波形仿真图8图4-5异或门输出端波形仿真图5.版图设计5.1PMOS管版图设计PMOS管版图设计步骤：（1）打开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/SaveAs子命令，打开“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，如Ex1。图5-1替换设置信息对话框（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9用于当前的文件中。选择执行File/ReplaceSetup子命令打开对话框，单击“FromFile”栏填充框的右侧的Browser按钮，选择X:\Tanner\Ledit100\Samples\SPR\example1\lights.tdb文件，如图5-1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。（4）编辑单元：L-Edit编辑方式是以单元（Cell）为单位而不是以文件（File）为单位的，每一个文件可有多个Cell，而每一个Cell可表示一种电路的版图或说明，每次打开新文件时自动打开一个