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邵阳学院课程设计I摘要本设计是基于ZeniEDAD触发器的设计。本文分四个部分，其中详细叙述了D触发器的电路设计和版图设计两个部分。第一部分是绪论，主要有集成电路CAD的发展现状、Zeni软件的说明以及集成电路设计流程等内容。第二部分是D触发器的电路设计，首先对Spice仿真进行了说明，然后就是D触发器的总体方案和D触发器的功能描述，还对D触发器的各个功能模块的设计与仿真作了详细说明。第三部分是D触发器的版图设计，首先对版图设计的逻辑划分、布线布局理论等进行了简明的阐述，然后对D触发器的各个单元模块的版图设计进行了说明，并给出了每个功能模块的版图以及D触发器的总版图，最后给出了D触发器的DRC验证和LVS验证以及导出GDS-Ⅱ文档。本设计几乎涉及了集成电路CAD设计的各个流程，并作了详细的描述与说明。关键词：D触发器；反相器；与非门；传输门；版图邵阳学院课程设计目录摘要..................................................................................................................I1绪论.............................................................................................................11.1集成电路CAD的发展现状..............................................................51.2Zeni软件说明.....................................................................................61.3集成电路设计流程............................................................................32电路设计.....................................................................................................52.1Spice仿真说明...................................................................................52.2总体方案及功能描述........................................................................62.3单元模块电路设计及仿真................................................................83版图设计...................................................................................................143.1版图设计基础..................................................................................143.2单元模块版图设计..........................................................................153.3D触发器版图设计...........................................................................173.4版图验证..........................................................1错误!未定义书签。3.5导出GDS-Ⅱ文档............................................................................204总结与体会...............................................................................................21参考文献：......................................................................错误!未定义书签。致谢.............................................................................................................23邵阳学院课程设计11绪论1.1集成电路CAD发展现状当今社会已经进入信息技术时代，集成电路已经被广泛地应用于各个领域。可以预见，在不久的将来，掌握集成电路的设计方法和工具将成为一个工程师必备的技能之一。社会的发展驱动了IC的发展、IC的发展驱动了EDA的发展、EDA的发展驱动了CAD的发展。随着集成电路与计算机的迅速发展，以CAD为基础的EDA技术已渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节。一个能完成较复杂的VLSI设计的EDA系统一般包括10～20个CAD工具，涉及从高层次数字电路的自动综合、数字系统仿真、模拟电路仿真到各种不同层次的版图设计和校验工具，完成了自顶向下的VLSI设计的各个环节和全部过程。从不同的角度来看，集成电路设计按流程可以分为前端设计和后端设计，按方式分为正向设计和逆向设计，集成电路CAD软件也可以按照这样的方式来划分。例如在FPGA的电路设计中，Verilog和VHDL被用做系统级电路设计的工具；北京芯愿景公司的ChiplogicFamily和Hierux软件包在芯片逆向分析软件中也处于世界领先的水平，并与一些正向分析软件也有很好的接口方式。针对不同的设计阶段，有不同的代表产品。集成电路CAD主要包括工艺模拟、器件模拟、电路模拟、时序或逻辑模拟、版图的设计和验证等几个方面，作为能够进行IC全程设计的全线产品，还应当包括系统和功能的电路级的设计和仿真，可以采用硬件描述语言进行描述和综合。ICCAD全线产品的代表有基于工作站平台的Candence和基于PC平台的TannerPro设计软件包，例如我国华大的熊猫CAD软件包就是一个全线产品。对于大多数设计人员，一般只要进行电路的系统级综合和仿真，就可以实现IC芯片的设计。一些知名的电子CAD厂商，如Mentor、Cadence等的EAD工具都是全线产品，即它们的产品支持从系统级设计开始直到各种物理实现级上的全线自顶向下的设计。系统设计包括系统方案框图的设计和分析、系统级验证和测试以及综合、优化等高层次的内容。1.2Zeni软件说明熊猫EDA系统--九天系列工具（Zeni）不仅是华大电子的标志性产品，同时也是中国EDA产业的骄傲。华大电子从事EDA产品的研究开发已经有15年的历史，在这邵阳学院课程设计2些年中，我们和国内外用户一起，不断对该产品进行改进以适应最新IC设计的需求。新一代的九天EDA系列工具，面向全定制模拟集成电路和数模混合电路设计，覆盖了从原理图输入、电路模拟、交互式自动布局布线、版图编辑、版图验证、寄生参数提取和返标、信号完整性分析等IC设计全流程。将前后端各工具的数据置于一个统一的设计管理平台中，为用户提供一个集成化的设计环境。九天系列工具兼容业界标准数据格式。部分产品如版图编辑版图验证、寄生参数提取等工具优于国际同类产品，深受国内外IC设计工程师的喜爱。本设计是用九天EDA工具Zeni软件完成的。九天EDA工具为全定制电路设计提供完整解决方案。它集成了原理图编辑器（ZeniSE）、版图编辑器（ZeniPDT）、版图验证工具(ZeniVERI，ZeniHVERI)、寄生参数提取工具(ZeniPE)、信号完整性分析工具(ZeniSI)，并将前后端各工具的数据置于统一的设计管理器之中，为用户提供一个集成化的设计环境。九天EDA工具不仅支持EDIF文件的导入，还提供了从CDL网表到原理图数据的自动生成工具（SchematicGeneration，SGE）。它创建了功能强大的模拟仿真环境，为电路模拟前的数据准备，以及模拟后的数据分析、结果返标提供完整服务。还提供了从原理图到版图的自动生成工具（NetlisttoLayout，N2L），实现了从原理图网表到版图的映射。Zeni软件设计流程如图1.1所示。图1.1Zeni软件设计流程邵阳学院课程设计31.3集成电路设计流程从图1.2可以看到，超大规模集成电路VLSI的设计包括四个主要的设计，包括逻辑设计、电路设计、版图设计和工艺设计（工艺模拟、器件模拟），各子系统采用并行设计来实现。VLSI系统性能指标功能块，子系统划分，总体结构设计各级设计至少含模拟及验证两部分统一数据库逻辑设计电路设计版图设计器件模拟工艺模拟人机交互式/自动布局布线综合验证VLSI版图制备图1.2VLSI的设计流程图1.3是一个VLSI的TopDown方式的设计流程，包括行为设计、结构设计、逻辑设计、电路设计、版图设计。行为级描述结构级设计逻辑级设计电路级设计版图级设计后仿真统一数据库高层综合逻辑综合物理综合图1.2VLSI的TopDown设计流程邵阳学院课程设计4按照设计流程，通常将系统和功能的设计及结构和电路的设计称为前端设计，版图设计称为后端设计。本设计主要是电路设计和版图设计，电路设计是采用自顶向下的方式，先对整个电路进行总体结构设计，再分别对每个单元模块进行电路设计以及功能验证；版图设计是采用自底向上的方式，先是对每个单元模块进行版图设计，然后再综合成总的版图设计，最后进行设计规则检查（DRC）和电学规则检查(LVS)。邵阳学院课程设计52电路设计2.1SPICE仿真说明电路系统的设计人员有时需要对系统中的部分电路作电压与电流关系的详细分析，此时需要做晶体管级仿真（电路级），这种仿真算法中所使用的电路模型都是最基本的元件和单管。仿真时按时间关系对每一个节点的I/V关系进行计算。这种仿真方法在所有仿真手段中是最精确的，但也是最耗费时间的。SPICE（Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis）是最为普遍的电路级模拟程序，各软件厂家提供提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice软件，其仿真核心大同小异，都是采用了由美国加州Berkeley大学开发的spice模拟算法。SPICE可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。SPICE内建半导体器件模型，用户只需选定模型级别并给出合适的参数。采用SPICE进行电路设计的基本流程如图2.1所示。设计指标要求确定电路初始方案确定电路元件参数编写电路描述文件SPICE电路仿真输出结果绘图修改电路结构修改元件参数性能满足要求？最终电路设计方案YN图2.1采用spice进行电路设计的基本流程邵阳学院课程设计6设计从给定的技术指标出发，首先根据掌握的系统和电路知识，确定电路的初始方案，确定电路元件参数，然后生成SPICE电路描述和分析指令文件。2.2总体方案及功能描述2.2.1总体方案电路设计采用自顶向下的设计方式，即先做电路总体设计，然后再对每个单元模块进行设计。电路的总体设计思路如图2.2所示。输入信号控制电路时钟电路输入信号锁存输入信号传输置0电路输出信号锁存输出信号传输输入信号Date时钟信号Clk输出信号Q图2.2电路的总体设计思路D触发器的原理总图如下图2.3所示：图2.3