集成电路专业课程设计CMOS二输入与门

课程设计任务书学生姓名：王伟专业班级：电子1001班指引教师：刘金根工作单位：信息工程学院题目：基于CMOS二输入与门电路初始条件：计算机、Cadence软件、L-Edit软件规定完毕重要任务：（涉及课程设计工作量及其技术规定，以及阐明书撰写等详细规定）1、课程设计工作量：2周2、技术规定：（1）学习CadenceIC软件和L-Edit软件。（2）设计一种基于CMOS二输入与门电路。（3）运用Cadence和L-Edit软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应设计、模仿和仿真工作。3、查阅至少5篇参照文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》规定撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：.11.22布置课程设计任务、选题；解说课程设计详细实行筹划与课程设计报告格式规定；课程设计答疑事项。.11.25-11.27学习CadenceIC和L-Edit软件，查阅有关资料，复习所设计内容基本理论知识。.11.28-12.5对二输入与门电路进行设计仿真工作，完毕课设报告撰写。.12.6提交课程设计报告，进行答辩。指引教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要.......................................................................................................2绪论.......................................................................................................3一、设计规定.........................................................................................4二、设计原理.........................................................................................4三、设计思路.........................................................................................43.1、非门电路.........................................................................43.2、二输入与非门电路.........................................................63.3、二输入与门电路.............................................................8四、二输入与门电路设计......................................................................94.1、原理图设计.....................................................................94.2、仿真分析.......................................................................104.3、生成网络表...................................................................13五、版图设计......................................................................................205.1、PMOS管版图设计....................................................205.2、NMOS管版图设计......................................................225.3、与门版图设计.............................................................235.4、总版图DRC检查及SPC文献生成.......................25六、心得体会........................................................................................28七、参照文献......................................................................................29八、附录................................................................................................30摘要本文从设计到仿真以及背面版图制作等重要用到了CadenceIC软件和L-Edit软件等。设计题目是基于CMOS二输入与门电路，电路设计思路是使用一种二输入与非门加一种反相器来实现二输入与门功能，其中电路设计某些用是CadenceIC软件，仿真某些重要做是时序仿真，背面版图制作用是L-Edit软件，由于版图制作只使用了一种L-Edit软件，因此版图完毕之后只做了一种基本DRC检查。核心词：CMOS门电路、与非门、非门、与门AbstractInthispaper，fromdesigntoproductionsimulationandthebackofthemap，mainlyusetheCadenceICsoftwareandL-Editsoftware，etc.DesignthetopicisbasedonCMOStwoinputandgate，circuitdesigntrainofthoughtistouseatwoinputnandgateandaninvertertorealizetheinputandthefunctionofthedoor，thecircuitdesignpartwithCadenceICsoftware，maindoistimingsimulation，simulationofthebackofthemapproductionusingL-Editsoftware，duetothemapmakingonlyUSESaL-Editsoftware，sothelayoutiscompletedonlydoneabasicDRCcheck.Keywords：CMOSgate，NANDgate，NOTgate，ANDgate绪论随着微电子技术迅速发展，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种方面。而对于当代信息产业和信息社会基本来讲，集成电路是改造和提高老式产业核心技术。随着全球信息化、网络化和知识经济浪潮到来，集成电路产业地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息安全基本性、战略性产业。集成电路有两种。一种是模仿集成电路。另一种是数字集成电路。从制造工艺上可以将当前使用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就是CMOS集成电路，CMOS集成电路浮现于20世纪60年代后期，随着其制造工艺不断进步，CMOS电路逐渐成为当前集成电路主流产品。本课程设计讲是数字集成电路版图设计基本知识。然而在数字集成电路中CMOS门电路制作是非常重要。本文便是讨论CMOS与门电路设计仿真及版图等设计。版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模仿优化后电路转化成一系列几何图形，包括了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等关于器件所有物理信息。集成电路制造厂家依照版图来制造掩膜。版图设计有特定规则，这些规则是集成电路制造厂家依照自己工艺特点而制定。不同工艺，有不同设计规则。设计者只有得到了厂家提供规则后来，才干开始设计。版图在设计过程中要进行定期检查，避免错误积累而导致难以修改。诸多集成电路设计软件均有设计版图功能，L-Edit软件版图设计软件协助设计者在图形方式下绘制版图。对于复杂版图设计，普通把版图设计提成若干个子环节进行：（1）划分为了将解决问题规模缩小，普通把整个电路划提成若干个模块。（2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选取一种好布图方ABQ000010100111Q==AB可知可以用一种二输入与非门和一种非门连接，这样就可以实现一种案。（3）布线完毕模块间互连，并进一步优化布线成果。（4）压缩是布线完毕后优化解决过程，她试图进一步减小芯片面积。一、设计规定1、规定：用MOS器件来设计二输入与门电路。2、内容：用Cadence软件进行电路原理图绘制，生成网络表并进行交直流分析及瞬态分析。3、用L-Edit软件进行电路版图制作及DRC检查。二、设计原理二输入与门有两个输入端A和B以及一种输出端Q，只有当A端和B端同步为高电平时输出才为高电平，否则输出都为低电平，即Q=AB。与门电路符号和真值表如图1所示：图1与门逻辑符号和真值表由于本次是用CMOS管构建二输入与门，而CMOS管基本门电路有非门、与非门、或非门等，因此要想实现用CMOS管搭建出二输入与门电路，由关系式二输入与门电路。本次设计就是用一种二输入与非门加一种非门从而实现了二输入与门功能。三、设计思路3.1非门电路CMOS非门即反相器是由一种N管和一种P管构成，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逻辑运算，构成了CMOS反相器。CMOS反相器电路图如下图2所示.图2CMOS反相器电路图当Ui=UIH=VDD,VTN导通,VTP截止,Uo=Uol≈0V当Ui=UIL=0V时,VTN截止,VTP导通,UO=UOH≈VDD低电平输出特性当输出为低电平时，即v=V时，反相器P沟道管截止、N沟道管导通，工0OL作状态如图3所示，低电平输入特性如图4所示。图3CMOS反相器低电平输出状态图4CMOS反相器低电平输出特性(2)高电平输出特性当输出为高电平时，即v=V时，反相器N沟道管截止、P沟道管导通，工0OH作状态如图5所示，低电平输入特性如图6所示。图5CMOS反相器高电平输出状态图6低电平输入特性尚有就是CMOS电路长处:（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）电源电压范畴宽。多数CMOS电路可在3～18V电源电压范畴内正常工作。（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）3.2二输入与非门电路二输入CMOS与非门电路，其中涉及两个个串联N沟道增强型MOS管和两个个并联P沟道增强型MOS管。每个输入端连到一种N沟道和一种P沟道MOS管栅极。当输入端A、B中只要有一种为低电平时，就会使与它相连NMOS管截止，与它相连PMOS管导通，输出为高电平；仅当A、B全为高电平时，才会使两个个串联NMOS管都导通，使两个个并联PMOS管都截止，输出为低电平。设计电路图如下图7所示：图7CMOS与非门电路二输入与非门电路逻辑符号和真值表如下图8所示：图8A0B0Q1011101110由以上分析可知，该电路实现了逻辑与非功能，即Y=。如上图7中所示，设CMOS管输出高电平为“1”，低电平为“0”，图中T2、T4为两个串联NMOS管，T1、T3为两个并联PMOS管，每个输入端（A或B）都直接连到配对NMOS管（驱动管）和PM