异或门变同或门集成电路设计.docx

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1、课程设计同或门集成电路设计学生姓名：学院：专业班级：专业课程：指导教师：201年月日1绪论1.1 设计背景随着微电子技术的快速开展，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个方面。而对于现代信息产业和信息社会的根底来讲，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、网络化和知识经济浪潮的到来，集成电路产业的地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息平安的根底性、战略性产业。Tanner集成电路设计软件是由TannerResearch公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。幅员(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的

2、电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据幅员来制造掩膜。幅员的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。幅员在设计的过程中要进行定期的检查，防止错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计幅员的功能，L-Edit软件的的幅员设计软件帮助设计者在图形方式下绘制幅员。1.2 Tanner软件介绍TannerPro的设计流程很简单。将要设计的电路先以S-Edit编辑出电路图，再将该电路图输出成SPICE文件。接

3、着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件,如果模拟结果有错误，则回到S-Edit检查电路图，如果T-Spice模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以DRC功能做设计规则检查，假设违反设计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化成SPICE文件，再利用T-Spice模拟，假设有错误，再回到L-Edit修改布局图。最后利用LVS将电路图输出的SPICE文件与布局图转化的SPICE文件进行比照，假设比照结果不相等，则回去修正LEdit或S-Edit的图。直到验证无误后,将L-Edit设计好的布局图输出成GDSn文件

4、类型，再交由工厂去制作整个电路所需的掩膜板。1.3 设计目标(1)用tanner软件中的原理图编辑器S-Edit编辑同或门电路原理图。(2)用tanner软件中的T-Spice对同或门电路进行仿真并观察波形。(3)用tanner软件中的L-Edit绘制同或门幅员,并进行DRC验证。(4)用tanner软件中的T-Spice对同或门的幅员电路进行仿真并观察波形。(5)用tanner软件中的IayoUt-Edit对同或门进行LVS检验观察原理图与幅员的匹配程度。2同或门系统设计2.1 同或门电路设计(1)同或电路的意义CMOS集成电路由于工艺技术的进步以及功耗低、稳定性高、抗干扰性强、噪声容限大、

5、可等比例缩小、以及可适应较宽的环境温度和电源电压等一系列优点，成为现在IC设计的主流技术。在CMoS集成电路设计中，同或电路的设计与应用是非常重要的。同或电路是算术逻辑单元和比拟判别电路中非常重要的单元电路，已经被广泛应用于半加器、全加器、奇偶校验和逻辑比拟等电路中。用CMOS静态逻辑电路设计的同或电路功耗低、结构简单可靠、工作速度快，成为大规模集成电路芯片设计中最重要的单元电路之一。(2)同或门功能实现当输入A与B不同时，输出Y为0；当输入A与B相同时，输出Y为1。同或电路可以实现逻辑异或关系，输出F与输入A、B的逻辑关系表达式为：Y=AB=AB+AB其逻辑关系真值表如表1所示。表1同或门真

6、值表ABY=AoB=AB+而001010100111同或门的设计异或门：用两个CMoS反相器和一个CMoS传输门构成的异或门电路。同或门：利用异或门和反相器组成一个同或门。反相器接异或门输出端口,把输出当做反相器的输入，就可以构成同或门了。2.2 同或门原理路结构11)翻开S-Edit程序：翻开执行在学习软件目录下的S-Edit程序，或选择“开始-“程序-TannerEDA-S-Edit命令，即可翻开S-Edit程序。(2)选择FiIeNew一NeWdeSigrI建立文件，选择Cellnewview建立文件，即翻开了画图框。(3)添加元件库C:DocumentsandSettingsXAdmi

7、nistratorXMyDocumentsTannerEDATannerToolsvl3.OLibrariesAllAll.tanner,如图1所示。图1添加元件库(4)按照电路选择适宜的元件，连接电路，构成原理图，如图2所示。图2电路原理图图2-2电路原理图说明：图中PMOS_1和NMOS_1构成第一个反相器，由电源VDD供电，其输出为A。第二个反相器由PMOS_2和NUOS_2组成，其输入为B。它不直接接电源VDD,而是由A和A供电，当A为1时才正确加电而工作，而A为。时，第二个反向器的供电电压极性是相反的，所以截止。传输门由PUOS_3和NMoS_3组成，其控制电压为A和A。第三个反相器

8、由PMOS_4和NMOS_4组成。当A=O时，第二个反向器截止，传输门开启而导通，B将通过传输门传到第三个反相器再输出，即A=OY=B反之，当A=I时，传输门截止，第二个反向器工作，B经反相后再经过第三个反相器输出，故A=IY=B2. 3同或门电路仿真首先，给同或门的输入端参加鼓励信号，仿真中高电平为VDD=5V,低电平为GND,并添加输入输出延迟时间。然后再添加文件路径如图3所示。图4电路仿真波形2.4 同或门的幅员绘制(1) PMOS幅员设计由于L-Edit软件在进行电路幅员设计之前首先得进行元器件幅员的设计，而在本次电路中用到的元器件有PMOS管和NMoS管，所以在画与门幅员之前首先要先

9、绘制好PMOS管和NMOS管的幅员。1)翻开L-Edit程序：L-Edit会自动将工作文件命名为Layoutl.tdb并显示在窗口的标题栏上，如下列图5中所示。图5L-Edit菜单栏2)另存为新文件：选择执行File/SaveAS子命令，翻开“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YIH。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)应用于当前的文件中。选择执行File/ReplaceSetup子命令翻开对话框，单击“FromFile栏填充框的右侧的Browser按钮，选择C:UsersdongfangDocumentsTanne

10、rEDATannerToolsvl3.OL-EditandLVSSPRLightsLayoutlightslb.tdb文件，如下列图6所示,单击OK就将Iightlb.tdb文件中的格点、图层等设定应用在当前文件中。图6替换设置信息窗口设置好这些之后其它的都选择系统默认的值就行，然后就可以开始元件幅员的绘制了。首先绘制PMOS管的NWell层，在Layers面板的下拉列表中选取NWell选项，再从DraWing工具栏中选择按钮，在CellO编辑窗口画出横向28格纵向18格的方形即为NWell,画好NWeIl层之后然后再继续按照规则一步步绘制好ACtiVe层、PSeIeCt层、Ploy层、ACt

11、iVeCOntaCt层、MetaIl层等，每设计好一层并将其摆放到规定的位置，然后进行一次DRC检查，确认是否有错误，一切都无误之后就能保存了，制作好的PMOS幅员如图7中所示。图7PMoS幅员(2) NMOS幅员设计在PMOS管设计好并保存之后就能开始绘制NMOS管的幅员了，新建NMOS单元：选择Cell/New命令，翻开CreateNewCell对话框，在其中的Newcellname栏中输入NMOS,单击OK按钮。绘制NMOS单元：根据绘制PMOS单元的过程，依次绘制Active图层、NSelect图层、Ploy图层、ActiveContact图层与Metall图层，完成后的NMOS单元如

12、图8中所示。其中，ACtiVe宽度为14个栅格，高为6个栅格；PIOy宽为2个栅格，高为10个栅格；NSelect宽为20个栅格，高为10个栅格；两个ACtiVeCOntaCt的宽和高皆为2个栅格；两个MetaIl的宽和高皆为4个栅格。图8NMOS幅员设计(3) PMOS基板节点组件：由于PMOS的基板也需要接通电源，故需要在NWeIl上面建立一个欧姆节点，其方法为在NWeIl上制作一个N型扩散区，再利用ACtiVeContaCt将金属线接至此N型扩散区。N型扩散区必须在NWelI图层绘制出ACtiVe图层与NSeIeCt图层，再加上ACtiVeContact图层与MetaIl图层，使金属线与

13、扩散区接触，绘制结果如图9所示。其中NWell宽为15个格点、高为15个格点，Active宽为5个格点、高为5个格点，NSelect宽为9个格点、高为9个格点，ActiveContact宽为两个格点、高为两个格点，MetaIl宽为4个格点、高为4个格点。图9PM0S节点组件(4)NMOS基板节点组件：由于NMOS的基板也需要接地，故需要在PBaSe上面建立一个奥姆节点，其方法为在PBaSe上制作一个P型扩散区，再利用ACtiVeContact将金属线接至此P型扩散区。P型扩散区必须绘制出ACtiVe图层与PSelect图层，再加上ACtiVeCOntaCt图层与Metall图层，使金属线与扩散

14、区接触，绘制结果如图10所示。其中Active宽为5个格点、高为5个格点，PSelect宽为9个格点、高为9个格点，ActiveContact宽为两个格点、高为两个格点,Metall宽为4个格点、高为4个格点。图10NMOS节点组件(5)输入与输出幅员由于同或门有两个输入端口，且输入信号是从闸极(PoIy)输入，由于此范例使用技术设定为MOSl/Orbit2USCNAMEMS,输入输出信号由MetaI2传入，故一个同或门输入端口需要绘制MetaI2图层、Via图层、MetaIl层、PoIyOntaCt图层与PoIy图层，才能将信号从MetaI2图层传至POIy层。如图11为输入输出口。图11输

15、入输出幅员(6)幅员设计启动LEdit程序，将文件另存为YIH,将文件CELLo.Idb应用在当前的文件中，设定坐标和栅格。复制单元：执行Cell/CoPy命令，翻开SeIeCtCelltoCoPy对话框，将CELLO.tdb中的NMOS单元和PMOS单元复制到CELLO,tdb文件中。引用NMOS和PMOS单元：执行Cell/InStanCe命令，翻开引入图例单元对话框，选择NMOS单元单击OK按钮，可以在编辑画面出现一个NMoS单元；再选择PMOS单元单击OK,在编辑画面多出一个与NMOS重叠的PMOS单元，可以用Alt键加鼠标拖曳的方法分开PMOS和NMOS,由于本次绘制异或门电路需要用到4个PMOS管和4个NMOS管，所以上步中的引用PMOS和NMOS单元分别需要进行4次，然后再进行元器件之间的电路连接。连接PMOS和NMOS的漏极：由于反相器PMoS和NMOS的漏极是相连的，可利用MetaII将NMOS与PMoS的右边扩散区有接触点处相连接，进行电气检查，没有错误。再按照电路原理图一步一步将所有的线路都连接好，然后再标出VDD、GND节点以及输入输出端口A、B、OUT等节点。例如标注VDD和GND节点的方法是单击插入节点图标，再到绘图窗口中用鼠标左键拖曳出一个与上方电源线重叠的方格后，将自动出现EditObjeCt(三)对话框，在“0n框的下拉