四输入或非门课程设计

四输入或非门课程设计 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 四输入或非门专项实践任务书 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 目: 四输入或非门的设计 初始条件: 计算机、ORCAD软件，L-EDIT软件 要求完成的主要任务: (包括集成电路专项实践工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求) 1、集成电路专项实践工作量:1周 2、技术要求: (1)学习ORCAD软件，L-EDIT软件。 (2)设计一个四输入或非门电路。 (3)利用ORCAD软件，L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排: 2015.6.19布置集成电路专项实践任务、选题;讲解集成电路专项实践具体实施与课程设计报告格式的要求;集成电路专项实践答疑事项。 2015.6.19-6.24学习ORCAD软件，L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2015.6.24-7.1用ORCAD软件设计四输入或非门电路并进行仿真工作，再利用L-EDIT软件绘制其版图，完成集成电路专项实践报告的撰写。 2015.7.1 提交集成电路专项实践报告，进行答辩。 指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 摘要.........................................................................................................................................I Abstract....................................................................................................................................II 1 绪论 ..................................................................................................................................... 1 2 设计内容及要求 ................................................................................................................... 2 2.1 设计的目的及主要任务 ................................................................................................. 2 2.2 设计思路 ...................................................................................................................... 2 3软件介绍............................................................................................................................... 2 3.1 OrCAD简介 .................................................................................................................. 2 3.2 L-Edit简介 .................................................................................................................... 4 4四输入或非门........................................................................................................................ 5 4.1 四输入或非门电路结构 ............................................................................................... 5 4.2 四输入或非门电路仿真 ............................................................................................... 6 4.3 四输入或非门的版图绘制............................................................................................ 7 4.3.1 NMOS管 ........................................................................................................ 7 4.3.2 PMOS管 ......................................................................................................... 8 4.3.3 输出端口 ............................................................................................................ 8 4.3.4 四输入或非门 .................................................................................................. 8 总 结..................................................................................................................................... 10 参考文献 ............................................................................................................................... 12 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 摘要 或非门是一种非常常用的数字门电路，本文详细介绍了基于CMOS管的L-EDIT环境下的四输入或非门电路设计仿真及版图布局设计验证。通过正向设计的思从逻辑设计、电路设计、版图设计和工艺设计封面出发，实现了电路指标明确化、功能电路化、逻辑明确化的工业版图制作标准，同时本设计还通过TSPICE仿真验证了设计的正确性。 关键词,或非门、L-EDIT、TSPICE、CMOS I 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 Abstract NOR gate is a very common digital gates, This paper describes the design verification based on NOR gate circuit design simulation and layout layout MOS tube L-EDIT environment. By forward thinking design from logic design, circuit design, layout design and process design cover starting to realize the circuit indicators clear, functional circuit, then clear, then the logical layout of industrial production standards, while the design is verified through simulation TSPICE correctness of the design. Keywords: NOR gate、L-EDIT、TSPICE 、CMOS II 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 1 绪论 Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。 L-Edit Pro是Tanner EDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块，具有高效率，交互式等特点，强大而且完善的功能包括从IC设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。L-Edit Pro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place & Route)、线上设计规则检查器(DRC)、组件特性提取器(Device Extractor)、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、CMOS Library、Marco Library，这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决。L-Edit Pro丰富完善的功能为每个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。 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、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，异或电路的设计与应用是非常重要的。IC设计者可以根据芯片的不同功能和要求采用各种不同结构的异或电路，从而实现电路的最优化设计。 1 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 2 设计内容及要求 2.1 设计的目的及主要任务 (1)学习ORCAD软件，L-EDIT软件。 (2)设计一个CMOS四输入或非门电路。 (3)利用ORCAD软件，L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 2.2 设计思路 本设计首先在ORCAD中进行四输入或非门电路电路图的绘制，然后运用其中的仿真功能对电路予以仿真调试，接着在L-EDIT软件中制定规则、绘制版图、DRC检查。整个设计的核心是版图的设计，充分了解设计的基本原理、设计的规则。仿真检验是否达到最初的设计要求。 3软件介绍 3.1 OrCAD简介 OrCAD Capture(以下以Capture代称)是一款基于Windows操作环境下的电路设计工具。利用Capture软件，能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可编程的逻辑设计提供连续性的仿真信息。Cadence OrCAD Capture 是一款多功能的PCB原理图输入工具。OrCAD Capture作为行业标准的PCB 2 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 原理图输入方式，是当今世界最流行的原理图输入工具之一，具有简单直观的用户设计界面。OrCAD Capture CIS具有功能强大的元件信息系统，可以在线和集中管理元件数据库，从而大幅提升电路设计的效率。OrCAD Capture提供了完整的、可调整的原理图设计方法，能够有效应用于PCB的设计创建、管理和重用。将原理图设计技术和PCB布局布线技术相结合，OrCAD能够帮助设计师从一开始就抓住设计意图。不管是用于设计模拟电路、复杂的PCB、FPGA和CPLD、PCB改版的原理图修改，还是用于设计层次模块，OrCAD Capture都能为设计师提供快速的设计输入工具。此外，OrCAD Capture原理图输入技术让设计师可以随时输入、修改和检验PCB设计。 OrCAD软件系统的功能及特点: 1.不仅可以对模拟电路进行直流、交流、瞬态等基本电路特性分析，而且可进行噪声分析、温度分析、优化设计等复杂的电路特性分析。 2.不仅可以对模拟电路进行计算机辅助分析，而且可对数字电路、数/模混合电路进行计算机模拟。 3.科研在WINDOWS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图以后，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。再模拟过程中，可以随时分析观察模拟结果，从电路图上修改设计。 4.OrCAD软件集成了电路原理图绘制、印制电路板设计、数字/模拟电路仿真、可编程逻辑器建设计等等功能，它的元器件库也是所有EDA软件 3 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 中最丰富的，再世界上它一只是EDA软件的首选。 OrCAD软件系统中主要包括OrCAD/Capture CIS、OrCAD/PSpice A/D、OrCAD/Layout Plus等，其中每一部分可以根据需要单独使用，也可以共同组成完整的EDA系统。 3.2 L-Edit简介 Tanner Pro 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，若违反设计规则，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，若有错误，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文件进行对比，若对比结果不相等，则回去修正L-Edit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GDSII文件类型，再交由工厂去制作整个电路所需的掩膜板。 4 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 4四输入或非门 4.1 四输入或非门电路结构 四输入或非门是最常用的基本功能电路之一，广泛应用于数字逻辑电路电路设计中。在本次课程设计中，使用tanner软件中的原理图编辑器L-Edit编辑四输入或非门电路原理图。真值表如下4.1。 表4.1 四输入或非门的真值表 本次设计的四输入或非门有8个MOS管组成，其中4个NMOS，4个PMOS，只要一个输入端为高电平(假设B为高电平)，则与B相连的PMOS截止，NMOS导通，形成该输出Y到地的通路，阻断VCC到Y的通路， 5 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 形成一个截止PMOS(无穷大电阻)与导通NMOS(有限的下拉电阻)的分压电路，因此输出Y为低电平;若输入均为低电平，则左右的NMOS都截止，PMOS都导通，形成VCC到Y的通路，因此输出为高电平。四输入异或门电路原理图如图4.2。 图4.2 四输入或非门的原理图 4.2 四输入或非门电路仿真 使用TSpice对原理图进行仿真。给四输入或非门的输入端加入激励信号。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。进行仿真，输出波形4.3 6 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 图4.3 四输入或非门电路输入输出波形图 4.3 四输入或非门的版图绘制 4.3.1 NMOS管 图4.3.1 NMOS管的版图 7 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 4.3.2 PMOS管 图4.3.2 PMOS的版图 4.3.3 输出端口 图4.3.2 输出端口的版图 4.3.4 四输入或非门 用L-Edit版图绘制软件对四输入或非门电路进行版图绘制， 将绘制的cell单元的版图进行组合，并进行各层的最终连接，便可得到CMOS四输入或非门的版图，版图结果如图4.4。 进行DRC检测，检测是否满足设计 8 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 规则。如图4.5。 图4.4 四输入或非门电路版图 图4.5 DRC验证结果 9 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 总 结 通过两周的课程设计学习，综合运用所学的知识完成了设计任务。使我更进一步熟悉了专业知识，并深入掌握仿真方法和工具、同时为毕业设计打基础的实践环节。进一步熟悉设计中使用的主流工具，学习了良好的技术文档撰写方法;了解后端设计;加深综合对所学课程基础知识和基本理论的理解好掌握，培养了综合运用所学知识，独立分析和解决工程技术问题的能力;培养了在理论计算、制图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料以及应用工具等方面的能力，逐步树立正确的设计思想。 在老师布置好题目后，我仔细进行设计，通过查阅各种参考书籍，最终把实验做出来了，达到了老师对本实验的要求。在这次设计中我收获颇丰，首先最直接的收获就是我巩固了这节课所学的知识，把它运用到实践中去，并且学到了许多在课本中所没有的知识。通过查阅相关知识，进一步加深对tannerr的了解。其次，我们不管做什么都不能粗心，如我们输入程序时把字母打错了时，保存文件时名称与程序中的名称不一样时，都会导致编译错误，在此过程中虽然浪费了不少时间，但这也让我注意到实际做设计时应该应该注意的问题，意识到自己的不足，对学过的知识了解不够深刻，掌握的不足够。 通过对典型IC集成电路的原理图和版图的绘制及仿真，对模拟电路的工作原理有了进一步的了解。再借助tanner软件模拟电路的原理图绘制及其版图生成，熟悉了tanner在此方面的应用，以增强计算机辅助电路模拟 10 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 与设计的信心。 总的来说，这次设计还算成功，也让我明白了要把理论知识与实践结合起来，从实践中强化自己的理论，才能更好提高自己的实际动手能力和独立思考能力。如果在设计过程中遇到问题时，我们要有耐心的查找错误，这也是学习的过程。 11 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 参考文献 [1]Alan Hastings.The Art of Analong Layout second Edition模拟电路版图的艺术.第二版.电子工业出版社，2013。 [2]王颖著.集成电路版图设计与Tanner EDA工具使用.第二版.西安电子科技大学出版社,2009。 [3]曾庆贵著.集成电路版图基础.机械工业出版社,2008。 [4]张为著.集成电路版图基础.清华大学出版社,2009。 [5]廖谷平,陆瑞强著. Tanner Pro集成电路设计与布局实战指导.科学出版社 2007 12 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 本科生课程设计成绩评定表 姓 名 性 别 专业、班级 课程设计题目:四输入或非门的设计 课程设计答辩或质疑: 成绩评定依据: 最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定) 指导教师签字: 年 月 日 武汉理工大学《集成电路专项实践》课程设计说明书 14