集成电路计算机辅助设计报告.docx
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集成电路计算机辅助设计报告.docx
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集成电路计算机辅助设计报告
长安大学
集成电路计算机辅助设计
课
程
设
计
专业
班级
姓名
学号
指导教师
日期
2010年月日
目录
1课程设计题目内容3
2电路设计3
2.1电路工作原理3
2.2电路图设计6
2.3原理图输入8
2.3.1传输门输入8
2.3.2反相器输入9
2.3.3D触发器输入10
3电路仿真11
3.1仿真步骤11
3.2仿真结果11
4版图设计12
4.1版图设计步骤12
4.1.1PMOS版图的设计步骤12
4.1.2NMOS版图设计步骤13
4.1.3传输门版图设计步骤15
4.1.4反相器版图设计步骤15
4.1.5D触发器版图总图设计步骤16
4.1.6版图仿真16
附图18
心得体会19
1课程设计题目内容
设计一个LED驱动芯片中的单元电路:
逻辑驱动电路。
完成电路原理图的设计,仿真,以及版图设计。
要求尽可能满足下列要求。
Process
0.35umP-subCMOSProcess
VDD
3.3V
Temperature
-25~80
VSS
0V
powerconsumption
I(total)<1uA)
Input
C、CK、D
output
Q
processcorner
TT、SS、FF、SF、FS
注意:
利用S-EDIT输入原理图,Hspice仿真,L-EDIT输入版图,按照SMIC0.35umCMOS工艺仿真与计算。
2电路设计
2.1电路工作原理
D端D触发器的输入端为D,输出端为Q,时钟脉冲输入端为CLK,电源输入端为VDD,GNB端是接地端。
信号从D输入,当CK为低电平时,C为低电平,CN为高电平,传输门PASSX1_1处于传输状态,D端加的信号经过传输门PASSX1_1后,再通过反相器INV信号的反相信号D非到达反相器INV_1的B端,此工作过程如图1所示。
出口口
图1信号传至出口
D
D
非
D
当CK由低电平变为高电平时,C变为高电平,CN变为低电平,传输门PASSX1_1处于截止状态,D端加的信号不能再经过传输门PASSX1_1,其输入不对反相器INV_1的输入端A以及输出端B的信号产生影响,此过程如图2-1所示;此时,PASSX1_3处于传输状态,反相器INV_1的B端信号经INV_2反相后,再经由传输门PASSX1_3,到达反相器INV_1的输入端A端,此时,INV_1、INV_2、PASSX1_3将D非信号锁存该过程如图5所示;而此时传输门PASSX1_2也处于传输状态,可将D非信号传输至反相器INVX2_3的输入端A,D非信号经由反相器INVX2_3反相后,D信号就被传输到了D触发器的输出端Q,此过程如图2-2所示。
D
非
D
图2-1输入被隔离
D
D非
D非
图2-2输出
当CK由低电平变为高电平时,C变为低电平,CN变为高电平,传输门passx1_2处于截止状态,反相器端INVX2_1输出端的不能再经过传输门PASSX1_2传输到D触发器的输出端Q。
此时INVX2_3、INVX2_4、PASSX1_4构成的锁存器将Q信号锁存,输出端的信号不受外界信号的干扰,该过程如图3所示。
D非
D
图3输出被锁存
从上面可以看出,该D触发器通过时钟脉冲信号CK的上升沿来触发,控制输入信号D的输入输出
2.2电路图设计
本课设中设计的D触发器由4个传输门和6个反相器构成,其原理总图见图4所示。
图4D触发器原理图
其中传输门由两个MOS管构成,NMOS管的栅极为传输门正向脉冲的输入口CN,PMOS的栅极为传输门反向脉冲的输入端C,PMOS的漏极与NMOS的漏极相连共同充当传输门的输入端,PMOS的源极与NMOS的源极相连共同充当传输门的输出端,PMOS的衬底接电源,NMOS的衬底接地,其原理图如图5所示
图5传输门原理图
D触发器中的反相器也是由两个MOS管构成,PMOS的漏极和衬底都接电源,PMOS的源极和NMOS的漏极相连共同为反相器的输出端,PMOS的栅极与NMOS的栅极相连共同为反相器的输入端,其原理图如图6所示。
图6反相器原理图
2.3原理图输入
本原理图是利用Tanner软件中的S-EDIT输入的。
2.3.1传输门输入
打开S-edit,FILE—SAVEAS,保存为ex6,在MODULE中打开Symbolbrowser,在spice中选中PMOS元件、NMOS元件、GND、VDD。
引用所选的元件到适当的位置,用wire按照传输门结构连接各个元件,然后设定并命名输入输出口,保存后,将视图切换到SymbolMode,利用box画出PASSX1的框图,用line引出引脚,设定输入输出端,端口名称要和Schematic中的元件端口名相对应。
最后Rename,将器件名改成CSM。
图7传输门输入
2.3.2反相器输入
打开S-edit,FILE—SAVEAS,保存为ex7,在MODULE中打开Symbolbrowser,在元件库中选中PMOS元件、NMOS元件、GND、VDD。
引用所选的元件到适当的位置,用wire按照反相器结构连接各个元件,然后设定并命名输入输出口,保存后,将视图切换到SymbolMode,利用box画出INX1的框图,用line引出引脚,设定输入输出端,端口名称要和Schematic中的元件端口名相对应。
最后Rename,将器件名改成FXQ。
图8反相器输入
2.3.3D触发器输入
打开S-edit,FILE---SAVEAS,保存为dff,在MODULE中打开Instance,引用ex6,ex7元件,根据D触发器的原理图,将各个元件移动到正确的位置,用wire连接各个元件,设定并命名输入输出端口,保存后,将视图切换到SymbolMode,利用box画出PASSX1的框图,用line引出引脚,设定输入输出端,端口名称要和Schematic中的元件端口名相对应。
最后Rename,将器件名改成dff。
图8-1D触发器输入
图8-2D触发器输入
3电路仿真
3.1仿真步骤
1、通过打开S-edit打开dff,点开dff的网表文件,保存为dff..sp。
2、打开相应的T-spice文件,如图9
图9D触发器网表文件
3、添加激励语句
.include"D:
\Tanner\tanner\TSpice70\models\ml2_125.md"
.param1=0.5u
vvddVddGND3.3
vaDGNDPULSE(03.310ns0ns0ns30ns60ns)
vbCLKGNDPULSE(03.35ns0ns0ns15ns30ns)
.tran/op1n300nmethod=bdf
.printtranv(D)v(CLK)v(Q)
4、查看相应信号的仿真波形。
3.2仿真结果
从上至下为Q、CLK、D。
D触发器上升沿触发,仿真成功。
图10仿真结果
4版图设计
4.1版图设计步骤
本版图是利用TannerTools软件中的L-EDIT工具设计的。
D触发器的版图总图如附图所示。
4.1.1PMOS版图的设计步骤
(1)打开L-EDIT,FILE—NEW—LAYOUT,建立一个新的文档;FILE—REPLACESETUP,选择0.35um的工艺库设置,替换掉默认设置。
(2)CELL—NEW新建一个元件,把CELLNAME改为PMOS。
用switchtodrawingboxes工具,画一个宽度为0.35um的poly层,在poly层上画一active层,使得poly层落于active层中的高度为2.1um(或4.2um)。
(3)用switchtodrawingboxes工具,画一个P-select层,再画一个N-well包围整个版图。
(4)在active层上画适当长宽的metal1,并用activecontact连接metal1与active层。
每画一层,都进行DRC检查,如出现错误,改正后画下一层。
在更改的过程中,保证PMOS的长宽不变,即poly的宽度与处于active中的poly的长度不变。
PMOS中PMOS1和PMOS2两种MOS管的版图分别如图11、图12所示。
图11PMOSX1管
图12PMOSX2管
4.1.2NMOS版图设计步骤
(1)CELL—NEW新建一个元件,把CELLNAME改为NMOS。
用switchtodrawingboxes工具,画一个宽度为0.35um的poly层,在poly层上画一active层,使得poly层落于active层中的高度为0.7um(或1.4um)。
(2)用switchtodrawingboxes工具,画一个N-select层。
(3)在active层上正确位置画适当长宽的metal1,并用activecontact连接metal1与active层。
每画一层,都进行DRC检查,如出现错误,改正后画下一层。
在更改的过程中,保证MMOS的长宽不变,即poly的宽度与处于active中的poly的长度不变。
NMOS中NX1、NX2的版图分别如图13、图14所示。
图13NMOSX1管
图14PMOSX2管
4.1.3传输门版图设计步骤
(1)CELL—NEW新建一个元件,把CELLNAME改为PASSX1(PASSX2)。
(2)CELL—INSTANCE,分别引用PMOSX1(PMOSX2)、NMOSX1(NMOSX2)元件。
(3)把元件放到合适的位置,用metal1、metal2和poly层按照传输门的原理图,将PMOSX1(PMOSX2)和NMOSX1(NMOSX2)连接好。
(4)用metal2将输入输出端口引出。
传输门的版图如图15所示。
图15传输门PASSX1
4.1.4反相器版图设计步骤
(1)CELL—NEW新建一个元件,把CELLNAME改为FXQX1(或FXQX2)。
(2)CELL—INSTANCE,分别引用PMOSX1、NMOSX1(或PMOSX2、NMOSX2)元件。
(3)把元件放到合适的位置,用metal1、metal2和poly层按照反相器的原理图,将各元件连接好。
(4)用metal2将输入输出端口引出。
反相器的原理图如图16、17所示。
图16反相器FXQX1
图17反相器FXQX2
4.1.5D触发器版图总图设计步骤
(1)CELL—NEW新建一个元件,把CELLNAME改为DFF。
(2)CELL—INSTANCE,分别引用PMOSX1、NMOSX1、PMOSX2、NMOSX2元件,也可以直接引用PASSX1、FXQX1、FXQX2元件。
(3)将元件放在合理的位置,用metal1、metal2、poly按照原理图将各个元件连接起来。
D触发器的总版图如附图所示。
4.1.6版图仿真
使用T-spice打开网表文件,如图18
图18D触发器版图网表文件
仿真结果:
图19仿真结果
附图
心得体会
本次课程设计中,我学到了很多专业知识,受益匪浅。
现在集成电路的设计,都是在计算机的辅助下完成的。
本次设计中使用的是Tanner软件,通过这次设计,更加熟悉了软件的作用方法,如利Tanner工具中的s-edit画出原理图,利用l-edit画出对应的版图,利用H-spice做后期仿真,三个工具的配合,就能完成特殊功能的集成电路的设计。
与此同时,我也发现了好多问题,遇到了不少的困难。
在用L-edit画版图的时候,由于经验不足,刚开始很难下手设计,后来经过不断地尝试,慢慢的才熟练起来。
还有就是在打开L-edit后,一定要记住先要先设置好ReplaceSeturp中的选项,原因是工艺设置中选择的是tanner默认的2um工艺,最后在多次碰壁后,终于找到了0.35um的工艺设计文件,将DRC规则设置正确后,能够画也0.35工艺下所有的图层。
在用T-spice做仿真时,发现仿真不能正确进行。
经过仔细检查,发现Dependencise中的选项没有选正确,导致了仿真的难以进行。
在此次课程设计中,得到了肖剑老师以及其他同学的不少帮助,在此表示感谢。
同时,处于对专业的热爱,对集成电路计算机辅助设计课程,我有以下几点小建议:
1、这门课很实用,属于上机操作性很强的课程,想要学好,必须要多注重手动操作,从每一步的实验操作中找到问题所在,然后再加以解决,否则想要学好学精是非常困难的。
所以希望能够增加实验课的课次,同希望老师在教授课程知识时能够深入学生当中去,加大老师和学生之间的沟通,做到有问题能及时发现,及时解决,从而真正意义上的提高实验的质量。
2、考虑到本课程的难度,以及国内对本课程的研发较少,所以相关的中文资料很少。
希望老师能给学生推荐些有用的资料,这样触类旁通,能起到举一反三的效果。
这门课程是我们电子科学与技术专业的精华所在,所以,想要学好电科专业,这门课程必须要很好的掌握才行,所以我们更应该好好地学习这门课!
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