四输入或非门版图设计.docx
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四输入或非门版图设计
四输入或非门课程设计
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：
运算机、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長E其技术要求，和说明
书撰写尊具体要求）
一、集成电路专项实践工作量：
1周
二、技术要求：
（1）学习ORCAD软件，L-EP1T软件。
（2）设计一个四输入或非门电路。
（3）利用ORCAD软件，L-ED1T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规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合画图规范。
时刻安排：
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
实施计划与课程设计报告格式的要求；集成电路专项实践答疑事项。
2015.6.19-6.20学习ORCAD软件，L-EDIT软件，查阅相关资料，温习所设
计内容的大体理论知识。
2015.6.21-6.25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。
2015.6.26提交集成电路专项实践报告，进行答辩。
指导教师签名：
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
AbstractI
1^^3••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••0
2四输入或非门1
2.1四输入或非门的电路结构1
2.2四输入或非门的电路设计与仿真2
2.2.1ORCAD软件介绍2
2.2.2绘制电路图2
2.2.3电路仿真3
2.4四输入或非门的版图绘制5
2.4.1L-EDIT软件介绍5
2.4.2版图绘制5
3总结9
参考文献10
摘要
性能优越的四输入或非门是数字电路中很常见的一种逻辑电路，可普遍应用于算术逻辑单元等电路中。
CMOS集成电路山于工艺技术的进步和功耗低、稳固性高、抗干扰性强、噪声容限大、可适应较宽的环境温度和电源电压等一系列的长处，成为此刻IC设计的主流技术。
本文笫一介绍了CMOS四输入或非门电路，紧接着介绍了ORCAD软件，并利用此软件搭建了仿真电路图，对电路进行了仿真分析。
最后介绍jL-EDIT软件，并利用此软件绘制了该电路的版图。
关键词：
四输入或非门；ORCAD；L-EDIT：
版图
Abstract
Thesuperiorperformanceoffourinputorgate,alogicalcircuitindigitalcircuits,isverycommon.ltcanbewidelyusedinthearithmeticlogicunitcircuits.CMOSintegratedcircuitsduetotechnologyprogressandlowpowerconsumption,highstability,strongantiinterference,noisemarginlimit,canadapttoawideambienttemperatureandsupplyvoltageandaseriesofadvantages,becomethemainstreamtechnologyofICdesignnow.
Inthispaper,wefirstintroducetheCMOSfour-inputNORcircuit,followedbytheintroductionofORCADsoftware,andusethesoftwaretobuildthecircuitsimulation,thesimulationofthecircuitisanalyzed・Attheendofthepaper,theL-EDITsoftwareisintroduced,andthelayoutofthecircuitisdrawn.
Keywords:
four-inputNORgate;ORCAD;L-EDIT;layout
1绪论
或非门是数字逻辑中实现非的。
有多个输入端、1个输出端，每增加一个输入端只需增加一对CMOS管。
若输入中有高电平“1”，则输出为低电平“0”；不然输出为高电平"1”。
或非门在实际运用中相当普遍，在集成电路设计中或非门与与非门也是主要的数字集成组成方式。
CMOS集成电路采用处效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管老是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。
实际上，由于存在漏电流，CMOS电路尚有微量静态功耗。
单个门电路的功耗典型值仅为20mW,动态功耗（在1MHz工作频率时）也仅为儿mW。
CMOS集成电路供电简单，供电电源体积小，大体上不需稳压。
CMOS集成电路山于工艺技术的进步和功耗低、稳固性高、抗干扰性强、噪声容限大、可等比例缩小、和可适应较宽的环境温度和电源电压等一系列长处，成为此刻IC设计的主流技术。
在CMOS集成电路设计中，或非电路的设计与应用是超级重要的。
IC设计者能够按照芯片的不同功能和要求采用各类不同结构的或非电路，从而实现电路的最优化设计⑸。
CMOS或非门的版图设计是集成电路设计中的一个重要单元，它的复杂度与功耗紧密相关，越复杂功耗就越大。
如安在维持高性能的情形下减小芯片面积和功耗，无疑是设计的关键，这要求设讣者对芯片的重要部件进行各方面的优化。
Capture提供层次式电路和平坦式电路两种原理图绘制方式，设计师能够更快、更简捷、更直观地完成原理图设计与绘制。
L-Edit是Tanner公司的全定制版图编辑工具。
它具有速度快、功能强、利用方便和分层设计的特点。
ORCAD软件和L-EDIT软件是IC设计和验证的高性能模块，具有高效率，交互式等特点，壮大而且完善的功能包括从IC设计到输出，和最后的加工服务，丰硕完善的功能为每一个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精准的设计系统⑵。
2四输入或非门
2.1四输入或非门的电路结构
四输入或非门是最常常利用的大体功能电路之一，普遍应用于数字逻辑电路电路设计中。
在本次课程设计中，采用CMOS管实现或非逻辑结构，逻辑门电路功耗极低，本钱低，电源电压范围宽，逻辑度高，抗干扰能力强，输入阻抗高，扇出能力强【21。
用N沟通增强型场效应管组成的逻辑电路称为NMOS电路；用P沟道场效应管组成的逻辑电路称为PMOS电路；CMOS电路则是NMOS和PMOS的互补型电路。
四输入或非门真值表如表lo
表1四输入或非门的真值表
A
B
c
D
Y
0
0
0
0
1
0
0
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1
0
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1
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1
1
1
1
0
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，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，贝9左右的NMOS都截止，PMOS都导通，形成VCC到Y的通路，因此输岀为高电平。
原理图如图lo
2.2四输入或非门的电路设计与仿真
2.2.1ORCAD软件介绍
ORCAD是一套在个人电脑的电子设计自动化套装软件，专门用来让电子工程师设计电路图及相关图表，设计印刷电路板所用的印刷图，及电路的模拟之用。
ORCADCaptureCIS在原理图输入基础上，加入了壮大的信息系统，可用于创建、跟踪和认证元件，便于优选库和已有元件库的重用。
图形化、平面化和层次化设计能力提高了原理图设计效率，集中管理物料编号和器件信息，可进行数据流程、封装和互联的在线设计规则检查，这种简单的原理图输入技术让设计师能够更好的发挥他们的创造力，专注于电路设讣，而不是忙碌于工具层面的操作⑹。
2.2.2绘制电路图
利用ORCAD软件依照四输入或非门的原理图绘制电路，选择适合的元件及端口，
绘制的原理图如图2。
在该电路中，PMOS和NMOS呈现对称状态，PMOS组成上拉通
路，NMOS组成下拉通路。
各个MOS管的状态和输岀Y随着输入A、B、C、D的转
变状态如表3.1所示（“高”指髙电平，“低”指低电平）。
图2用ORCAD绘制的四输入或非门的电路图
2.2.3电路仿真
为验证此异或门的正确性，需要进行仿真以验证它的正确性。
查看电路图中各偏置点电压，电流和功耗情形如图3所示。
从图3能够看出各个MOS管的导通电压在nV级，截止电流仅为pA级，静态功耗为在pW级以下，电路静态功耗很小同。
遍地的电压、电流和功耗值均在正常范围内，单从偏置点悄形来看，电路工作正常。
图3各偏宜点电压，电流和功耗情形
对原理图进行仿真。
给四输入或非门的输入端加入鼓励信号。
仿真中高电平为
V1=5V,低电平为GND。
进行仿真，输出波形。
波形图如下图4。
SIL»・
ov：
图4四输入或非门电路输入输出波形图
由图4波形能够看出，鼓励源的波形具有一般性，而且输入A、B、C、D和输出Y的波形图知足或非运算关系。
2.4四输入或非门的版图绘制
2.4.1L-EDIT软件介绍
L-EDIT是TannerToolsPro工具软件中的一个软件包，能够在同一窗口中进行版图设计、设计规则检查、网表提取、标准单元自动布局与布线等工作。
L-Edit对掩膜版层数、分层数和单元数没有限制，大体图形有矩形、多边形、圆、线和标注等，并可处置90°、45°和任意角；用户能够设置调色板、线型、放大和缩小；输入输出有TDB、CIF和GDSII三种格式；可在画图机和普通打印机上实现输出硬拷贝⑴。
另外L-Edit将TannerTools中除NetTran.GateSim和LVS之外的其它所有功能集成在自己的环境中，包括SPR（自动布局布线）、DRC（版图儿何规则检查）、Extract（版图参数提取）和CSV（Cross-SectionViewer,版图横截面观察）等。
2.4.2版图绘制
按照本次CMOS异或门的设计任务，能够进行分层次设计绘制版图，需要先把NMOS管和PMOS管cell单元绘制出来，然后再把CMOS反相器和需要用到的派生CMOS结构绘制出来，最后利用这些cell单元进行连接，把CMOS或非门的版图画出来，完本钱次版图设计任务冋。
在L-EDIT的利用中需要注意L-EDIT的编辑环境是预设在P型基板上的，故在P基板上绘制PMOS的笫一步是作出N-well区，即需要预设N阱区⑶；各个图层的绘制无前后顺序；要及时进行DRC检查以排除错误，绘制每一个图层都要及时进行DRC检查。
PMOS器件的版图如图4所示。
左为衬底版图，右为源栅漏三极版图。
图5PMOS版图
NMOS器件的版图如图5所示。
左为衬底版图，右为源栅漏三极版图。
图6NMOS版图
图7输入端口版图
将NMOS、PMOS、衬底、输入、输出用金属图层链接起来，绘制出完整的版图,如图8o
图8四输入或非门电路版图
将绘制的cell单元的版图进行组合，并进行各层的最终连接，即可取得CMOS四输j入或非门的版图，在各层的绘制进程中都能够对版图进行截面观察，全数完成后在版图的部份的截图如图7和图8所示。
图10版图截而图下
最后取得CMOS四输入或非门的版图，在各层的绘制进程中都要及时进行DRC检查，以便及时检测版图是不是符合儿何设计规则，最终的DRC检查结果如图11所示。
NoDRCerrorstodisplay・
RunDRCtofindruleviolationsanddisplaythemhere.
图11DRC验证结果
由图9能够看出，CMOS四输入或非门版图无DRC错误。
至此，便完成了CMOS四输入或非门版图的制作。
3总结
通过本次专项实践的学习，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，并深切掌握仿真方式和工具、同时为集成设讣打基础的实践环节。
进一步熟悉设计中利用的主流工具，学习了良好的技术文档撰写方式；了解版图设计；加深综合对所学课程基础知识和大体理论的理解好掌握，培育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；培育了在理论计算、制图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料和应用工具等方面的能力，慢慢树立正确的设计思想。
在老师布置好题忖后，我仔细进行设讣，通过查阅各类参考书籍，最终把实验做出来了，达到了老师对本实验的要求。
在这次设讣中我收获颇丰，第一最直接的收获就是我巩固了超大规模集成电路设计课程所学的知识，把它运用到实践中去，而且学到了许多在讲义中所没有的知识。
通过查阅相关知识，进一步加深对集成电路设讣流程的了解。
第二，咱们无论做什么都不能粗心，如若画版图之前为添加正确的设计规则，就可能找不到本次设计需要的图层⑹，整个版图就要被抛弄，在此进程中虽然浪费了很多时刻，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ORCAD软件和L-EDIT模拟电路的原理图绘制及其版图生成,熟悉了运算机辅助技术在此方面的应用，以增强运算机辅助电路模拟与设计的信心。
总的来讲，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试探能力。
若是在设计进程中碰到问题时，咱们要有耐心的查找错误，这也是学习的进程。
参考文献
[1]权海洋.超大规模集成电路设计与实践.西安：
西安电子科技大学出版社，2002.5
⑵孙润.TANNER集成电路设讣教程.北京：
希望电子出版社，2002.9
[3]朱正涌.半导体集成电路.北京：
清华大学出版社，2001.12
[4]谢嘉奎.电子线路.北京：
高等教育岀版社，2013.3
⑸童诗白.模拟电子技术基础.北京：
电子工业出版社，2011.7
⑹贾新章•电子电路CAD技术•四安：
西安电子科技大学出版社，2002.3
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记录：
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：
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