集成電路課設-基于CMOS二輸入或門設計.docx

武漢理工大學集成電路課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 楊子意 專業(yè)班級： 電子科學與技術 指導教師： 劉金根 工作單位： 信息工程學院 題 目: 二輸入或門CMOS。初始條件：計算機、ORCAD軟件，L-EDIT軟件， 要求完成的主要任務: （1、課程設計工作量：2周2、技術要求：（1）學習ORCAD軟件和L-EDIT軟件。（2）設計一個而輸入或門電路。（3）利用ORCAD軟件和L-EDIT軟件對該電路進行系統(tǒng)設計、電路設計和版圖設計，并進行相應的設計、模擬和仿真工作。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學課程設計工作規(guī)范要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)范。時間安排：2014.11.22布置課程設計任務、選題；講解課程設計具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課程設計答疑事項。2014.11.25-11.27學習ORCAD軟件和L-EDIT軟件，查閱相關資料，復習所設計內容的基本理論知識。2014.11.28-12.5對二輸入或門電路進行設計仿真工作，完成課設報告的撰寫。2014.12.6 提交課程設計報告，進行答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要11 原理分析21.1或非門的工作原理21.2反相器的工作原理31.3或門的計算42 方案論證52.1總體設計52.2子模塊設計62.2.1反相器的設計62.3.2 或非門的設計73原理圖的仿真74 版圖的繪制94.1 PMOS版圖設計94.2 或門版圖的設計94.3 版圖的DRC檢查115心得體會126參考文獻13摘要越來越多的電子電路都在使用MOS管，特別是在音響領域更是如此。MOS管與普通晶體管相比具有輸入阻抗高、噪聲系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好、動態(tài)范圍大等優(yōu)點，且它是一種壓控器件，有與電子管相似的傳輸特性，因而在集成電路中也得到了廣泛的應用?；蜷T，又稱或電路。如果幾個條件中，只要有一個條件得到滿足，某事件就會發(fā)生，這種關系叫做“或”邏輯關系。具有“或”邏輯關系的電路叫做或門。或門有多個輸入端，一個輸出端，多輸入或門可由多個2輸入或門構成。只要輸入中有一個為高電平時（邏輯1），輸出就為高電平（邏輯1）；只有當所有的輸入全為低電平時，輸出才為低電平。通常使用一個或非門再加一個反向器實現(xiàn)。關鍵詞：MOS管 集成電路 或門1 原理分析1.1或非門的工作原理或非門就是將兩個CMOS非門電路圖的工作管Vn1、Vn2（N溝道管）并聯(lián)起來，負載管Vp1、Vp2（P溝道管）串聯(lián)起來，就可以構成或非邏輯電路如圖1所示。圖1 CMOS邏輯或非門電路 當輸入中只有一個或兩個都為高電平時，工作管Vn1、Vp1中必定有一個處于導通狀態(tài)，負載管Vn2、Vp2中必定有一個處于截止狀態(tài)，使輸出端對公共端的連接為低電阻連接，對電源的連接為高電阻連接，故邏輯電路輸出電壓為低電平。當輸入全為低電平時，工作管Vn1、Vp1同時截止，負載管Vn2、Vp2同時導通，使輸出端對公共端的連接為高電阻連接，對電源端的連接為低電阻連接，故邏輯電路輸出電壓為高電平。綜上所述，邏輯電路輸出信號與輸出信號的邏輯關系實現(xiàn)或非運算關系。1.2反相器的工作原理CMOS反相器電路如圖2所示它由兩個增強型MOS場效應管組成，其中Vn為NMOS管，稱驅動管，Vp為PMOS管，稱負載管。 NMOS管的柵源開啟電壓UTN為正值，PMOS管的柵源開啟電壓是負值，其數(shù)值范圍在25V之間。為了使電路能正常工作，要求電源電壓UDD(UTN+|UTP|)。UDD可在318V之間工作，其適用范圍較寬。圖2 CMOS反相器 (1)當UI=UIL=0V時，UGS1=0，因此Vn管截止，而此時|UGS2|UTP|，所以Vp導通，且導通內阻很低，所以UO=UOHUDD， 即輸出為高電平.(2)當UI=UIH=UDD時，UGS1=UDDUTN，Vn導通，而UGS2=0UTN，V1導通，而UGS2=0|UTP|，因此V2截止。此時UO=UOL0，即輸出為低電平。 可見，CMOS反相器實現(xiàn)了邏輯非的功能。2.3.2 或非門的設計或非門只有當兩個輸入A和B為低電平（邏輯0）時輸出為高電平（邏輯1）。也可以理解為任意輸入為高電平（邏輯1），輸出為低電平（邏輯0）。或非門的原理圖如圖8所示圖8 或非門原理圖3原理圖的仿真用OrCAD畫出或門的原理圖，如圖9所示。圖9 orCAD或門原理圖DSTM1為A輸入，DSTM2為B輸入，在兩輸入端各放一個電壓探針，監(jiān)視A、B輸入端的輸入波形，在輸出福安放一個電壓探針，監(jiān)視輸出端的波形，點擊仿真鍵，得到仿真波形，如圖10所示。圖10 仿真波形圖10中V（M3:g），V(M4:g)為輸入，V(M6:d)為輸出，有圖可知，當V（M3:g）或V(M4:g)有一個為高電平，則輸出V(M6:d)為高電平；V（M3:g）、V(M4:g)全是低電平時，輸出V(M6:d)為低電平，滿足或門的邏輯規(guī)則，所以原理圖正確。4 版圖的繪制4.1 PMOS版圖設計首先用L-edit或一個PMOS如圖11所示圖11 PMOS的版圖通過繪制PMOS的版圖，學習了L-edit軟件的基本使用方法，使自己能夠慢慢的畫出整個或門的版圖。4.2 或門版圖的設計或門的版圖有兩部分組成，如圖12，圖13所示。是一個或非門加一個反相器組成。或非門是由兩個PMOS和兩個NMOS組成，反相器是有一個PMOS和一個NMOS組成。圖 12 或非門的版圖圖13 反相器的版圖兩個版圖相互連接就構成一個或門的版圖，如圖14所示。圖14 或門的整體版圖4.3 版圖的DRC檢查執(zhí)行命令toolsDRC，就能對版圖進行DRC電氣檢查，系統(tǒng)自動檢查對彈出檢查結果。如圖15所示。圖15 DRC檢查結果顯示沒有DRC錯誤。5心得體會通過這次學習，讓我受益匪淺 ，從中學到了獨自解決問題的能力，同時也認識到自己的不足，通過對學過的知識的運用，發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，理論聯(lián)系實際，要知道知識重在學以致用，要將知識靈活的運用于實踐，才是真正的掌握了。感謝老師的幫助與指導。做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用，而且考試內容有限，所以在這次課程計過程中，對整個數(shù)字芯片全定制設計流程有了一個總體的認識。學會了數(shù)字集成電路中MOS管參數(shù)的設計。我們更加明白了很多比如說寄生電容包含幾部分，分別怎么計算，還有寄生電容對芯片功耗和延時的影響及估算等課堂上學過又很模糊的東西。同時也熟練掌握了cadance軟件操作。印象最深的是版圖設計當中遇到了非常多的問題，由于第一次接觸版圖，又沒有認真閱讀數(shù)據手冊。版圖繪制過程中出現(xiàn)了很多規(guī)則上的錯誤，導致后面規(guī)則檢查不能通過。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。通過動手實踐讓我對其結構映象深刻，原理更加明白了。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。認識來源于實踐，實踐是認的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。6參考文獻1甘學穩(wěn)集成電路原理與設計北京：北京大學出版社，2006.22賈新章等. 電子電路CAD技術-基于OrCAD9.2, 西安電子科技大學出版社，2002年出版.3 權海洋主編。超大規(guī)模集成電路設計與實踐，西安電子科技大學出版社，2003年出版. 4康華光模擬電子技術基礎武漢：高等教育出版社，2005.75舒慶瑩，凌玲模擬電子技術基礎實驗武漢：武漢理工大學出版社，2008.2 6虞西清. 專用集成電路設計實用教程. 浙江: 浙江大學出版社，2007.17謝自美. 電子線路設計. 第三版. 武漢: 華中科技大學出版社，2006.28萬嘉若，林康運. 電子線路基礎. 上海: 高等教育出版社，2007.415武漢理工大學集成電路課程設計本科生課程設計成績評定表姓 名楊子意性 別男專業(yè)、班級電子科學與技術課程設計題目： 二輸入或門CMOS的設計課程設計答辯或質疑記錄：1 什么是或門？答：或門，又稱或電路。如果幾個條件中，只要有一個條件得到滿足，某事件就會發(fā)生，這種關系叫做“或”邏輯關系。只要輸入中有一個為高電平時（邏輯1），輸出就為高電平（邏輯1）；只有當所有的輸入全為低電平時，輸出才為低電平。2 為什么不用二極管搭建或門電路？答：考慮到功耗，噪聲系數(shù)、熱穩(wěn)定性、動態(tài)范圍等原因，在集成電路中我們一般用到的是MOS管來完成電路的集成。所以，