CMOS二输入与非门设计

1、MOS 管集成电路设计期中论文 CMOS 二输入与非门设计 日期： 2015年 5月 21日 1 目录 一电路设计 1.1与非门基础 3 1.2 CMOS二输入与非门4 二版图设计 2.1 LASI7软件介绍5 2.2版图设计过程5 三规则检查8 四 LTspice 仿真10 4.1电路仿真分析软件简介10 4.2 LTspice仿真过程11 五总结15 六参考文献15 摘要 MOS（Metal-Oxide-Semiconductor ）晶体管是一种金属 - 氧化物 半导体硅场效应管，分为PMO管和NMO管两种，由NMO和PMOS共 同构成的电路即为CMO电路。和传统的TTL电路相比，MOSH

2、成电 路具有功耗较低，速度较快，输入阻抗高，热稳定性好等优点，因而 在目前有着广泛的应有，可以预见的是， MOS集成电路代替TTL电路 已是大势所趋。 与非门是一种数字电路的基本逻辑电路， 可以看做是与门与非门 的结合，若当输入均为高电平（ 1），则输出为低电平（ 0）；若输入中 至少有一个为低电平（ 0），则输出为高电平（ 1），在数字电路中有着 非常重要的作用。 本设计旨在采用CMO设计一个二输入的与非门，根据需要，它 由两个PMO（M3和M4和两个 NMO（M1和M2构成。其中，两个 PMO作为上拉管，两个NMO作为下拉管，两个输入信号 A和B分别 加在两对互补的NMO管和PMO管的栅极

3、上，输出从他们的漏极引出。 设计完之后，用 LASI7 软件画出版图并进行规则检查。 关键词： CMO、S 与非门、逻辑电路、 LASI7 一电路设计 1.1与非门基础 与非门是数字电路中一种重要的逻辑电路， 本设计设计的是二输 入与非门，它有两个输入端和一个输出端，当输入均为高电平，输出 为低电平；若输入中至少有一个为低电平，贝揃出为高电平，其逻辑 符号如图1所示 图1二输入与非门逻辑符号 由于有两个输入，所以真值表中它的组合共有 4种形式，如表1 所示 A B F 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 表1二输入与非门真值表 1.2 CMOS二输入与非门 二输入与非门的下拉管由串

4、联的 NMOST M1和M2组成，上拉管 则由并联的PMO管的M3和M4构成。两个输入信号A和B分别加在 两对互补的NMO管和PMOST的栅极上，输出从他们的漏极引出。 当两个输入端A和B窦唯高电平时，两只 NMO下拉管M1和M2 都导通，而两只PMOSb拉管M3和M4都截止，电源Vdd和地之间没有 电流通路形成，输出被导通的 NMO下拉管拉倒低电平0,则输出为 低电平；只要两个输入端有低电平输入，其对应的PMOSt拉管导通， 但NMO下拉管截止，电源Vdd到地之间没有电流通路形成，输出被导 通的上拉管拉到Vd即输出高电平。与真值表相对照，发现该电路实 现了二输入与非门的功能。用 Multis

5、im画出电路设计如图2所示 图2 CMOSX输入与非门 二 版图设计 2.1 LASI7 软件介绍 LASIS是一个通用的IC布线和设计系统。LASI可以用于各种电 路的设计和布线， LASI 的图形功能很强，能够输入原理图并对其进 行分析。 LASI 由一个主要的画图主程序和几个工具程序组成。包括 GDS CIF、DXF格式转换工具、位图格式的设计规则检查工具和一个 能从原理图提取SPICE文件的图形化的SHPICE编译器。LASI在80 年代中被作者用来在MS-DO下作为自己设计IC的软件，后来作者开 发了 WINDOWS的LASI。LASI本身不支持SPICE仿真，但是LASI能 够与现

6、有很好的SPICE仿真工具集成。另外，LASI作为一个开放式 的项目，相关的电路资源十分丰富。 2.2 版图设计过程 完成了电路原理图设计之后， 需要用 LASI7 进行版图的设计。 打 开 LASI7 之后，首先要对各层属性进行设计，点击 Attr 按钮，在弹 出的对话框中即可进行相关层属性的设置。如图 3 所示 6 Layer Attributes Attribute! Tabte 1 |y|ARRW OTLN 5CHW NTXT _ CTXT Dixr _|PTXT J CONT E PADS 囲 PWEL 41 NWEL 4? 匚 AC7V 43 PSEL 44 NSEL 45 0PO

7、L1 46 E MET1 49 1 V1A1 MFR OVGL 卩0L2 PEAS CWEL 二 V1A2 _MET3 生 32 33 開 37 35 罰 5or Fyv)mTmrT)ncviv)rvr 目回罔園頤叼 BcocnciJcmDciJczicn垄画畐區n Dash _QJ B 0K CS 页 CZ) 图3 Attr 界面 本设计对板层属性的设置如表 2所示 Layer Color Fill Dash CONT A 13 0 NWEL W 0 3 NSEL G 0 0 PSEL Y 0 0 POLI R 7 0 MET1 B 9 0 ACTV G 3 0 表2板层属性设置 接下来设置

8、栅格属性，打开 Cnfg对话框进行设置，如图4所示 Cng (Dra ng Corf gLraTjorQ| Draw Resabiion 1 WO Conwnor FLC Felder Cell ResaLTioi 敏 Shial Cell Outkre5dld呼 Drts、Hde Opticme | Ude lODtiaE I.fee- TeiToobar | De niter op Todber Lkt d Cgfriinanc Mwu | Lock Wxtow Fra |TjndfSihell Adi禅 Madk |J| Snown Ml rrpert Oriy Nw Layier Nl

9、fiImis I Lnyc Descrndng L| Jhdup Sef* Savrig Cdl |严屯k InCXI ll 03 低 Vflieri Ckvslro Wrttt OdTLCFomat I I Tjm cn Whs Mooetoc Ltila |TrnonrRdU i Cikz? Sd /ai | Tm eff Tcgge Redr J _h- Siandard Meesae Bcm Working订片容 ifroo? 0.5 Da Side Edkre 图4 Cnfg设置 在设置完成之后，先新建一个cell，命名为NMO,采用N掺杂， 在该cell中画出NMO,如图5所示。在

10、新建cell，命名为PMOS 采用P掺杂，N阱工艺画出PMOS如图6所示 图5 NMOS版图 图6 PMOS版图 7 在画好了 NMO$口 PMO之后，再新建一个cell，调出NMO和PMOS 画出最终需要的CMO二输入与非门。其中，电源部分采用N阱工艺, 同时加入N掺杂，GN部分采用P掺杂。如图7所示 图7 CMOSX输入与非门 三规则检查 在设计好了版图之后，需要对相关的规则的进行检查。点击 System-LasiDrc-Setup-Browse，将规则导入，如图 8所示，点击“0K。 16 图8规则导入 导入完成后点击Go即开始检查，结果如图9和图10所示 Sc alih rilg Ar

11、 rm 图9规则检查过程 La s i Dru DRC Completed . 0 Total Maps Total Run Time: OhrQrin-feec Yes No Cancel 图10规则检查结果 从检查结果可以看出，本设计没有错误 四LTspice 仿真 4.1电路仿真分析软件简介 电路仿真(simulation )分析软件很多，有用于模拟电路的、有 用于数字电路的、有既可以用于数字电路也可以用于模拟电路的，而 且在这些软件中，有的功能非常强大，用户使用起来很方便、并且容 易入手，而有些就要逊色多了，用户可以根据实际情况选择适合的。 LTspice是集成电路仿真分析软件其中之一

12、，它是一个可视化的图形 输入电路仿真软件，在win dows操作系统下运行。Linear Tech no logy 公司是一家大型的美国电子元器件制造商，它生产各种各样电子元器 件，有模拟电路元器件、有数字电路元器件等等。 Lin ear Tech no logy Corporati on 的 LTspice/SwitcherCAD 是一 款免费易用强大无限制的电路图编辑和仿真工具。有spice netlist 导出功能(也可以导出标准spice之外的其他软件的网表格式)，方 便配合其它仿真工具。 4.2 LTspice 仿真过程 首先打开LTspice，新建一个原理图界面，找到相关的元器件画

13、 出二输入与非门的原理图，如图11所示。同时，需要设计 PMO番口 NMO的相关参数，这里讲 PMOS口 NMOS勺长宽都设为0.18卩，如图 12、13所示 M3 PMOS PMOS NMOS 1 M2 _, I 图11二输入与非门电路原理图 图12 PMOS参数设定 图13 NMOS参数设定 接下来新建一个符号界面，对电路原理图进行封装，如图 14所 示。这里需要注意符号文件保存的名称要和原理图一致， 否则仿真时 软件将因为找不到底层文件而不能运行。 图14符号界面封装图 最后要给封装好的模块添加信号源。 新建一个原理图，找到封装 模型，加入信号源。设置相关的输入信号，仿真类型为仿真做准备

14、。 如图15所示 V1 Fy 5v R se*r1 .(ran 0 12m 0 OJm V2 ) PULSEfO 5 0 0 0 1m 4m 3) avdd F B VS ) PULSE(D 5 0 0 0 3m 4m 3) 图15仿真原理图 完成了以上内容之后就可以进行仿真验证了。在这里，输入信号 A是一个幅值为5V,周期为4ms,脉冲宽度为1ms上升时间和下降 时间都为0的方波，如图16所示；输入信号E是一个幅值为5V, 周期为4 ms脉冲宽度为3 ms上升周期和下降周期都为0的方波, 如图17所示。并对它们选用3个周期进行仿真验证。 图17信号A波形图 b.OV 45彳 43- 3.SV

15、- 3.0V- *胡 .5v- l.OV 0.5V-I 3i r rtrrr r n r Oms Ims Zms 3ms 4 ms5 msbms fms tims 9ms 1 Oms 11 ms 图18信号B波形图 从中可以看出，虽然上升时间和下降时间以及延时时间都设为了 0,但波形还是出现了明显地瑕疵。 点击F之后观察输出信号如图19所示。 图19输出波形图 从表1可以知道，与非门只有当输入信号都为1时输出才为0, 其它组合下输出都为0,对比图17,18,19可以发现，仿真得到的结 果与理论分析是吻合的。 第一章 总 论 错 误！ 一、项目概述 错 误！ 二、可行性研究报告编制依据和范围 .

16、 错 误！ 三、项目主要经济技术指标 错 误！ 四、* 国家森林公园概况 错 误！ 第二章 项目背景及必要性 错 误！ 一、项目背景 错 误！ 二、项目建设的必要性与可行性 . 错 误！ 第三章 项目选址分析 错 误！ 一、项目选址 错 误！ 二、项目城市概况 错 误！ 三、经济发展概况 错 误！ 四、公共设施依托条件及施工条件 . 错 误！ 第四章 需求分析与建设规模 错 误！ 一、* 国家森林公园现状与存在问题分析 错 误！ 二、* 国家森林公园日容量预测 . 错误！ 三、* 国家森林公园景区厕所需求面积分析 错 误！ 四、* 国家森林公园景区厕所建设规模的确定 错 误！ 第五章 项目建设

17、方案 错 误！ 一、景区厕所工程建设方案 错 误！ 二、景区引水上山工程建设方案 . 错 误！ 三、基础设施工程建设方案 错 误！ 第六章 环境保护与劳动卫生安全 . 错误！ 一、环境保护 错 误！ 二、劳动卫生与安全 错 误！ 第七章 节约能源 错 误！ 一、节能的相关法律及设计规范 . 错 误！ 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 未定义书签 未定义书签。 未定义书签。 二、节约资源措施 错 误！ 第八章 项目实施进度与