主从RS触发器资料

1、课程设计任务书学生姓名：王志强专业班级： 电子1101班指导教师：刘金根工作单位：信息工程学院题 目:主从RS触发器电路设计初始条件：计算机、ORCAD软件、L-EDIT软件要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习ORCAD软件、L-EDIT软件。（2）设计一个CMOS四输入与非门电路。（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规范要求撰写设计报 告书。全文用A4纸打印，图纸

2、应符合绘图规范。时间安排：布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格 式的要求；课程设计答疑事项。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。对主从RS触发器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名:系主任（或责任教师）签名:目录摘要11绪论2.2设计内容及要求3.2.1设计的目的及主要任务 3.2.2设计思想3.3软件介绍4.3.1 OrCAD 简介4.3.2 L-Edit 简介5.4主从RS触发器电路介绍 6.4.1主从RS触发器的组成 6.4.2主从RS触发器电路真值表 7.5 Cade

3、 nee中主从RS触发器电路的设计 8.5.1主从RS电路原理图的绘制 8.5.2主从RS触发器电路的仿真 9.6 L-EDIT中主从RS触发器电路版图的设计 1.16.1版图设计的基本知识116.2与非门的绘制126.3主从RS触发器版图设计 147课程设计总结1.5参考文献1.6摘要主从RS触发器由两个同样的同步 RS触发器组成，本文详细介绍了主从RS触发器电 路设计仿真及版图布局设计验证。通过正向设计的思想从逻辑设计、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：主从

4、RS触发器、TSPICE1绪论集成电路工艺加工能力基本是按照摩尔定律的规则不断提高的，目前90nm加工工艺已经成为量产的主流工艺。集成电路加工能力每年的平均增长率可以达到58%,但设计方面生产力的提高与制造能力之间一直存在差距，根据统计数据，集成电路设计效率每年 的增长率约为21%，与加工能力的增长率之间存在着较大的差距。为了能有效利用制造能 力，需要从各个层面来提高设计效率。从历史上看，集成电路设计技术大约每10年都会有一次方法学上的突破。二十世纪70年代开始出现了版图输入（LE）技术，发展到二十世纪80年代出现了布局布线（P&R） 技术，再发展到二十世纪90年代的综合（Synthe

5、sis）技术 直到目前的SoC设计技术，每 次技术突破都带来了设计效率上的飞跃，这种影响如图2所示。同时，集成电路工艺水平已越来越受到半导体器件的物理限制，从而带来了许多新的器件结构、新工艺和新材料的极限，加工线宽不断缩减也产生了很多寄生效应问题。这种变化对设计技术的影响是 多方面的，它不仅使得集成电路的特征尺寸减少，同时也使工作时钟频率升高，设计复杂度变高，电源电压降低，功耗变大，而且很多过去可以不关心的寄生效应和参数等已经 成为现代设计中必须处理的因素。为了保证设计技术能够跟上制造工艺发展的需要，必须 从多个方面入手来研究新工艺条件下的设计技术问题。未来的集成电路设计过程中要考虑的因素越来

6、越多，而且这些因素之间相互影响，很多情况下所使用的设计步骤和工具、设计流程等是紧密相关的。在过去的设计过程中， 综合、时序分析和部分布局的工作是结合在一起的，以便解决布局对综合和连线延迟的 影响。目前采用的设计流程中通过对模块进行分析和优化来保证芯片可以满足多种指标要 求，包括性能、功耗、噪声、面积以及可测性和可制造性等；在将来的设计流程中，对设计要实现的软件/硬件部分需要进行协同分析、协同设计与协同优化等，以便达到要求的 性能指标。这对设计方法、工具、流程等都提出了新的挑战，需要以新的方法来解决实际 问题。集成电路系统的设计更多的是体现在设计方法学上，而不是设计工具的支持上。CMOS集成电路

7、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。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）设计一个主从RS触发器电路。（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设计思想本设计首先在ORCAD中进行主从R

8、S触发器电路电路图的绘制，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。Cade nee 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P

9、CB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 Ca

10、pture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

11、设计等等功能，它的元器件库也是所有 EDA软件中最丰富的，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-Ed

12、it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主从RS触发器电路介绍4.1主从RS触发器的组成主从RS触发器由两个同样的同步RS触发器组成。

13、其中一个同步RS触发器接受输入 信号，其状态直接由输入信号决定，称为“主触发器”，主触发器的输出和另一个同步 RS 触发器的输入连接，该触发器为从触发器，其状态由主触发器的状态决定。两个同步RS触发器的时钟信号反相，主从 RS触发器的逻辑图如下图1所示。图1主从RS触发器逻辑图4.2主从RS触发器电路真值表在CP=O时，主触发器被封锁、从触发器被打开，主触发器的状态决定从触发器的状 态。由于CP=O,主触发器被封锁，所以R、S信号变化不能直接影响到输出。在 CP=1时, 主触发器打开、从触发器被封锁，Q维持不变，R、S信号决定主触发器的状态。因此无论 CP为高还是为低，主、从触发器总是一个打开

14、，另一个被封锁，R、S状态的改变不能直接影响输出状态，从而解决了空翻现象。CPsRQnQn+tXXx八X十0000 o011一厂010 0011010011011r11n111定图2 主从RS触发器真值表5 Cade nee中主从RS触发器电路的设计5.1主从RS电路原理图的绘制CaptureCIS的Project用来管理相关文件及属性。在菜单栏中选择 file>new>Project， 进行原理图设计时，选中 “Schematic”在“Name中输入工程名称，在 “Location中填写工 程所在的路径。填写完成后点击确定，Capture就会自动生产该工程的原理图文件目录。同时，

15、Capture会自动创建*.dsn、*.opj等相关文件。接下来，点击进入Schematic窗口，进行原理图绘制， 其编辑窗口如下图3所示：:血“匹宣f_ LA丄匸二巴怙 OwBgji E1；To由* Ik* Q Mdlpiri hLicr* Akhhwl Cfrtcnt Wdhw Ndp-图3 Cade nee的原理图编辑窗口吋 Fit i_xateMi 亡USls*甲加pi?N*EcatHFM« 百 6EHtjpOgD 亡*lT 注 G&CljArfr ni点击工具箱的元器件按钮，使其选中，再点击对象选择器左边中间的置P按钮，出现Pick Devices”对话框，在元器件

16、库中选择需要的合适元器件摆好后，接下来进行线路连接，完成原理图的绘制，绘制好的原理图如下图4所示：图4主从RS触发器电路原理图5.2主从RS触发器电路的仿真完成主从RS触发器原理图的绘制后，下面进行电路的仿真测试，观察电路的输出的 波形如下图6所示:图5仿真波形图武汉理工大学集成电路课程设计说明书根据主从RS触发器的真值表可知，仿真结果与主从RS触发器真值表结果一致，所 以电路设计正确。6 L-EDIT中主从RS触发器电路版图的设计6.1版图设计的基本知识版图设计是创建工程制图（网表）的精确的物理描述的过程，而这一物理描述遵守由 制造工艺、设计流程以及仿真显示为可行的性能要求所带来的一系列约束

17、。以下是版图设 计步骤：1、首先，市场部通常会详细说明需要开发的产品。2、下一步是规定设计的结构或者行为。电路设计工程师规定芯片的结构来满足市场 和/或 IDEA功能需求。3、系统仿真由一组工程师完成。这组工程师会对将要集成在最终芯片中的各个单独 模块进行定义和验证。4、电路设计组完成所有的数字和模拟仿真，来验证电路的方案和门的连通性，以及 门的尺寸（为了满足时序规范）。这些组需要和版图设计组进行交互，版图设计组会使电 路适合芯片的版图布局。5、版图设计由版图设计工程师完成。他们的工作包括放置多边形，对于所有的模块，利用电路组生成的电路图来实现晶体管、基底连线、连线（使用1至6层金属）等。拿去

18、大规模生产的最终设计是整个芯片的版图。6、在第一块晶圆制造出来后，测试工程师组就要开始尝试测试芯片，首先，他们将 检查工艺参数是否在可以接受的允许误差范围内。下一步是使用工程测试仪来测试芯片， 以便于找出所有的违规，并尝试在现场解决这些问题。7、在改正所有的错误（工艺上的和/或逻辑上的）后，芯片就要开始批量生产并流入市 场。版图设计得好坏，其功能正确与否，必须通过验证工具才能确定。版图的验证通常包 括三大部分：设计规则检查（DRC）、电学规则检查（ERC）和版图与电路图对照（LVS）。只有 通过版图验证的芯片设计才进行制版和工艺流片。根据错误报告的提示，修改版图的步骤为：（1）将错误文件导入V

19、irtuoso界面。（2）找到错误层，根据错误提示进行修改。（3）更新gds II,编译规则文件,进行DRC验证,重复上述（1） , （2）操作,直至版图完全通过DRC验证整套的标准单元库包括版图库、 符号库、电路逻辑库等。包含了组合逻辑、时序逻辑、 功能单元和特殊类型单元。是集成电路芯片后端设计过程中的基础部分。一般每个工艺厂 商在每个工艺下都会提供相应的标准单元。标准单元库的设计主要包括电路设计和版图设计记忆文档的提取。其中电路设计环节 要确定库容量的确定和时序曲线的优化，在这一设计中要最终确定所需的单元类型和驱动 能力，电路设计完毕后进行版图的设计，往往通过全定制的人工设计进行。不过也有

20、一些 自动化的工具进行，如 CELLERITY和CLIP。6.2与非门的绘制按照上述步骤在L-EDIT中分别绘制与非门、非门逻辑单元，绘制完成的逻辑门电路 如下图7、8所示：图7与非门逻辑单元图8非门逻辑单元在完成NMOS、PMOS基本结构单元的绘制后，需要分别对两结构单元进行电器规则的检查，在检查无误后才能调用到整体的电路设计中，如果电气规则检查有错误，必须根据错误提示对其进行修改,电器规则检查如下图 9所示：图9电气规则检查6.3主从RS触发器版图设计完成与非门和非门逻辑单元的绘制后，下面进行主从RS触发器版图设计，可以直接调用与非门和非门逻辑单元，然后完成器件的布局与线路的连接，得到完成后的版图如下图10所示：图10主从RS触发器版图对比主从RS触发器电路原理图下图11所示：图11主从RS触发器电路原理图7课程设计总结通过这次Cade nee L-edit软件的训练，我已经初步的掌握了 Cade nee L-edit软件的 基本操作方法，并能够独立的运用这设计原理图及版图，我想这对我今后学习或者工作大 有裨益，今后，我要更多的运用该软件，达到熟练掌握的目的，在我们锻炼动手能力的同 时，学到更多的有关专业知识。这次版图设计我做的是用与非门和非门完成主从RS触发器的设计。在我做集成电路版图设计过程中的困难之一是分不清楚集成器件的工艺层次结构