tanner设计报告

1、理学院<<CAD集成电路设计>>论文学生姓名： 陆艳明 学 号： 0907010047 指导教师： 周章渝 专业班级： _电技091 _ 时 间 ： 2012年1月18日 TANNER环境中CMOS反相器的设计一、设计综述 、反相器的定义：反相器（英语：Inverter）也称非门（英语：NOT gate），是数字逻辑中实现逻辑非的逻辑门。 这种功能代表了数字电路中理想开关表现的假定，但是在实际的反相器设计中，元件有其需要特别关注的电气特性。实际上，CMOS反相器的非理想过渡区表现使其能在模拟电路中用作A类功率放大器。真值表和符号表示如下： 、反相器的实现电路： NMOS

2、反相器、 PMOS反相器、 TTL反相器、 CMOS 饱和负载数字反相器、 三极管反相器、 开关实现的反相器。反相器电路输出电压所代表的逻辑电平与输入相反。反相器可以仅用一个NMOS晶体管或一个PMOS连接一个电阻来构建。因为这种“阻性漏极”方式只需要使用一种类型的晶体管，其制造成本非常小。不过，由於电流以两种状态之一流过电阻，这种阻性漏极配置有功耗和状态改变的处理速率问题。另外，反相器可以用两个互补晶体管配置成CMOS反相器。这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两个晶体管中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高，因为与NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的电阻相

3、对较低。反相器也可以电阻晶体管逻辑（RTL）或晶体管晶体管逻辑（TTL）使用三极管（BJT）构建。、反相器的性能：反相器性能常用表示输入-输出电压关系的电压传输特性曲线（VTC）来测定。曲线图能反映出元件的参数，包括噪声容限、增益和操作逻辑电平，反相器理想化的电压传输特性曲线是单位阶跃函数，这表明反相器能在高电平和低电平间无延迟精确的翻转，但在实际元件中，曲线存在过渡区。曲线表明若输入为低电压，则输出为高电压；若输入为高电压，则输出电压逐渐接近0V。过渡区的斜率是性能测量的指标，过渡区越陡峭，即斜率越大，性能越好，若斜率接近无穷，则电路能在高电平和低电平间精确翻转，反相器就是理想的。噪声容限可

4、以通过每一工作区中的最大输出电压VOH和最小输入电压VIL的比值来测定。输出电压VOH可以在级联多个元件时测定信号驱动强度。、反相器展望：现代社会是高速发展的社会，特别是电子通讯和无线控制领域对反相器的需求会更增多，移动通讯已经和我们离不开了，信息的快慢取决于接受和处理信息快慢的能力问题，同时也面临着更多信号干扰问题，反相器以其对信号放大和延时信号传输时间，提高抗干扰能力及加大驱动负载能力一定会被社会看好，现在最被人们看好的发展项目之一就是物联网，各种电器都连在一起可以通过手机和网络随意控制其工作状态。电器的开与关不就是二进制中的1和0的状态切换问题，要实现这种功能，不就要用到各种的反相器嘛。

5、可想而知，反相器的需求有多大！反相器的发展前景是多么的乐观！发展前景一片光明。、设计流程： 首先用TANNER的S-Edit编辑cmos反相器电路用T-Spice来对电路进行模拟分析（瞬时分析、时间分析、直流分析）用L-Edit编辑版图（重点）设计总结 二、软件介绍：Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS。S-Edit 是一个电路图编辑的环境，T-Spice 是电路模拟与分析的工具，W-Edit用来显示T-Sp

6、ice的摸拟结果，L-Edit 是一个布局图的编辑环境，LVS 是一个用来比较布局图与电路图所描述的电路是否相同的工具，亦即比较 S-Edit 绘制的电路图与 L-Edit 绘制的布局图是否一致。从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。 L-Edit Pro是Tanner EDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块，具有高效率，交互式等特点，强大而且完善的功能包括从IC设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。L-Edit Pro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系

7、统(Standard Cell Place & Route)、线上设计规则检查器（DRC）、组件特性提取器（Device Extractor）、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、CMOS Library、Marco Library，这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决方案。L-Edit Pro丰富完善的功能为每个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。Tanner Pro的设计流程可以用下图来表示。将要设计的电路先以 S 一Edit 编辑出电 路图，再将该电路图输出成 SPICE文件。接着利用 T 一Spice 将电路图模拟并输出成 SPICE 文件，如

8、果模拟结果有错误，N 回 S-Edit 检查电路图，如果 T 一 Spice 模拟结果无误，则以 L 一Edit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一Spice 模拟，若有错误，再回到 L一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 一Edit 或 S 一 Edit 的图。直到验证无误后，将 L 一 Edit 设计好的布局图输出成 GDSII文

9、件类型，再交由工厂去制作半导体过程中需要的的光罩。三、设计内容： 一、用S 一Edit 编辑电路图： 1、打开S 一Edit窗口2、改变面板颜色分析：把背景色改成了白色，前景色成黑色，选定的颜色成红色等。改变颜色的面板如下；3、编辑CMOS电路图说明；把一个pmos和nmos管串联起来，再接电源和接地就成了一个静态的Cmos反相器。4、把电路图画成符号形势4、输出成SPICE文件并在T-Spice中打开转好的文件编辑电路图完成。二、用T-Spice对电路分析、瞬时分析 1，加入工作电源和信号源：确定inv 模块在电路设计模式，选择Module-Symbol Browser 命令，打开 Symb

10、ol Browser 对话框，在Library 列表框中选择spice 组件库，其内含模 块出现在 Modules 列表框中，其中有很多种电压源符号，选取直流电压源 Source_v _dc 作为此电路的工作电压源 ，加入输入信号：选择Module-Symbol Browser 命令，打开 Symbol Browser 对话框，选取脉冲电压源.Source_v_pulse 作为反相器输入信号，将脉冲电Source_v_pulse 符号的(+)端接输入端口IN，将脉冲电压源Source_v_pulse 符号的负(一)端接 Gnd，如图 所示 2、对模块重命名后并输出成SPICE文件。3、在T-S

11、pice 软件中打开并设置模拟参数；说明：引用了T-Spice 模型中1.25um 的CMOS 流程组件模型文件“m12_125.md。并设定模拟时间间隔设定为 1ns，总模拟时间则为 400ns。设定观察瞬时分析结果是要观察的是输入节点IN 与输出节点OUT 的电压模拟结果。模拟成功，结果如下说明：有三行分别为瞬时分析结果的输出格式为第一行列出时间，第二行与第三行分别列出各时间对应的节点电压值v(IN)与v(OUT) 。由图看出，当v(IN)为0v是输出时v(OUT)为5v，符合反相器的功能。分析：上面的曲线为输出电压对时间的图，下面的曲线为输入电压对时间的图。由图看出，输入和输出的最高电压

12、为5v,与上面的模拟结果不太一样，时间 10 一 110ns 的输入数据为1，反相结果应为0, 即代表v(OUT)=0 。从模拟结果来看，时间 10-110ns 的输出电压结果是正确的。时间120-200ns 的输入数据为0, 反相结果应为 1， 即代表v (OUT)=1 。从模拟结果来看，时间 120-200ns 的输出电压结果是正确的。还是表现出了反相器的特性，延迟时间大概为10ns,信号周期为200ns。、时间分析 1、设置分析系数说明：设定当信号v(OUT)的第二个下降波形从4.5V 时开始计算，(OUT)的第二个下降波形的下降时间计算的截止处为0.5V。引用了T-Spice 模型中1

13、.25um 的CMOS 流程组件模型文件“m12_125.md。并设定模拟时间间隔设定为 1ns，总模拟时间则为 400ns。设定观察瞬时分析结果是要观察的是输入节点IN 与输出节点OUT 的电压模拟结果。2、模拟成功结果如下：结果分析：Trigger 的时间在2.0342e-007s, Target时间2.0507e-007s, 其间的差即下降时间Falltime 为 1.6538e-009s。波形分析和瞬时分析一样。、反相器直流分析 1、直流分析首先要把电路的信号源换成直流电源；说明：把原来的信号源换成了5v的直流源。其他都不变。2、为了方便区分两个电源，就把两个电源重新负值一下；说明：把

14、原来的接入输入端的电源的幅值下降到1伏了，把原来的vdd端改成了vvdd端了2、对模块重命名后并输出成SPICE文件并在在T-Spice 软件中打开并设置模拟参数。 说明：引用了T-Spice 模型中1.25um 的CMOS 流程组件模型文件“m12_125.md。说明：设置好了模拟输入电压vin 从0V 变动到 5V 时，输出电压对应于输入电压变动的情况说明：设定观察瞬时分析结果是要观察的是输出节点OUT 的电压模拟结果。3、模拟成功，结果如下结果分析：直流分析就是观察输入电压和输出电压的线性关系，图中纵坐标为输出电压，横坐标为输入电压，按照反相器性能常用表输入-输出电压关系的电压传输特性曲

15、线可以看出，本实验的下降沿为1v,与传输特性曲线基本一致下降的过程中有所不同，设计结果中下降基本为三个阶段，从1v到2v下降非常缓慢，2v到2.5v就急速下降，之后又缓慢的下降，下降停止电比理想的靠后了0.5v左右。究其原因主要是在设计之时没有考虑到器件的误差过大的放长了导线；还有就是在设一些参数的时候，没有完全设置好，只是大致设置好了一些，其他的就不设置了。还有其他的延迟因素还分不出来。从图中我得出反相器的输出电压和输入电压成负相关关系。结果符合反相的性质。四、版图设计 1、画pmos版图 版图参数设定；、画图说明：这里开始怎么也找不出错误了，但要接着往下做就好了！Pmos版图设计完成，软件

16、检查通过没有错误。2、画nmos版图nmos版图设计完成，软件检查通过没有错误.截面如下：2、画cmos反相器整体版图、取代设定：、复制，nmos和pmos版图；打开刚才的文件，利用菜单上的“cell”下的copy命令来实现nmos和pmos cell.、引用nmos和pmos版图:通过“cell”下的instance来实现引用刚才复制来的nmos和pmos cell。 、创建pmos基板节点；方法同pmos版图一样、创建nmos基板节点；方法同上 说明：版图没有错误，通过软件检查截面观察如上图、引用nmos基板节点和pmos基板节点:方法和引用nmos和pmos版图一样。、极点连接：通过画相

17、同图层来把nmos和pmos按照电路的连接方式来把两个极点连接起来；、绘制电源线；画两条Metal1做电源和接地端。、设计入输入端口；、把入输入端口一移到组合电路中，在设计out端口。就组成完整的反相器版图；将反相器布局图成果转化成T-Spice 文件。并运行T-Spice. 12、模拟参数设置13、模拟结果结果分析：由上图看出下边黄色曲线为输入信号，上面绿色的曲线为输出信号，我们看出输出基本和输入信号相反，但输出信号的变化没有和输入的变化不同，就是有点延迟：究其原因，从版图中我们看出，mos之间的距离有点元，各层的大小也没用统一，更何况哟偶一段还是弯的，这些都无形之中增加了电路的延迟。还有图

18、中看出整个电路的结果和用S-Edit画的电路的分析结果一致。我们可以得出结论：设计的东西在生产过程中由于各种因素难免会造成一些误差，所以在做较大设计的时候必须要做版图设计分析，这样能较少的减少造成的不必要的损失，误差虽然不能避免，但我们通过版图分析后，我们在生产中多注意那些误差因素，减少了浪费。五、设计总结 本次试验是我第一次接触这个软件，可以说是边学边做，但通过两天的学习，觉得自己也学到了许多东西：、作为设计主体的5个软件，基本都掌握了其功能和设计要求：、通过这次设计，我学会了做事要细心和耐心：特别是在版图设计时，有时一连串的图层要一起画，开始觉得没有什么错误，但进行检查时，可能就一个错误就照成许多一连串的错误，要耐心的回来检查，所以画图时要格外细心，检查时要特别小心。、要勇于探究，但也要步步为营；我深刻记得在话pmos版图时，开始只是拘于书上的步骤和