集成电路基础试验cadence反相器设计

1、题目：反相器分析与设计姓名：白进宝学院：微电子与固体电子学院学号:0523签名：/諛二教师签名:摘要CMOS指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电 路制造丄艺，它的特点是低功耗。山于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间 看，要 么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多， 因此功耗很低。本次设计的是反相器，通过电路搭建前仿真，实现其功能。然后进行 版图设计，提取寄生参数后进项后仿真。关键词：CMOS、反相器、低功耗、集成电路版图1、技术指标要求:100um：:大于1GHz:功耗与电源电压、工作速度、负载等诸多因素有关。2

2、、电路搭建工艺库：smiclSmmrf器件参数：CDF ParameterValueDis|)layModd Namenl8offMultipHer1off180n Koff ;Total VAdth220n M.。仃-Finger Width220n ii.Off .i 1FingersonThreshold220n 耳offCDF ParameterVahieDisplayModol Namepl8Multiplier1LetiflWISOn BTotal Width880n KRngerV/ldUi220n «fingersIHircshoki220n «设置NMOS

3、与PMOS宽长比。电路结构:I l_w=880il:180n milCLC-mIINMI yrrnl8rr w:220n I 0- l:180nTm:l厂hn1NM2 "rd刘v八:220n1L.0-J l:180n1 皿：1 1、w二B80ii1:180口m: 1如图，电路结构。有两级反相器组成，第二级为负载，因为在实际电路中电路 都是带载的。250200-1505000.52 0-50.00010 dC(V)50. 0-1-50. 0H-L00H-L50H-2 OOH-25O-F0.0分别作NMOS和PMOS的直流输岀特性曲线，NMOS的阈值电圧大约为左右, PMOS的阈值电压大

4、约为左右。3、仿真(i)进行直流传输特性仿真分析U5是山于降低的电压，从而使特性变好。继续降低电源电压为IV后，特性更好。但 是当降到200mV时，特性反而变差。这是山于当电压降到接近于阈值电压或更 低 时，管子无法导通，性能变差。（2）瞬态特性分析瞬态特性分析，反相器实现非门的功能。将时间轴拉长，可以看到当输出反向时，存在一个过冲现象，这是山于栅漏 电 容造成。（3）工作频率分析 IOa>040CO（上图为反相器没有带负载的情况下测岀的下降时间，下图为带一个反相器测出 的下降时间。从而我们可以得出电路的扇岀越多，性能越差，所以在数字电路中， 我们尽量将扇岀控制在4以内。更多的扇出将通过

5、组合电路多级实现。山图可得上升时间为，下降时间为。工作频率二1/ （2Xmax （上升时间，下降时间）二17GHz（4）功耗分析如以上两幅图，分别在电源电压5V和2V的情况下动态电流分析。5V时电流 峰值为1mA左右，2V时电流峰值为300uA左右。4、版图版图设计是将模拟优化后的电路转化成一系列儿何图形，这些儿何图形包含了 集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关元件的物理信息。如图为在cadence版图软件中绘制的反相器的版图。面积为20umX 10um=200um：5、后仿真2.W 31SQOICOtirro 心）ISO以上两幅图为后仿真的交流仿真图。山图可得上升时间为，下降时间为。工作频率

6、二1/ (2Xmax (上升时间，下降时间)显然画出版图提取寄 生参数后性能变差，工作频率变小。左图为前仿真的直流输出特性曲线，右图为后仿真的直流输出特性曲线，通 过 对比可以看出，两者区别不大。6. 对比技术指标完成情况(1) 工作速度。前仿真的速度为17GNz,后仿真的速度为6GHz,设计指标 为 IGNzo(2) 面积。版图的面积为200un) S设计指标为1 OOuml与设计指标有一 定差距。(3) 功耗。降低电源电压可以降低功耗，通过以上仿真可以看出电压由3V 变为2V后动态电流也急剧下降。减小输入信号的上升下降时间也可以降低功耗。7、总结本次设计大反相器部分指标达到了设计要求，部分没有达到设计要求。(1) 在直流传输特性分析中减小电压能一定程度上提高性能。但是当降到 200mV时，特性反而变差。这是山于当电压降到接近于阈值电压或更低时，管子 无法导通，性能变差C(2) 在进行动态仿真时，当输出反向时，存在一个过冲现象，这是由于栅漏电容 造成，是山于器件本身的寄生参数造成的。在降低电压的同时这个过冲现象 就会越 来越明显。(3) 进行直流传输特性仿真分析时，降低电压从而使特性变好。继续降低电 源 电压为IV后，特性更好。但是当降到200mV时，特性反而变差。从NMOS和PMOS的 直流输出特性曲线看出NMOS的阈值电压大