CMOS二输入与非门设计.docx

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 日目录一电路设计1.1与非门基础 31.2 CMOS 二输入与非门 4二版图设计2.1 LASI7 软件介绍 52.2版图设计过程 5三规则检查 8四 LTspice 仿真 104.1电路仿真分析软件简介 104.2 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 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所示二输入与非门的下拉管由串联的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 沁即输出高电平。

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Multisim画出电路设计如图2所示N1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 LASILASI本身不支持SPICE仿真，但是LASI能够与现有很好的 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Attribute! Tabte 1■ |y|ARRW 1 二□OTLN□ 5CHW .NTXT _Q CTXT Dixr M [|」PTXTJ 钙CONT■ 25PADS 囲PWEL 41NWEL 4?匚 AC7V 43PSEL 44NSEL 450POL1 46MET1 49■」V1A1怦□ MFR□ OVGL卩0L2PEASCWEL匚二 V1A2■I _MET3fl5152555S59162■ LIVA3■ 一生5 G A ^AEmTMw V.MV卅口匸 □□□□□□卜F][y][v)m[~A~]T~]mrT~) [ncv]iv) rv"]rA~]5or « BcocnCiJODCJIZiC?■垄画畐區 n°KCS CZ) 页 图3 Attr界面本设计对板层属性的设置如表2所示LayerColorFillDashCONTA130NWELW03NSELG00PSEL丫00POLIR70MET1B90ACTVG30表2板层属性设置接下来设置栅格属性，打开Cnfg对话框进行设置，如图4所示Draw Resabiion 1 WOConwnor FLC FelderCell ResaLTioi 敏Shial Cell Outkre 5dld呼 Drts、HdeOpticme|~l Ude lODtiaE"'.fee- Te^Toobar| De n iter ~op Todber□ Lkt d Cgfrii nanc Mwu~~| Lock Wxtow Fra™|TjndfSihell Adi 禅 MadkSnow nMl [rrpert Oriy Nw Layier NlfiImis ILnyZ Descr ndngLA| ■Jhdup Sef* Savrig CdlI 严屯 k In CXIl~~l 03 低 Vflieri Ckvslro□ Wrttt OdTLCFomatU Tjm> cn WHs Mooetoc LtIla |T」 rnonrRdU i Cikz? Sd /ai | T」m eff Tcgge Redr™Worki ng 订片◎容0.50.Da Sideai061100oEdkre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 rm ・ ”图9规则检查过程Lasi DruDRC Completed ...0 Total MapsTotal Run Time: OhrQrin-feec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，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■PMOSPMOSM4图11二输入与非门电路原理图丄7 Monolithic MOSFET - M3 |空旦Modtl H汕杖 P10SL牡城th(L)； 9, ISuIhdthOO: □. 18u Dr

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 如 图 15 所示V2 V1PULSEfO 5 0 0 0 1m 4m 3) 'Fy5vavdd R.(rano 12m 0 ojmFB)SPULSE(D 5 0 0 0 3m 4m 3)图15仿真原理图完成了以上内容。