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1、盐城工学院20152016 学年第 1 学期集成电路课程设计报告题目：基于 CMOS 的非门异或门电路设计姓 名： 陈胜 学 号： 1210705102 班 级： B 电科 121 学 院： 信息工程学院 教 师： 高直 目 录摘要 .1Abstract.11. 设计要求 .22. 设计原理 .23. 设计思路 .33.1 非门电路 .33.2 异或门电路 .43.3 时间计划 .44. 非门异或门电路设计 .54.1 原理图设计 .54.2 仿真分析 .65. 版图设计 .85.1 PMOS管版图设计 .85.2 NMOS管版图设计 .105.3非门异或门的版图设计 .105.4总版图 DR
2、C检查 .126. 心得体会 .147. 课程设计总结 .148. 参考文献 .15附录： .161. 非门电路原理图 .162. 异或门电路原理图 .163. NMOS管版图 .174. PMOS管版图 .175. 非门电路版图 .186. 异或门电路版图 .181摘要本文从设计到仿真以及后面的版图制作等主要用到了 Multisim软件和 L-Edit软件等。设计的题目是基于 CMOS的二输入异或门电路，电路设计的思路是使用一个二输入的或非门加一个与或非门来实现二输入异或门的功能，其中电路设计部分用的是 Multisim软件，仿真部分主要做的是时序仿真，后面的版图制作用的是 L-Edit软件
3、，由于版图制作只使用了一个 L-Edit软件，所以版图完成之后只做了一个基本的 DRC检查。 关键词：CMOS 门电路、或非门、与或非门、异或门AbstractIn this paper, from design to production simulation and the back of the map, mainly use the Multisim software and L-Edit software, etc. Design the topic is based on CMOS two exclusive-orgate, circuit design train of thou
4、ght is to use a two input nor gate and an and-or-not gate to realize the input exclusive-or the function of the door, the circuit design part with Multisim software, main do is timing simulation, simulation of the back of the map production using L-Edit software, due to the map making only USES a L
5、- Edit software, so the layout is compled only done a basic DRC check.Keywords: CMOS gate, NOR gate, AND-OR-NOT gate,Exclusive-OR gate21. 设计要求1、要求：用 MOS器件设计非门异或门电路。2、内容：用 Multisim软件进行电路原理图的绘制并仿真。3、用 L-edit软件进行电路板图的制作及 DRC的检查。2. 设计原理非门有一个输入端和一个输出端，输入端为 A，输出端为 Y，当输入 A为高电平时输出 Y为低电平，当输入 A为低电平时输出 Y为高电平，即
6、 Y=Error!。真值表如下：表 2-1 非门真值表A Y0 11 03图 2-1 非门逻辑符号异或门有两个输入端和一个输出端，输入端为 A和 B，输出端为 Y，当输入A为高电平 B为低电平和 A为低电平 B为高电平时输出 Y为高电平，当输入 A为高电平 B为高电平和 A为低电平 B为低电平时输出 Y为低电平，即 Y=AB。真值表如下：表 2-2 异或门真值表也就是说，如果 A、B 两个值不相同，则异或结果为 1。如果 A、B 两个值相同，异或结果为 0。A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 04图 2-2 异或门逻辑符号3. 设计思路3.1 非门电路CMOS非门即反相器是由一个
7、N管和一个 P管组成的，P 管源极接 Vdd,N管源极接 GND，若输入 IN为低电平，则 P管导通，N 管截止，输出 OUT为高电平。若输入 IN为高电平，则 N管导通，P 管截止，输出 OUT为低电平。从而该电路实现了非的逻辑运算，构成了 CMOS反相器。CMOS 反相器的电路图如图 3-1所示。低电平输出特性：当输出为低电平时，即 Vo=VoL时，反相器的 P沟道管截止、N 沟道导通。高电平输出特性：当输出为高电平时，即 Vo=VoH时，反相器的 N沟道管截止、P 沟道导通。5图 3-1 CMOS反相器电路图还有就是 CMOS电路的优点：（1）微功耗。CMOS 电路静态电流很小，约为纳安
8、数量级。（2）抗干扰能力很强。输入噪声容限可达到 VDD/2。（3）电源电压范围宽。多数 CMOS电路可在 318V的电源电压范围内正工作。（4）输入阻抗高。（5）负载能力强。CMOS 电路可以带 50个同类门以上。（6）逻辑摆幅大（低电平 0V，高电平 VDD）。3.2 异或门电路异或门电路图如图 3-2所示。6图 3-2 异或门电路图异或门可用或非门和与或非门实现，电路图中前四个 MOS管组成的是或非门，后四个组成与或非门。其中，或非门是数字逻辑电路中的基本元件，实现逻辑或非功能。有多个输入端，1 个输出端，多输入或非门可由 2输入或非门和反相器构成。只有当两个输入 A和 B为低电平（逻辑
9、 0）时输出为高电平（逻辑 1）。也可以理解为任意输入为高电平（逻辑 1），输出为低电平（逻辑 0）。异或门是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门。有多个输入端、1 个输出端，多输入异或门可由 2输入异或门构成。若两个输入的电平相异，则输出为高电平 1；若两个输入的电平相同，则输出为低电平 0。亦即，如果两个输入不同，则异或门输出高电平。3.3 时间计划2015.11.26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。 2015.11.27-11.30学习 L-Edit软件的功能和使用方法，到图书馆查阅相关资料，复习 Multisim的操作方法和所设计内
10、容的基本理论知识。 2015.12.1-12.3先对非门电路和异或门电路通过 Multisim软件进行设计仿真工作，仿真成功后再用 L-edit软件对非门和异或门电路进行版图设计工作。2015.12.4-12.7完成课程设计报告的撰写。72015.12.8 提交课程设计报告。4. 非门异或门电路设计4.1 原理图设计非门原理图如图 4-1所示。由图可见，反相器由一个 PMOS管和一个 NMOS管组成，PMOS 管源极接+5V的 VDD，漏极和栅极分别接到 NMOS管的漏极和栅极，NMOS 管的源极接地。输入A接两个 MOS管的栅极，输出 Y接两个 MOS管的漏极。另外，为了体现出反相器的反相特
11、性，将输入 A输入一个频率为 1kHz、高电平电压为 5伏的方波。输出 Y接到示波器 B通道上，示波器将反相器作用后的方波信号显示出来。而示波器的 A通道接输入 A，显示的即为输入的方波信号波形。图 4-1 反相器原理图异或门原理图如图 4-2所示。8由图可见，异或门是由或非门和与或非门组成，输入 A和输入 B刚好为或非门的输入端或非门的输出端又作为下一级的输入端，输出 Y为与或非门的输出端。为了体现出异或门的逻辑关系，分别在输入 A和 B上接一个开关和示波器，在输出 Y上也接一个示波器。利用开关控制输入 A和 B的电平高低，示波器可以显示在开关变化时，输入和输出电平之间的逻辑关系。图 4-2 异或门原理图4.2 仿真分析反相器仿真图如图 4-3所示。图中 Y轴上方波形为反相器输出波形，下方波形为反相器输入波形。由图可以看出，输入 A的波形和输出 Y的波形刚好相反。即当输入为高电平时，输出为低电平，输入为低电平时输出为高电平。9图 4-3 反相器仿真图异或门仿真图如图 4-4、图 4-5所示。由图可见，当输入 A为高电平时，输入 B波形与输出波形相反；当输入 B为低电平时，输入 A波形与输出波形一致。也就是说，异或门仿真结果正确。10图 4-4 异或门输入端波形仿真图图 4-5 异或门输出端波形
