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1、目 录1 版图设计概要 .12 数据选择器简介 .23 八选一数据选择器的设计 .44 各模块设计 .64.1 五输入与门的设计 .64.2 八输入或门的设计 .84.3 反相器 .104 实验总结 .12参考文献 .13巢湖学院 11 微电子学集成电路 CAD课程设计11 版图设计概要IC（“集成电路”）产业是全球高新技术产业的前沿与核心，是最具活力和挑战性的战略产业。自 2000 年来，在国家政策的大力支持下，我国集成电路产业得到了长足的发展，而作为集成电路产业最前沿的设计业更是呈现出“百花齐放”的繁荣景象,作为产业命脉的 IC 设计人才，在 IC 产业最集中的长三角地区也仅仅只有几千人。
2、所以拥有一定工作经验的设计工程师，据国内知名猎头公司烽火猎聘公司数据显示 IC 已成为人才猎头公司争相角逐的“宠儿”。IC 版图设计是指将前端设计产生的门级网表通过 EDA 设计工具进行布局布线和进行物理验证并最终产生供制造用的 GDSII 数据的过程。其主要工作职责有：芯片物理结构分析、逻辑分析、建立后端设计流程、版图布局布线、版图编辑、版图物理验证、联络代工厂并提交生产数据。作为连接设计与制造的桥梁，合格的版图设计人员既要懂得 IC 设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉制程厂的工作流程、制程原理等相关知识。版图设计在大学阶段课程教学使用软件为 Tanner 该软件有 L-Edit、S-E
3、dit、T-Spice、W-Edit 和 LVS 组成。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，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
4、以媲美百万美元级的 IC 设计软件。L-EditPro 包含 IC 设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(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、精确的设计版图的系统。8 选 1 数据选择器电路设计及版图实现22 数据选择器简介数据选择器是
5、指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，其示意图如下所示图 2-1 位通道选择信号数据选择器除了可以实现一些组合逻辑功能以外，还可以做分时多路传输电路，函数发生器及数码比较器等，常见的数据比较器有 2 选 1，4 选 1，8 选1，16 选 1 电路。在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器。数据选择器(MUX)的逻辑功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号。本次设计的是 8 选 1 数据选择器 74LS151。74LS151 为互补输
6、出的 8 选 1数据选择器，引脚排列如图所示，功能见表。选择控制端（地址端）为 C，B，A，按二进制译码，从 8 个输入数据 D0-D7 中，选择一个需要的数据送到输出端 Y，S 为使能端，低电平有效。使能端 S1 时，不论 C， B，A 状态如何，均无输出（ Y0，W1）多路开关被禁止。使能端 S0 时，多路开关正常工作，根据地址码 C，B，A 的状态选择D0-D7 中某一个通道的数据输送到输出端 Y。巢湖学院 11 微电子学集成电路 CAD课程设计3如：CBA000 ，则选择 D0 数据到输出端，即 Y D0。如：CBA001 ，则选择 D1 数据到输出端，即 Y D1，其余类推。表 2-
7、1 74LS151 功能表S C B A Y W1 0 0 0 0 0 D0 D0 0 0 1 D1 10 0 1 0 D2 20 0 1 1 D3 30 1 0 0 D4 40 1 0 1 D5 5D0 1 1 0 D6 60 1 1 1 D7 7图 2-1 八选一数据选择器 74LS151 引脚排列8 选 1 数据选择器电路设计及版图实现43 八选一数据选择器的设计图 3-1 八选一数据选择器电路图八选一数据选择器采用了八个五输入的与门，八个反相器和一个八输入的或门实现了数据选择输出的功能。图 3-2 八选一数据选择器版图设计图 3-3 八选一数据选择器版图的 DRC 检查巢湖学院 11
8、微电子学集成电路 CAD课程设计5图 3-4 八选一数据选择器版图仿真示意图由上面的版图仿真示意图可知，当 S=1 时，不管 C，B，A 是什么，输出的 W=1，Y=0。当 S=0， CBA=000 时，Y=D0=0 ， W=1。当 S=0，CBA=001 时，Y=D1=0，W=1。当 S=0， CBA=010 时，Y=D2=0 ，W=1。当 S=0，CBA=011时，Y=D3=0 ，W=1。当 S=0，CBA=100 时，Y=D4=1，W=0。当8 选 1 数据选择器电路设计及版图实现6S=0，CBA=101 时，Y=D5=1 ，W=0 。当 S=0，CBA=110 时，Y=D6=0，W=1
9、。当 S=0，CBA=111 时，Y=D7=1 ，W=0 。由此可知，该版图实现了八选一数据选择器的功能。图 3-5 八选一数据选择器输出的 SPICE 文件图 3-6 八选一数据选择器的 LVS 对比4 各模块设计4.1 五输入与门的设计图 4-1 五输入与门电路图巢湖学院 11 微电子学集成电路 CAD课程设计7从电路图可知，该五输入与门，使用了六个 PMOS，六个 NMOS，有五个输入端，其中有一个使能位 S。有一个输出端 Y。图 4-2 五输入与门版图示意图图 4-3 五输入与门版图的 DRC 检查图 4-4 五输入与门的输出 SPICE 文件图 4-6 五输入与门仿真示意图从电路图可
10、知，该五输入与门有五个输入端，S，A ，B，C，D 。电路仿真8 选 1 数据选择器电路设计及版图实现8图中可知，当 S，A ，B ，C ，D 都为 1 时，输出 Y 才为 1。当S，A，B，C，D 之中至少有一个为 0 时，输出 Y 为 0。由仿真图可知该功能是正确的。图 4-7 五输入与门 LVS 对比4.2 八输入或门的设计或门（英语：ORgate）是数字电路的一种基本逻辑电路。若当输入均为高电平（0），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（1），则输出为高电平（1）。图 4-7 八输入或门电路图由电路图可知，该八输入或非门使用了九个 NMOS 和九个 PMOS，并且从课本上
11、得知，该电路应该符合设计要求。图 4-8 八输入或门输出的 SPICE 文件巢湖学院 11 微电子学集成电路 CAD课程设计9图 4-9 八输入或门版图设计图 4-9 八输入或门的 LVS 对比图 4-10 八输入或门仿真示意图8 选 1 数据选择器电路设计及版图实现10八输入或门。共有八个输入端 B0、B1、B2、B3 、B4、B5、B6 、B7。一个输出端 Out。且很容易知道，只有当 B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6 、B7 八个同时为低电平的时候输出 Out 才为低电平，其他时刻 Out 为高电位, 且从原理图看出，使用了九个 NMOS 和九个 PMOS。并且从仿真波形图看，设
12、计符合要求。4.3 反相器图 4-10 反相器电路图电路图设计反相器使用了一个 NMOS 和一个 PMOS，并且两个并联，输入端 A 和一个输出端 Y。图 4-11 反相器仿真示意图巢湖学院 11 微电子学集成电路 CAD课程设计11反相器应该是对输入信号进行做反相处理，输入输出信号状态相反，从仿真示意图看出，该反相器的输出波形和输入波形相反。图 4-12 反相器版图图 4-12 反相器的 DRC 检查非门（英文：NOT gate）又称反相器，是逻辑电路的基本单元，非门有一个输入和一个输出端。逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。当其输入端为高电平（逻辑 1）时输出端为低电平（逻辑 0），当其
13、输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出的电平状态总是反相的。图 4-13 反相器的 LVS 对比8 选 1 数据选择器电路设计及版图实现124 实验总结在这次电路课程设计中,我花了较多的时间查阅资料。由于是第一次做电路的课程设计,对于相关设计过程和分析方法并不大熟练。但功夫不负有心人,最终还算顺利完成,这对我以后学习相关的课程以及进行更高层次的数字电路设计都奠定了不错的基础。在设计过程中,出现了各种各样的问题,有些是单一原因引起的,有的是综合原因引起的,这些都很考验我的毅力与坚持。但是我掌握了研究这类问题的方法,即问题解决的过程就是要从问题所表现出来的情况出发,通过反复推敲,作出相应判断,逐步找出问题的症结所在,从而一举击破。要在复杂的电子器件和密密麻麻的连线中找出头绪来
