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1、大学集成电路软件课程设计报告课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电子1001班 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: cmos反相器的电路设计及版图设计 初始条件： Cadence ORCAD和L-EDIT软件要求完成的主要任务: 1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习ORCAD和L-EDIT软件。（2）设计一个cmos反相器电路。（3）利用ORCAD和L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：201
2、3.11.22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。2013.11.25-11.27学习ORCAD和L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。2013.11.28-12.5对CMOS反相器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。2013.12.6 提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要3绪论51软件介绍及电路原理61.1软件介绍61.2电路原理62原理图绘制83电路仿真103.1瞬态仿真103.2直流仿真114版图设计及验证124.1绘制反相器版图的前期设置
3、124.2绘制反相器版图134.3 DRC验证15结束语17参考文献18摘要 CMOS技术自身的巨大发展潜力是IC高速持续发展的基础。集成电路制造水平发展到深亚微米工艺阶段，CMOS的低功耗、高速度和高集成度得到了充分的体现。本文将简单的介绍基于ORCAD和L-EDIT的CMOS反相器的电路仿真和版图设计，通过CMOS反相器的电路设计及版图设计过程，我们将了解并熟悉集成电路CAD的一种基本方法和操作过程。关键词：CMOS反相器 ORCAD L-EDIT版图设计AbstractThe huge development potential of CMOS technology itself is
4、the foundation of sustainable development of IC high speed. The manufacturing level of development of the integrated circuit to the deep sub micron technology, CMOS low power consumption, high speed and high integration have been fully reflected. In this paper, the circuit simulation and layout desi
5、gn of ORCAD and L-EDIT CMOS inverter based on simple introduction, through the circuit design and layout design process of CMOS inverter, we will understand and a basic method and operation process, familiar with IC CAD.Keywords: CMOS inverter layout ORCAD L-EDIT绪 论 20世纪是IC迅速发展的时代。计算机等信息产业的飞速发展推动了集成
6、电路（IntegratedCircuitIC）产业。大多数超大规模集成电路（VeryLargeScaleICVLSI）在日常生活中有着广泛的应用。集成电路的应用已深入到科学，工业农业，生活的每一个角落。集成电路的发展迅速，与科学的进步和社会的驱动密不可分。现在集成电路芯片的尺寸越来越小，时钟速度越来越快，电源电压越来越低，布线层数越来越多。所以手工来完成这些工作已经不可能。就必须利用一款和几款软件，由多数人共同完成。而本文介绍的CMOS反相器就是集成电路中一种最基本的电路结构，我们将使用ORCAD软件画出电路的原理图，并完成功能仿真，使用L-EDIT软件画出电路的版图并完成电气性能验证。门电路
7、是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。MOS门电路：以MOS管作为开关元件构成的门电路。MOS门电路，尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、功耗低、价格便宜等优点，得到了十分迅速的发展。所谓CMOS(ComplementaryMOS)，是在集成电路设计中，同时采用两种MOS器件：NMOS和PMOS，并通常配对出现的一种电路结构。CMOS电路及其技术已成为当今集成电路,尤其是大规模电路、超大规模集成电路的主流技术。反相器是数字电路中的一种基本功能模块。将两个串行反相器的输出作为一位寄存器的输入就构成
8、了锁存器。锁存器、数据选择器、译码器和状态机等精密数字符件都需要使用基本反相器。本文就将详细讲述CMOS反相器的原理图设计功能仿真及版图设计验证。1. 软件介绍及电路原理1.1软件介绍ORCAD Capture (以下以Capture代称)是一款基于Windows 操作环境下的电路设计工具。利用Capture软件，能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可编程的逻辑设计提供连续性的仿真信息。OrCAD Capture作为行业标准的PCB原理图输入方式，是当今世界最流行的原理图输入工具之一，具有简单直观的用户设计界面。OrCAD Capture CIS具有功能强大的元件信息系统，可以在线和集中管
9、理元件数据库，从而大幅提升电路设计的效率。OrCAD Capture提供了完整的、可调整的原理图设计方法，能够有效应用于PCB的设计创建、管理和重用。将原理图设计技术和PCB布局布线技术相结合，OrCAD能够帮助设计师从一开始就抓住设计意图。不管是用于设计模拟电路、复杂的PCB、FPGA和CPLD、PCB改版的原理图修改，还是用于设计层次模块，OrCAD Capture都能为设计师提供快速的设计输入工具。此外，OrCAD Capture原理图输入技术让设计师可以随时输入、修改和检验PCB设计。Cadence OrCAD Capture是一款多功能的PCB原理图输入工具。 Tanner集成电路设
10、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
11、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、精确的设计系统。1.2设计原理 CMOS结构的主要优点是电路的静态功耗非常小，电路结构简单规则，使得它可以用于大规模集成电路、超大规模集成电路。为了能在同一硅材料(Wafer)上制作两种不同类型的MOS器件，必须构造两种不同
12、类型的衬底。在P型硅衬底上专门制作一块N型区域(n阱)，作为PMOS的衬底。为防止源/漏区与衬底出现正偏置，通常P型衬底应接电路中最低的电位，N型衬底应接电路中最高的电位。为保证电位接触的良好，在接触点采用重掺杂结构。CMOS反相器是由一个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D。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。当Ui=UIH=VDD,VTN导通,VTP截止,Uo=Uol0V当Ui=UIL=0V时,VTN截止,VTP导通,UO=UOH
13、VDD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常工作。（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）2.原理图绘制 (1) 浏览组件库:S-Edit 本身附有4 个组件库，它们分别是在.TannerS-Editlibrary目录的scmos.sdb, spice.sdb, pages .sdb 与element.sdb 。若要引入这些组件库中的模块，可以选择Mod
14、ule-Symbol Browser 命令，打开Symbol Browser 对话框，单击Add Library按钮，可加入要使用的组件库，本范例中加入了scmos, spice, pages 与element 组件库在Library 列表中。 (2) 从组件库引用模块:编辑反相器电路会利用到NMOS, PMOS, Vdd 与Gnd 这4 个模块，所以要从组件库中复制NMOS, PMOS, Vdd 与Gnd 这4 个模块到文件，并在Module0 中编辑画面引用。 (3) 编辑反相器: 按住Alt 键拖动鼠标，可移动各对象。注意，MOSFET_N 与MOSFET_P选项分别有4 个节点，Vdd
15、 与Gnd 选项分别有一个节点。将4 个对象摆放到恰当位置用导线连接，若在两对象相连接处，各节点上小圆圈消失即代表连接成功。 (4) 加入联机: 将4 个对象排列好后再利用左边的联机按钮，完成各端点的信号连接，注意控制鼠标键可将联机转向，按鼠标右键可终止联机。 (5) 加入输入端口与输出端口: 利用S-Edit 提供的输入端口按钮与输出端口按钮，标明此反相器的输入输出信号的位置与名称。再选择输出端口按钮，到工作区用鼠标左键选择要连的端点，若输入端口或输出端口未与所要连接的端点相接，则可利用移动功能将IN 输入端口移至反相器输入端，将OUT 输出端口接至反相器输出端。 (6) 加入工作电源：选取直流电压源Source_v_dc 作为此电路的工作电压源 七、直流电压源Source _v_dc 符号有正(+)端与负
