电路四输入与非门设计

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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级：电子1003班指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院题 目：CMOS四输入与非门电路设计初始条件：计算机、ORCAD软件、L-EDIT软件要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习ORCAD软件、L-EDIT软件。（ 2 ）设计一个 CMOS 四输入与非门电路。（ 3）利用 ORCAD 软件、 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。

2、全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：2013.11.22 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软件、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四输入与非门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 IAbstract II1 绪论 12 设计内容及要求 22.1 设计的目的及主要任务 22.2 设计思想 23软件

3、介绍 33.1 OrCAD 简介33.2 LEdit 简介44 COMS四输入与非门电路介绍 54.1 COMS四输入与非门电路组成 54.2 四输入与非门电路真值表65 Cade nee中四输入与非门电路的设计75.1 四输入与非门电路原理图的绘制75.2 四输入与非门电路的仿真86 LEDIT中四输入与非门电路版图的设计 106.1 版图设计的基本知识106.2基本MOS单元的绘制116.3 COMS四输入与非门的版图设计137课程设计总结14参考文献15摘要与非门是一种非常常用的数字门电路，本文详细介绍了基于CMOS管的L-EDIT环境 下的四输入与非门电路设计仿真及版图布局设计验证。通

4、过正向设计的思从逻辑设计、电 路设计、版图设计和工艺设计封面出发，实现了电路指标明确化、功能电路化、逻辑明确 化的工业版图制作标准，同时本设计还通过TSPICE仿真验证了设计的正确性。关键词：与非门、L-EDIT、TSPICEAbstractNAND gate is a very common digital gates, This paper describes the design verification based on NAND gate circuit design simulation and layout layout MOS tube L-EDIT environment.

5、By forward thinking design from logic design, circuit design, layout design and process design cover starting to realize the circuit indicators clear, functional circuit, then clear, then the logical layout of industrial production standards, while the design is verified through simulation TSPICE co

6、rrectness of the design.Keywords : NAND gate、L-EDIT、TSPICE1 绪论集成电路工艺加工能力基本是按照摩尔定律的规则不断提高的， 目前 90nm 加工工 艺已经成为量产的主流工艺。集成电路加工能力每年的平均增长率可以达到 58%，但设计 方面生产力的提高与制造能力之间一直存在差距，根据统计数据，集成电路设计效率每年 的增长率约为 21%，与加工能力的增长率之间存在着较大的差距。为了能有效利用制造能 力，需要从各个层面来提高设计效率。从历史上看，集成电路设计技术大约每 10 年都会有一次方法学上的突破。二十世纪 70年代开始出现了版图输入（LE

7、）技术，发展到二十世纪80年代出现了布局布线（P&R） 技术，再发展到二十世纪90年代的综合（Synthesis）技术直到目前的SoC设计技术，每 次技术突破都带来了设计效率上的飞跃，这种影响如图 2 所示。 同时，集成电路工艺水 平已越来越受到半导体器件的物理限制，从而带来了许多新的器件结构、 新工艺和新材 料的极限，加工线宽不断缩减也产生了很多寄生效应问题。这种变化对设计技术的影响是 多方面的，它不仅使得集成电路的特征尺寸减少，同时也使工作时钟频率升高， 设计复 杂度变高，电源电压降低，功耗变大，而且很多过去可以不关心的寄生效应和参数等已经 成为现代设计中必须处理的因素。为了保证设计技术能

8、够跟上制造工艺发展的需要，必须 从多个方面入手来研究新工艺条件下的设计技术问题。未来的集成电路设计过程中要考虑的因素越来越多， 而且这些因素之间相互影响， 很多情况下所使用的设计步骤和工具、设计流程等是紧密相关的。在过去的设计过程中， 综合、 时序分析和部分布局的工作是结合在一起的，以便解决布局对综合和连线延迟的 影响。目前采用的设计流程中通过对模块进行分析和优化来保证芯片可以满足多种指标要 求，包括性能、功耗、噪声、面积以及可测性和可制造性等； 在将来的设计流程中， 对 设计要实现的软件/硬件部分需要进行协同分析、协同设计与协同优化等，以便达到要求的 性能指标。这对设计方法、工具、流程等都提

9、出了新的挑战，需要以新的方法来解决实际 问题。集成电路系统的设计更多的是体现在设计方法学上，而不是设计工具的支持上。CMOS 集成电路由于工艺技术的进步以及功耗低、稳定性高、抗干扰性强、噪声容限 大、可等比例缩小、以及可适应较宽的环境温度和电源电压等一系列优点，成为现在 IC 设计的主流技术。在CMOS集成电路设计中，异或电路的设计与应用是非常重要的。IC 设计者可以根据芯片的不同功能和要求采用各种不同结构的异或电路，从而实现电路的最 优化设计。2 设计内容及要求2.1 设计的目的及主要任务(1)学习ORCAD软件，L-EDIT软件。( 2)设计一个 CMOS 四输入与非门电路。( 3)利用

10、ORCAD 软件， 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。2.2 设计思想本设计首先在ORCAD中进行四输入与非门电路电路图的绘制，然后运用其中的仿真 功能对电路予以仿真调试，接着在L-EDIT软件中制定规则、绘制版图、DRC检查。整个 设计的核心是版图的设计，充分了解设计的基本原理、设计的规则。仿真检验是否达到最 初的设计要求。3软件介绍3.1 OrCAD 简介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

11、的逻辑设计提 供连续性的仿真信息。 Cadence OrCAD Capture 是一款多功能的 PCB 原理图输入工具。 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

12、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。OrCAD 软件系统的功能及特点：1. 不仅可以对模拟电路进行直流、交流、瞬态等基本电路特性分析，而且可进行噪声 分析、温度分析、优化设计等复杂的电路特性分析。2. 不仅可以对模拟电路进行计算机辅助分析，而且可对数字电路、数 /模混合电路进 行计算机模拟。3. 科研在 WINDOWS 环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图以后，即可直接进 行电路模拟

13、，无需用户编制繁杂的输入文件。再模拟过程中，可以随时分析观察模拟结果， 从电路图上修改设计。4.OrCAD 软件集成了电路原理图绘制、印制电路板设计、数字/模拟电路仿真、可编 程逻辑器建设计等等功能，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，再世界上它一只 是 EDA 软件的首选。OrCAD 软件系统中主要包括 OrCAD/Capture CIS、OrCAD/PSpice A/D、 OrCAD/Layout Plus 等，其中每一部分可以根据需要单独使用，也可以共同组成完整的 EDA 系统。3.2 L-Edi t 简介Tanner Pro 的设计流程很简单。将要设计的电路先以 S-Edit 编

14、辑出电路图，再将 该电路图输出成SPICE文件。接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件，如果 模拟结果有错误，则回到S-Edit检查电路图，如果T-Spice模拟结果无误，则以L-Edit 进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以DRC功能做设计规则检查，若违反设 计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化成SPICE 文件，再利用T-Spice模拟，若有错误，再回到L-Edit修改布局图。最后利用LVS将电 路图输出的SPICE文件与布局图转化的SPICE文件进行对比，若对比结果不相等，则回去 修正L-Edit或S-Edit的图。直到

15、验证无误后，将L-Edit设计好的布局图输出成GDSII 文件类型，再交由工厂去制作整个电路所需的掩膜板。4 COMS四输入与非门电路介绍4.1C0MS四输入与非门电路组成与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。与非运算输入要求有两 个，如果输入都用o和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1 （两 端都有信号），则输出为0； 1和0,则输出为1； 0和0,则输出为1。与非门的结果就是 对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。简单说，与非与非, 就是先与后非。BoT2T3图2与非门电路图4.2 四输入与非门电路真值表与非门（英语：NAND gate）是数字电路的一种基本逻辑电路。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 ）。四输入门的逻辑表达式为：Y=（ABCD）=A+B+C+D。其真值表如下所示：表 1 四输入与非门电路真值表5 Cadence中四输入与非门电路的设计5.1四输入与非门电路原理图的绘制CaptureCIS的Project用来管理相关文件及属性。在菜单栏中选择filenewProject,进行原理图设计时，选中“Schematic”。在“Name”中输入工程名称，在“Locat