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1、CMOS反相器的设计反相器的设计 CMOS反相器是反相器是IC设计中结构最简单，并且最具有设计中结构最简单，并且最具有代表性的器件。代表性的器件。 CMOS反相器包括的器件：反相器包括的器件：NMOS、PMOS。CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计CMOS反相器的设计反相器的设计n n一、工艺的选择一、工艺的选择n n二、电路前端设计二、电路前端设计n n三、版图后端设计三、版图后端设计n n四、四、LVS一致性检查一致性检查CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计一、工艺的选择一、工艺的选择n n采用实验使用
2、的工艺。采用实验使用的工艺。采用实验使用的工艺。采用实验使用的工艺。n n0.6um N0.6um N阱阱阱阱 1P2M 1P2M 硅栅工艺硅栅工艺硅栅工艺硅栅工艺CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计Layout (Design) Rules (I)well (N阱阱): 1a . Minimum nwell width 1.8um1b . Minimum nwell spacing 2.5um1c . nwell enclosure of pdiff 2.0um1d . nwell enclosure of ndiff 1.0umdiffusion
3、 (扩散层扩散层):2a . minimum ndiff or pdiff width 1.0um2b . minimum ndiff or pdiff spacing 1.0um2c . minimum ndiff to pdiff spacing 1.0um2d . minimum source/drain diffusion width 1.0um2e . Pmos device must be inside nwellCMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计Layout (Design) Rules (II)poly1 (多晶硅一层多晶硅一层)：
4、3a . minimum poly1 width 0.6um3b . minimum poly1 spacing 1.0um3c . poly1 extension past ndiff or pdiff 0.4umMetal1(金属一层金属一层)： 4a . minimum metal1 width 0.8um4b . minimum metal1 spacing 1.0umMetal2(金属二层)：6a . minimum metal2 width 1.0um6b . minimum metal2 spacing 1.0umCMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设
5、计反相器的设计Layout (Design) Rules (III)contact (接触孔接触孔)： 5a . minimum contact width 1.0um5b . minimum contact spacing 1.0um5c . ndiff or pdiff enclosure of contact 1.0um5d . metal1 enclosure of contact 0.5um5e . poly1 enclosure of contact 0.5umvia (过孔过孔)： 7a . minimum via width 1.0um7b . minimum via spac
6、ing 1.0um7c . metal1 enclosure of via 1.0um7d . metal2 enclosure of via 0.5umCMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计二、电路前端设计二、电路前端设计n n确定电路结构确定电路结构n n确定所使用的器件确定所使用的器件n n逻辑功能逻辑功能n n功耗功耗n n输出驱动能力输出驱动能力n n输入电流输入电流CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计1. 确定电路结构确定电路结构CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计
7、反相器的设计确定确定MOS管的宽长比。管的宽长比。宽长比过大宽长比过大版图使用面积大版图使用面积大宽长比过小宽长比过小版图无法加工版图无法加工思路：思路：（1）利用版图规则确定）利用版图规则确定NMOS管的宽长比。管的宽长比。（2）PMOS管宽长比为管宽长比为NMOS管的管的2倍。倍。2. 确定所使用的器件确定所使用的器件CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计确定确定NMOS管的宽长比所需要使用的规则：管的宽长比所需要使用的规则：l 长度：长度： minimum poly1 width 0.6um NMOS管最小长度为管最小长度为0.6uml 宽度：宽
8、度：ndiff or pdiff enclosure of contact 1.0ummetal1 enclosure of contact 0.5um minimum via width 1.0ummetal1 enclosure of via 1.0umNMOS管的最小宽度为：管的最小宽度为：3umNMOS管的宽长比：管的宽长比： (W/L)n=3um/0.6umPMOS管的宽长比管的宽长比 ： (W/L)p= (W/L)n*2=6um/0.6umCMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计3. 3. 逻辑功能逻辑功能逻辑功能逻辑功能CMOSCMOSCM
9、OSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计4. 4. 功耗功耗功耗功耗CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计功耗的计算采取估算方式。功耗的计算采取估算方式。详细的计算请参阅电路分析基础等基础必修课详细的计算请参阅电路分析基础等基础必修课P=W/T=P1*t/T=5V*200uA*1ns/1us=1u焦耳焦耳4. 4. 功耗功耗功耗功耗CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计5. 5. 输出驱动能力输出驱动能力输出驱动能力输出驱动能力CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的
10、设计反相器的设计5. 5. 输出驱动能力输出驱动能力输出驱动能力输出驱动能力输出驱动能力的计算输出驱动能力的计算:I=U/R=2.5/3.3k=0.75mACMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计6. 6. 输入电流输入电流输入电流输入电流CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计u输入电流：输入电流：63uAu扇出：扇出：0.75m/63u=12u在具体使用中还需要打半处理。在具体使用中还需要打半处理。u本设计的扇出能力为本设计的扇出能力为6.6. 6. 输入电流输入电流输入电流输入电流CMOSCMOSCMOSCM
11、OS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计三、版图后端设计三、版图后端设计n n1. 加入加入PMOS、NMOS管管n n2. 连接连接PMOS、NMOS管管n n3. 加入输入接口加入输入接口n n4. 加入输出接口加入输出接口n n5. 加入电源地加入电源地n n6. 加入加入PTAP注意不要违反版图设计规则！注意不要违反版图设计规则！CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计CMOSCMOSCMOSCMOS反相器的设计反相器的设计反相器的设计反相器的设计四、四、LVS一致性检查一致性检查n n1. 完成完成DRC检查检查n n2. 生成生成EXTRACT文件文件n n3. 完成完成LVS检查检查
