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1、MOS管集成电路设计期中论文CMOS二输入与非门设计日期：2015年5月21日目录一电路设计1.1与非门基础31.2 CMOS二输入与非门4二版图设计2.1 LASI7软件介绍52.2版图设计过程5三规则检查8四 LTspice 仿真104.1电路仿真分析软件简介104.2 LTspice仿真过程11五总结15六参考文献15摘要MOS （Metal-Oxide-Semiconductor ）晶体管是一种金属-氧化物半 导体硅场效应管，分为PMO管和NMO管两种，由NMO和PMOS共同 构成的电路即为CMO电路。和传统的TTL电路相比，MOSh成电 路具有 功耗较低，速度较快，输入阻抗高，热稳定
2、性好等优点，因而在目前有着 广泛的应有，可以预见的是，MOS集成电路代替TTL电路已是大势所 趋。与非门是一种数字电路的基本逻辑电路，可以看做是与门与非门的 结合，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），在数字电路中有着非 常重要的作用。本设计旨在采用CMO设计一个二输入的与非门，根据需要，它由两 个PMO（M3和M4和两个NMO（M1和M2构成。其中，两个PMO作 为上拉管，两个NMO作为下拉管，两个输入信号A和B分别加在两对互 补的NMO管和PMO管的栅极上，输出从他们的漏极引出。设计完之 后，用LASI7软件画出版图并进行
3、规则检查。关键词：CMO、S与非门、逻辑电路、LASI7一电路设计1.1与非门基础与非门是数字电路中一种重要的逻辑电路，本设计设计的是二输入 与非门，它有两个输入端和一个输出端，当输入均为高电平，输出为低电 平；若输入中至少有一个为低电平，贝揄出为高电平，其逻辑符号如图1 所示图1二输入与非门逻辑符号由于有两个输入，所以真值表中它的组合共有4种形式，如表1所示ABF001011101110表1二输入与非门真值表1.2 CMOS二输入与非门二输入与非门的下拉管由串联的NMOST M1和M2组成，上拉管 则 由并联的PMO管的M3和M4构成。两个输入信号A和B分别加在 两对 互补的NMO管和PMO
4、ST的栅极上，输出从他们的漏极引出。当两个输入端A和B窦唯高电平时，两只NMO下拉管M1和M2都 导通，而两只PMOSb拉管M3和M4都截止，电源Vdd和地之间没有 电流 通路形成，输出被导通的NMO下拉管拉倒低电平0,则输出为低电平；只 要两个输入端有低电平输入，其对应的PMOSt拉管导通，但NMO下拉 管截止，电源Vdd到地之间没有电流通路形成，输出被导通的上拉管拉到 wD即输出高电平。与真值表相对照，发现该电路实现了二输入与非门的功 能。用Multisim画出电路设计如图2所示N1图2 CMOSX输入与非门二版图设计2.1 LASI7软件介绍LASIS是一个通用的IC布线和设计系统。LA
5、SI可以用于各种电 路的 设计和布线，LASI的图形功能很强，能够输入原理图并对其进行分析。 LASI由一个主要的画图主程序和几个工具程序组成。包括GDS CIF、 DXF格式转换工具、位图格式的设计规则检查工具和一个能从原理图提取 SPICE文件的图形化的SHPICE编译器。LASI在80年代中被作者用来在 MS-DO下作为自己设计IC的软件，后来作者开 发了 WINDOWS的 LASI。LASI本身不支持SPICE仿真，但是LASI能够与现有很好的 SPICE仿真工具集成。另外，LASI作为一个开放式的项目，相关的电路 资源十分丰富。2.2版图设计过程完成了电路原理图设计之后，需要用LAS
6、I7进行版图的设计。打 开LASI7之后，首先要对各层属性进行设计，点击Attr按钮，在弹出的 对话框中即可进行相关层属性的设置。如图3所示Layer AttributesAttribute! Tabte 1 |y|ARRW 1 DOTLN 5CHW NTXT _ CTXT Dixr m. _|PTXTJ 借.CONT 25PADS PWEL 41NWEL 4?匚 AC7V 43PSEL 44NSEL450POL1 46 MET1 49V1A1, 口 MFR - 一 生二 P 0L2、二33. PEAS ” CWEL37二 V1A235 _MET3Fyv) m挪TmrT) ncviv) rvr
7、A5orBcocnCiScmDCJCZcn% 画弱 nDash (J0id rlilCSCZ)0K图3 Attr界面本设计对板层属性的设置如表2所示LayerColorFillDashCONTA130NWELW03NSELG00PSELY00POLIR70MET1B90ACTVG30表2板层属性设置接下来设置栅格属性，打开Cnfg对话框进行设置，如图4所示Cng (Dra n g Corf gLraTjorQ人|Draw Resabiion 1 WOConwnor FLC FelderCell ResaLTioi 敏Shial Cell Outkre 5dld 呼 Drts、HdeN.fee-
8、 TeAiToobarWorking 订Da Side| De niter op Todber片。容ni Lkt d Cgfriinanc Mwu | Lock Wxtow Fra06|TjndfSihell Adi 禅 Madk0.51叫 Snown1Ml rrpert Oriy Nw Layier NLF|IMis ID.0LnycA DescrndngLA| aJhdup Sef* Savrig Cdl/ 严屯 k InCXI00(L0C0ll 03 低 Vflieri CkvslroC0 Wrttt OdTLCFomatU Tjm cn WHs Mooetoc LtIla |T&0Op
9、ticme| Ude lODtiaErnonrRdU i Cikz? Sd /ai | Tm eff Tcgge Redr图4 Cnfg设置在设置完成之后，先新建一个cell,命名为NMO,采用N掺杂，在该cell中画出NMO,如图5所示。在新建cell，命名为PMOS采用P掺杂，N阱工艺画出PMOS如图6所示图5 NMOS版图图6 PMOS版图在画好了 NMO$口 PMO之后，再新建一个cell,调出NMO和PMOS画出最终需要的CMO二输入与非门。其中，电源部分采用N阱工艺，同 时加入N掺杂，GN 部分采用P掺杂。如图7所示三规则检查在设计好了版图之后，需要对相关的规则的进行检查。点击Sy
10、stem-LasiDrc-Setup-Browse,将规则导入，如图 8 所示，点击 “0KDRC SetupName tr CelListIT匚 Fite ha me Nkj5is_deep.dc.BrcvseQlevk 5:1 22Rrihh 38*sl MesTest DistTf-L.- -ir 罚 rriLfK m vj-.Vm LeftScan Left -1CS .1 C9arrScan Batcm -33.621m|iJ汉Rtrsct 1.FUs Lnl C.llaTi Map Siefina BottoniRejectScan Mht 11S .49arn .a r jk-u
11、mj|can Top 8 62nriJ Endie 5CPY/ DcUe PAUSl*/ &D3C OH PCX Files/ &cn#0MLokog Ffe None LasiDtuiogOKvcncci图8规则导入导入完成后点击Go即开始检查，结果如图9和图10所示Sc alih rilg Ar rm图9规则检查过程La s i DruDRC Completed . 0 Total MapsTotal Run Time: OhrQrin-feecYes NoCancel图10规则检查结果从检查结果可以看出，本设计没有错误四LTspice仿真4.1电路仿真分析软件简介电路仿真（simulat
12、ion ）分析软件很多，有用于模拟电路的、有用于数字电路的、有既可以用于数字电路也可以用于模拟电路的，而且在这些软件中，有的功能非常强大，用户使用起来很方便、并且容易 入手，而有些就要逊色多了，用户可以根据实际情况选择适合的。LTspice是集成电路仿真分析软件其中之一，它是一个可视化的图形输 入电路仿真软件，在win dows操作系统下运行。Linear Tech no logy公 司是一家大型的美国电子元器件制造商，它生产各种各样电子元器件，有模拟电路元器件、有数字电路元器件等等。Lin ear Tech no logy Corporati on 的 LTspice/SwitcherCAD
13、 是一 款免费易用强大无限制的电路图编辑和仿真工具。有spice netlist导出功能（也可以导出标）隹spice之外的其他软件的网表格式），方 便配 合其它仿真工具。4.2 LTspice仿真过程首先打开LTspice，新建一个原理图界面，找到相关的元器件画 出二输入与非门的原理图，如图11所示。同时，需要设计PMO番口 NMO的相关参数，这里讲PMOS 口 NMOS勺长宽都设为0.18 口，如 图12、13所示M3 PMOSPMOS心fej|F；NMOSiM2 I图11二输入与非门电路原理图17 Monolithic MOSFET - M3Modtl Name: PiOS| OKL皿(t
14、h(X)； 0,18。ihdthOO: . I8uDriik Ar :S our Alr A 4 (KS ):If ain Ptr iw&t er (FD):Sourer Ftr OFS)INil Faralltl Dvic”QH)：MOS 1=0.16u wO. 16u图12 PMOS参数设定接下来新建一个符号界面，对电路原理图进行封装，如图14所示。这里需要注意符号文件保存的名称要和原理图一致，否则仿真时软件将因为找不到底层文件而不能运行。最后要给封装好的模块添加信号源。新建一个原理图，找到封装 模型，加入信号源。设置相关的输入信号，仿真类型为仿真做）隹备。如 图15所示V2V1PULSE
15、fO 5 0 0 0 1m 4m 3) Fy5v vddR se*r1A.(ran 0 12m 0 OJmFB)SPULSE(D 5 0 0 0 3m 4m 3)图15仿真原理图完成了以上内容之后就可以进行仿真验证了。 在这里，输入信号A是一个幅值为5V,周期为4ms,脉冲宽度为1ms上升时间和下降时间都为0的方波，如图16所示；输入信号E是一个幅值为5V,周期为4 ms 脉冲宽度为3 ms上升周期和下降周期都为0的方波，如图17所示。并对它们选用3个周期进行仿真验证。图17信号A波形图b.彳 4543-3.SV-.5v-A l.OV 0.5V-I3r”TMTMrOms Ims Zms 3ms 4 ms5 ms bms fms tims 9ms 1 Oms 11 ms图18信号B波形图从中可以看出，虽然上升时间和下降时间以及延时时间都设为了0,但波形还是出现了明显地瑕疵。点击F之后观察输出信号如图19所示。从表1可以知道，与非门只有当输入信号都为 1时输出才为0, 其它组合下输出都为0,对比图17,18,19可以发现，仿真得到的结 果与 理论分析是吻合的。
