CMOS反相器电路版图设计与仿真
姓名：邓翔
学号：1007010033
导师：马奎
本组成员：邓翔石贵超王大鹏
CMOS反相器电路版图设计与仿真
摘要：本文是基于老师的指导下，对cadence软件的熟悉与使用，进行CMOS反相器的电路设计和电路的仿真以及版图设计与版图验证仿真。
关键字：CMOS反相器；版图设计。
Abstract:This article is based on the teacher's guidance, familiar with cadence software and use, for CMOS inverter circuit design and circuit simulation and landscape and the landscape design of the simulation.
Key word:CMOS inverter;Landscape design.
一引言
20世纪70年代后期以来，一个以计算机辅助设计技术为代表的新的技术改革浪潮席卷了全世界，它不仅促进了计算机本身性能的进步和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击着传统的工作模式。以计算机辅助设计这种高技术为代表的先进技术已经、并将进一步给人类带来巨大的影响和利益。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家产业技术水平的重要标志。
计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。
电子技术的发展使计算机辅助设计(CAD)技术成为电路设计不可或缺的有力工具。国内外电子线路CAD软件的相继推出与版本更新，是CAD技术的应用渗透到电子线路与系统设计的各个领域，如电路图和版图的绘制、模拟电路仿
真、工艺模拟与仿真、逻辑电路分析、优化设计、印刷电路板的布线等。CAD 技术的发展使得电子线路设计的速度、质量、精确度得以保证。顺应集成电路发展的要求，集成电路CAD，确切地说是整个电子设计自动化必须要有更大的发展。随着集成电路与计算机的迅速发展，以CAD为基础的EDA技术渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节。一个能完成比较复杂的VLSI设计的EDA系统一般包括10-20个CAD工具，涉及从高层次数字电路的自动综合、数字系统仿真、模拟电路仿真到各种不同层次的版图设计和校验工具，完成自顶向下的VLSI设计的各个环节和全部过程。为满足日益增大的信息处理能力的需求，主要从实现图形最小尺寸的工艺精度和提高单位面积晶体管数目的集成度两个方面来努力，还要综合考虑满足电路功能以及工作频率和功耗的性能指标。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。
二 CMOS反相器在cadence中的电路设计与仿真
2.1 CMOS反相器的工作原理及电路图:
CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两个晶体管中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高，因为与NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的电阻相对较低。
首先通过vpn连接进入服务器，在服务器下面mkdir创建自己的文件夹然后在自己文件夹下使用icfb&命令打开软件。
在打开的窗口中file—>new—>设计电路图。
在打开的窗口中file—>open—>打开设计好的电路图
2.2 进行电路仿真
点击右上方的Tools选择Analog Environment仿真原理图。
在弹出的窗口中选择setup—>Model Library选择模型库。选择模型库/user2/benke1/process/csmc/6S05DPTM-
ST3600/05HVCDTST3600V101/s05hvcdtst3600v101.scs。赋值到Model Library File中Section（opt.）tt_5v.点击Add添加
进行仿真输入和输出，时间的设置
得到电路的仿真结果：
由图可知，电路设计是正确的。
三 CMOS 反相器版图的设计与DRC 验证
3.1 版图设计
在打开的窗口中file—>open—>版图文件。
同样在instance中添加元件，设计设计版图。元件放置好以后根据原理图设置长宽比。位置摆放好以后选中元器件，点击Edit—>Hierarchy—
>Flatten
最后得到的版图如下图：
3.2 DRC版图验证
在2013—>dengxiang—>inv目录下新建两个文件夹mkdir gds drc 。一个用于放置版图的gds文件，另一个用于放置drc的规则文件和生成的drc 文件。将下面目录下的文件拷到新建的drc目录下：
/user2/benke1/process/csmc/6S05DPTM-
ST3600/0.5um5VVGS40VVDSST3600BCDDraculaCommandFile-FAB1
V890:/user2/benke1/process/csmc/6S05DPTMST3600/0.5um5VVGS40VVDSST 3600BCDDraculaCommandFile-FAB1>cp drac_drc_metal1.rul
/user2/benke6/2013/dengxiang/inv/drc。
用vi打开修改如下：把INDISK设置为自己的目录
/user2/benke6/2013/dengxiang/inv/gds/inv.gds
接着将在icfb打开的cadence窗口中配置stream。在打开的窗口中选择Library Browser选择inv—>inv—>layout在Run Directory中填入新建的gds文件夹路径：/user2/benke6/2013/dengxiang/inv/gds
接着在drc目录下执行：PDRACULA回车后执行:/g ./drac_drc_metal1.rul
接着执行/f生成https://www.doczj.com/doc/1b10947987.html,文件如图：
执行https://www.doczj.com/doc/1b10947987.html,：./https://www.doczj.com/doc/1b10947987.html,开始drc校验。
出现上图证明DRC验证结束。
Drc校验完以后打印drc的路/user2/benke6/2013/dengxiang/inv/drc。在版图设计窗口中点击tools—>Dracula Interactive然后在菜单栏点击DRC —>Setup将打印的路径复制到Dracula Data Path中点击OK。
四结论
时代在发展，CAD越来越重要，本文只是对集成电路CAD的基本了解和使用，还有很多要学的东西，唯有不断努力才能改变世界！
电子科学与技术系 课程设计 中文题目：CMOS二输入与非门的设计 英文题目: The design of CMOS two input NAND gate 姓名：张德龙 学号： 1207010128 专业名称：电子科学与技术 指导教师：宋明歆 2015年7月4日
CMOS二输入与非门的设计 张德龙哈尔滨理工大学电子科学与技术系 [内容摘要]随着微电子技术的快速发展，人们生活水平不断提高，使得科学技术已融入到社会生活中每一个方面。而对于现代信息产业和信息社会的基础来讲，集成电路是改造和提升传统产业的核心技术。随着全球信息化、网络化和知识经济浪潮的到来，集成电路产业的地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息安全的基础性、战略性产业。 集成电路有两种。一种是模拟集成电路。另一种是数字集成电路。本次课程设计将要运用S-Edit、L-edit、以及T-spice等工具设计出CMOS二输入与非门电路并生成spice文件再画出电路版图。 [关键词]CMOS二输入与非门电路设计仿真
目录 1.概述 (1) 2.CMOS二输入与非门的设计准备工作 (1) 2-1 .CMOS二输入与非门的基本构成电路 (1) 2-2.计算相关参数 (2) 2-3.电路spice文件 (3) 2-4.分析电路性质 (3) 3、使用L-Edit绘制基本CMOS二输入与非门版图 (4) 3-1.CMOS二输入与非门设计的规则与布局布线 (4) 3-2.CMOS二输入与非门的版图绘制与实现 (5) 4、总结 (6) 5、参考文献 (6)
1．概述 本次课程设计将使用S-Edit画出CMOS二输入与非门电路的电路图，并用T-spice生成电路文件，然后经过一系列添加操作进行仿真模拟，计算相关参数、分析电路性质，在W-edit中使电路仿真图像，最后将电路图绘制电路版图进行对比并且做出总结。 2.CMOS二输入与非门的设计准备工作 2-1 .CMOS二输入与非门的基本构成电路 使用S-Edit绘制的CMOS与非门电路如图1。 图1 基本的CMOS二输入与非门电路 1
装饰材料购销合同 简单电路设计设计大全 1．保密室有两道门，只有当两道门都关上时（关上一道门相当于闭合一个开关），值班室内的指示灯才会发光，表明门都关上了．下图中符合要求的电路是 2．小轿车上大都装有一个指示灯，用它来提醒司机或乘客车门是否关好。四个车门中只要有一个车门没关好（相当于一个开关断开），该指示灯就会发光。下图为小明同学设计的模拟电路图，你认为最符合要求的是 3．中考试卷库大门控制电路的两把钥匙分别有两名工作人员保管，单把钥匙无法打开，如图所示电路中符合要求的是 ”表示）击中乙方的导电服时，电路导通，4.击剑比赛中，当甲方运动员的剑（图中用“S 甲 乙方指示灯亮。下面能反映这种原理的电路是 5．家用电吹风由电动机和电热丝等组成，为了保证电吹风的安全使用，要求：电动机不工作时，电热丝不能发热；电热丝发热和不发热时，电动机都能正常工作。如图所示电路中符合要求的是( )
6.一辆卡车驾驶室内的灯泡，由左右两道门上的开关S l、S2和车内司机右上方的开关S3共同控制。S1和S2分别由左右两道门的开、关来控制：门打开后，S1和S2闭合，门关上后，S l和S2断开。S3是一个单刀三掷开关，根据需要可将其置于三个不同位置。在一个电路中，要求在三个开关的共同控制下，分别具有如下三个功能：(1)无论门开还是关，灯都不亮； (2)打开两道门中的任意一道或两道都打开时，灯就亮，两道门都关上时，灯不亮；(3)无论门开还是关，灯都亮。如图所示的四幅图中，符合上述要求的电路是 A.图甲 B.图乙 C.图丙 D.图丁 7．教室里投影仪的光源是强光灯泡,发光时必须用风扇给予降温。为了保证灯泡不被烧坏,要求:带动风扇的电动机启动后,灯泡才能发光;风扇不转,灯泡不能发光。则在如图3所示的四个电路图中符合要求的是 ( ) 8.一般家用电吹风机都有冷热两挡，带扇叶的电动机产生风，电阻R产生热。冷热风能方便转换，下面图3中能正确反应电吹风机特点的电路图是 ( ) 9．飞机黑匣子的电路等效为两部分。一部分为信号发射电路，可用等效电阻R1表示，用开关S1控制，30天后自动断开，R1停止工作。另一部分为信息存储电路，可用等效电阻R2表示，用开关S2控制，
CMOS反相器电路版图设计与仿真 姓名：邓翔 学号：1007010033 导师：马奎 本组成员：邓翔石贵超王大鹏
CMOS反相器电路版图设计与仿真 摘要：本文是基于老师的指导下，对cadence软件的熟悉与使用，进行CMOS反相器的电路设计和电路的仿真以及版图设计与版图验证仿真。 关键字：CMOS反相器；版图设计。 Abstract:This article is based on the teacher's guidance, familiar with cadence software and use, for CMOS inverter circuit design and circuit simulation and landscape and the landscape design of the simulation. Key word:CMOS inverter;Landscape design. 一引言 20世纪70年代后期以来，一个以计算机辅助设计技术为代表的新的技术改革浪潮席卷了全世界，它不仅促进了计算机本身性能的进步和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击着传统的工作模式。以计算机辅助设计这种高技术为代表的先进技术已经、并将进一步给人类带来巨大的影响和利益。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家产业技术水平的重要标志。 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。 电子技术的发展使计算机辅助设计(CAD)技术成为电路设计不可或缺的有力工具。国内外电子线路CAD软件的相继推出与版本更新，是CAD技术的应用渗透到电子线路与系统设计的各个领域，如电路图和版图的绘制、模拟电路仿
实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院
一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：
转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于： 根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。 学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。
《电子线路CAD》课程论文题目：简易门铃电路的设计
1 电路功能和性能指标 简易门铃是一种简单的门铃电路，它由分立元件和中规模集成芯片的构成，主要采用NE555定时器电路和扬声器组成门铃，利用多谐振荡电路来制作一简易单音门铃电路。它主要由一个NE555、一个47uf的电容、一个0.047uf电容、一个0.01uf电容、一个36kΩ的电阻、一个30kΩ的电阻、两个22k电阻、一个喇叭、两个IN4148高速开关二极管、一个9013三极管、一个开关和一个6v电源组成。NE555作为多谐振荡器，发出脉冲波。与传统的门铃相比，其可靠性、抗干扰性都较好，应用领域也相对较广泛。 2 原理图设计 2.1原理图元器件制作 方法和步骤： ①右键点击项目文件，选择追加新文件到项目中，在二级菜单下选择Schematic Library。 ②在放置菜单中，选择放置矩形。 ③在放置菜单中选择放置引脚。 ④在放置引脚时，按Tab键，选择引脚属性。 图1 注：在放置引脚的过程中，引脚有一端会附带着一个×形灰色的标记，该标记表示引脚端是用来连接外围电路的，所以该端方向一定要朝外，而不能向着矩形的方向。若需要调整引脚的方向，可按键盘撒花上的空格键，每按一次，可将引脚逆时针旋转90°。
2.2 原理图设计 步骤： ①创建PCB工程项目，执行File→New→Project→PCB Project，在弹出对话框中选择Protle Pcb类型并点击OK。将新建默认名为“PCB Project1.PrjPCB”的项目保存，命名为“简易门铃”。 ②创建原理图，在该项目文件名上点击右键，选择追加新文件到项目中，在二级菜单下选择Schematic。 ③保存项目目录下默认名为“Sheet1.SchDOC”的原理图文件。并命名为“简易门铃”。 ⑤绘图环境其他参数采用默认设置。 图2 编译原理图步骤： ①在原理图编辑页面，执行“Project→Compile PCB Project 简易门铃.PRJPCB” 菜单命令。 ②在Messages工作面板中，出现提醒为“Warning”的检查结果可以忽略。 图3
0.18umCMOS反相器的设计与仿真 2016311030103 吴昊 一.实验目的 在SMIC 0.18um CMOS mix-signal环境下设计一个反相器， 使其tpHL二tpLH,并且tp越小越好。利用这个反相器驱动2pf电容, 观察tp。以这个反相器为最小单元，驱动6pf电容，总延迟越小越好。制作版图，后仿真，提取参数。 二.实验原理 1?反相器特性 1、输出高低电平为VDD和GND电压摆幅等于电源电压； 2、逻辑电平与器件尺寸无关； 3、稳态是总存在输出到电源或者地通路； 4、输入阻抗高； 5、稳态时电源和地没通路； 2?开关阈值电压Vm和噪声容限 Vm的值取决于kp/kn L " W k = - 所以P管和N管的宽长比值不同，Vm的值不同。增加P管宽度使Vm移向Vdd，增加N管宽度使Vm移向GNB 当Vm=1/2Vdd时, 得到最大噪声容限。
要使得噪声容限最大，PMOS部分的尺寸要比NMOS大，计算结果是3.5倍，实际设计中一般是2~2.5倍。 3?反向器传播延迟优化 1、使电容最小（负载电容、自载电容、连线电容） 漏端扩散区的面积应尽可能小 输入电容要考虑：（1）Cgs随栅压而变化 （2）密勒效应 （3）自举电路 2、使晶体管的等效导通电阻（输出电阻）较小： 加大晶体管的尺寸（驱动能力） 但这同时加大自载电容和负载电容（下一级晶体管的输入电容） 3、提咼电源电压 提高电源电压可以降低延时，即可用功耗换取性能。但超过一定程度后改善有限。电压过高会引起可靠性问题?当电源电压超过2Vt 以后作用不明显. 4、对称性设计要求 令Wp/Wn二卩p/卩u可得到相等的上升延时和下降延时，即tpHL 二tpLH。仿真结果表明：当P, N管尺寸比为1.9时，延时最小，在2.4时为上升和下降延时相等。 4?反相器驱动能力考虑 1?单个反相器驱动固定负载
模拟cmos集成电路设计实验 实验要求： 设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。实验报告包括以下几部分内容： 1、电路结构分析及公式推导 （例如如何根据指标确定端口电压及宽长比） 2、电路设计步骤 3、仿真测试图 （需包含瞬态、直流和交流仿真图） 4、给出每个MOS管的宽长比 （做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应） 5、实验心得和小结 单级放大器设计指标 两级放大器设计指标
实验操作步骤： a.安装Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart
c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host：202.38.81.119 Protocol: SSH Username/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2 然后点击run运行。会弹出xterm窗口。 修改密码
输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。 注意密码不会显示出来。 d.设置服务器节点 用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取） 选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名) 如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13 e.文件夹管理 通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。 在xterm中，输入mkdir SMIC40 然后进入新建的SMIC40文件夹， 在xterm中，输入cd SMIC40.
实验一：CMOS反相器的版图设计 一、实验目的 1、创建CMOS反相器的电路原理图(Schematic)、电气符号(symbol)以及版图(layout); 2、利用’gpdk090’工艺库实例化MOS管； 3、运行设计规则验证(Design Rule Check,DRC)确保版图没有设计规则错误。 二、实验要求 1、打印出完整的CMOS反相器的电路原理图以及版图； 2、打印CMOS反相器的DRC报告。 三、实验工具 Virtuoso 四、实验内容 1、创建CMOS反相器的电路原理图； 2、创建CMOS反相器的电气符号； 3、创建CMOS反相器的版图； 4、对版图进行DRC验证。
1、创建CMOS反相器的电路原理图及电气符号图 首先创建自己的工作目录并将/home/iccad/复制到自己的工作目录下（我的工作目录为/home/iccad/iclab），在工作目录内打开终端并打开virtuoso(命令为icfb &). 在打开的icfb –log中选择tools->Library Manager,再创建自己的库，在当前的对话框上选择File->New->Library,创建自己的库并为自己的库命名（我的命名为lab1），点击OK后在弹出的对话框中选择Attach to an exiting techfile并选择的库，此时Library manager的窗口应如图1所示： 图1 创建好的自己的库以及inv 创建好自己的库之后，就可以开始绘制电路原理图，在Library manager窗口中选中lab1,点击File->New->Cell view,将这个视图命名为inv(CMOS反相器)。需要注意的是Library Name一定是自己的库，View Name是schematic,具体如图2所示： 图2 inv电路原理图的创建窗口 点击OK后弹出schematic editing的对话框，就可以开始绘制反相器的电路原理图(schematic view)。其中nmos(宽为120nm,长为100nm.)与pmos(宽为240nm,长为100nm.)从这个库中添加，vdd与gnd在analogLib这个库中添加，将各个原件用wire连接起来，连接好的反相器电路原理图如图3所示：
【简介】模拟集成电路的设计与其说是一门技术，还不如说是一门艺术。它比数字集成电路设计需要更严格的分析和更丰富的直觉。严谨坚实的理论无疑是严格分析能力的基石，而设计者的实践经验无疑是诞生丰富直觉的源泉。这也正足初学者对学习模拟集成电路设计感到困惑并难以驾驭的根本原因。. 美国加州大学洛杉机分校(UCLA)Razavi教授凭借着他在美国多所著名大学执教多年的丰富教学经验和在世界知名顶级公司(AT&T，Bell Lab，HP)卓著的研究经历为我们提供了这本优秀的教材。本书自2000午出版以来得到了国内外读者的好评和青睐，被许多国际知名大学选为教科书。同时，由于原著者在世界知名顶级公司的丰富研究经历，使本书也非常适合作为CMOS模拟集成电路设计或相关领域的研究人员和工程技术人员的参考书。... 本书介绍模拟CMOS集成电路的分析与设计。从直观和严密的角度阐述了各种模拟电路的基本原理和概念，同时还阐述了在SOC中模拟电路设计遇到的新问题及电路技术的新发展。本书由浅入深，理论与实际结合，提供了大量现代工业中的设计实例。全书共18章。前10章介绍各种基本模块和运放及其频率响应和噪声。第11章至第13章介绍带隙基准、开关电容电路以及电路的非线性和失配的影响，第14、15章介绍振荡器和锁相环。第16章至18章介绍MOS器件的高阶效应及其模型、CMOS制造工艺和混合信号电路的版图与封装。
模拟CMOS集成电路设计.part1.rar 模拟CMOS集成电路设计.part2.rar 模拟CMOS集成电路设计.part3.rar 模拟CMOS集成电路设计.part4.rar 模拟CMOS集成电路设计.part5.rar
题目：反相器分析与设计 姓名：白进宝 学院：微电子与固体电子学院 学号：201722030523 签名：教师签名：
摘要 CMOS指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。本次设计的是反相器，通过电路搭建前仿真，实现其功能。然后进行版图设计，提取寄生参数后进项后仿真。 关键词：CMOS、反相器、低功耗、集成电路版图 1、技术指标要求 面积：100um2 速度：大于1GHz 功耗：功耗与电源电压、工作速度、负载等诸多因素有关。 2、电路搭建 工艺库：smic18mmrf 器件参数： 设置NMOS与PMOS宽长比。 电路结构：
如图，电路结构。有两级反相器组成，第二级为负载，因为在实际电路中电路都是带载的。
分别作NMOS和PMOS的直流输出特性曲线，NMOS的阈值电压大约为0.5V左右，PMOS的阈值电压大约为0.6V左右。 3、仿真 （1）进行直流传输特性仿真分析
图一电源电压为5V，图二电源电压为2V。可以看到图二的特性比图一好，这是由于降低的电压，从而使特性变好。继续降低电源电压为1V后，特性更好。但是当降到200mV时，特性反而变差。这是由于当电压降到接近于阈值电压或更低时，管子无法导通，性能变差。 （2）瞬态特性分析 瞬态特性分析，反相器实现非门的功能。
将时间轴拉长，可以看到当输出反向时，存在一个过冲现象，这是由于栅漏电容造成。 （3）工作频率分析 上图为反相器没有带负载的情况下测出的下降时间，下图为带一个反相器测出的下降时间。从而我们可以得出电路的扇出越多，性能越差，所以在数字电路中，我们尽量将扇出控制在4以内。更多的扇出将通过组合电路多级实现。 由图可得上升时间为23.85ps，下降时间为29.25ps。 工作频率＝1/（2×max（上升时间，下降时间））＝17GHz （4）功耗分析
详细讲解cmos反相器的原理及特点 CMOS(cornplementary MOS)由成对的互补p沟道与n沟道MOSFET所组成．CMoS逻辑成为目前集成电路设计最常用技术的缘由，在于其有低功率损耗以及较佳的噪声抑止才干．事实上，由于低功率损耗的需求，目前仅有CMOS技术被运用于ULSI 的制造． CMOS反相器 如图6. 28所示，CMOS反相器为CMOS逻辑电路的基本单元．在CMOS反相器中，p 与n沟道晶体管的栅极衔接在一同，并作为此反相器的输入端，而此二晶体管的漏极也连接在一同，并作为反相器的输出端.n沟道MOSFET的源极与衬底接点均接地，而p沟道MOSFET的源极与衬底则衔接至电源供应端(VDD)，需留意的是p沟道与n沟道MOSFET 均为增强型晶体管，当输入电压为低电压时（即vin=O，VGsn=o｜VTp｜（VGSp与VTp 为负值），所以p沟道MOSFET．为导通态， 因此，输出端经过p沟道MOSFET充电至VDD，当输入电压逐渐升高，使栅极电压等于VDD时，由于VGSn＝VDD>VTn，所以n沟道MOSFET将被导通，而由于｜VGSp ｜≈O 欲更深化天文解CMOS反相器的工作，可先画出晶体管的输出特性，如图6.29所示，其中显现Ip以及In为输出电压（V out）函数．Ip为p沟道MOSFET由源极（衔接至VDD）流向漏极（输出端）的电流；In为n沟道MOSFET由漏极（输出端）流向源极（衔接至接地端） 的电流．需留意的是在固定V out下，增加输入电压(vin)将会增加In而减少Ip，但是在稳态时，In应与Ip相同，关于给定一个Vin可由In(Vin)与Ip(Vin)的截距，计算出相对应的V out如图6. 29所示．如图6.30所示的Vin-V out曲线称为CMOS反相器的传输曲线． CMOS反相器的一个重要的特性是，当输出处于逻辑稳态（即V out=或VDD）时，仅有一个晶体管导通，因此由电源供应处流到地端的电流非常小，且相当于器件关闭时的漏电流．事实上，只需在两个器件暂时导通时的极短暂态时间内才会有大电流流过，因此与
目录 摘要 (3) 前言 (4) 第一章理论分析 1.1 设计方案 (5) 1.2 设计目的 (5) 1.3 设计指标 (6) 1.4 工作原理及其组成框图 (6) 第二章系统设计 2.1 多谐振荡器 (8) 2.2 计数器 (10) 2.3 六十进制电路 (12) 2.4 译码与LED显示器 (13) 2.5 校时电路 (14) 2.6 电子时钟原理图 (15) 2.7 仿真与检测 (16) 2.8 部分元器件芯片结构图 (18) 2.9 误差分析 (19) 第三章小结 心得体会 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
摘要 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。在这次的毕业设计中,针对一系列问题,设计了如下电子钟。 本系统由555多谐振荡器，分频器，计数器，译码器，LED显示器和校时电路组成，采用了CMOS系列（双列直插式）中小规模集成芯片。总体方案手机由主题电路和扩展电路两大分组成。 其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能，进行了各单元设计，总体调试。 关键词：555多谐振荡器;分频器；计数器；译码器；LED显示器
前言 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，因此在许多电子设备中被广泛使用。 电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。 本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且有走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计数器，例如CD4060、CD4518，译码集成电路，例如CD4511，LED数码管及各种门电路和基本的触发器等，电路使用5号电池共电，很适合在日常生活中使用。
课程名称Course 集成电路设计技术 项目名称 Item 二输入与非门、或非门版图设 计 与非门电路的版图： .spc文件（瞬时分析）： * Circuit Extracted by Tanner Research's L-Edit / Extract ; * TDB File: E:\cmos\yufeimen, Cell: Cell0 * Extract Definition File: C:\Program Files\Tanner EDA\L-Edit\spr\ * Extract Date and Time: 05/25/2011 - 10:03 .include H:\ VPower VDD GND 5 va A GND PULSE (0 5 0 5n 5n 100n 200n) vb B GND PULSE (0 5 0 5n 5n 50n 100n) .tran 1n 400n .print tran v(A) v(B) v(F) * WARNING: Layers with Unassigned AREA Capacitance. *
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* * WARNING: Layers with Unassigned FRINGE Capacitance. * * * CMOS反相器 由本书模拟部分已知,MOSFET有P沟道与N沟道两种,每种中又有耗尽型与增强型两类。由N沟道与P沟道两种MOSFET组成的电路称为互补MOS或CMOS电路。 下图表示CMOS反相器电路,由两只增强型MOSFET组成,其中一个为N沟道结构,另一个为P沟道结构。为了电路能正常工作,要求电源电压V DD 大于两个管子的开启电压的绝对值之与,即 V DD＞(V TN＋|V TP|) 。 1、工作原理 首先考虑两种极限情况:当v I处于逻辑0时,相应的电压近似为0V;而当v I处于逻辑1时,相应的电压近似为V DD。假设在两种情况下N沟道管T N 为工作管P沟道管T P为负载管。但就是,由于电路就是互补对称的,这种假设可以就是任意的,相反的情况亦将导致相同的结果。 下图分析了当v I=V DD时的工作情况。在TN的输出特性i D—v DS(v GSN＝V DD)(注意v DSN=v O)上,叠加一条负载线,它就是负载管T P在v SGP=0V时的输出特性i D－v SD。由于v SGP＜V T(V TN=|V TP|=V T),负载曲线几乎就是一条与横轴重合的水平线。两条曲线的交点即工作点。显然,这时的输出电压 v OL≈0V(典型值＜10mV ,而通过两管的电流接近于零。这就就是说,电路的功耗很小(微瓦量级) 下图分析了另一种极限情况,此时对应于v I＝0V。此时工作管T N在v GSN ＝0的情况下运用,其输出特性i D－v DS几乎与横轴重合,负载曲线就是负载管T P在v sGP＝V DD时的输出特性i D－v DS。由图可知,工作点决定了V O＝ V OH≈V DD;通过两器件的电流接近零值。可见上述两种极限情况下的功耗都很低。 由此可知,基本CMOS反相器近似于一理想的逻辑单元,其输出电压接近于零或+V DD,而功耗几乎为零。 2、传输特性 下图为CMOS反相器的传输特性图。图中V DD=10V,V TN=|V TP|=V T= 2V。由于V DD＞(V TN＋|V TP|),因此,当V DD-|V TP|>vI>V TN时,T N与T P两管同时导通。考虑到电路就是互补对称的,一器件可将另一器件视为它的漏极负载。还应注意到,器件在放大区(饱与区)呈现恒流特性,两器件之一可当作高阻值的负载。因此,在过渡区域,传输特性变化比较急剧。两管在V I=V DD/2处转换状态。 3、工作速度 CMOS反相器在电容负载情况下,它的开通时间与关闭时间就是相等的,这就是因为电路具有互补对称的性质。下图表示当v I=0V时,T N截止,T P导 第5章 电路级设计与仿真 电路设计技术是EDA 技术的核心和基础。电路设计可以分为数字电路、模拟电路、常规电路和集成电路。现代EDA 与传统的电路CAD 相比其主要区别是比较多地依赖于电路描述语言，常用的电路描述语言有描述模拟电路的SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ）语言，描述数字电路的硬件描述语言。弄清电路结构形式与语言的关系以及各种语言的基本功能是学习EDA 技术非常重要的环节，这也是本章的主要目的所在。 本章将从最基本的数学和物理模型出发，引入程序化模型，介绍模拟电路与仿真、数字电路与仿真。从一般的设计原理上讲，常规电路与集成电路并没有本质的区别，本章采用的例子主要以常规电路为主，其基本设计原理也同样适合于相应的集成电路，关于集成电路设计将在后续章节中详细介绍。 5.1模拟电路模型与SPICE 程序 5.1.1 模拟电路模型 电路的物理模型是指利用电路元件（如：电阻、电容、电感等无源元件，三极管、集成电路等有源元件）按照一定的电路连接方式进行连接的图形描述方法。其中电路元件是器件的物理模型，器件模型的建立以及器件的连接是按照电学参数和基本电路功能的描述为依据的。这种电路的物理模型也叫做等效电路模型，也就是我们常说的电路。 电路的物理模型是一种简化了的直观的电路图，可以十分方便地反映电路的连接关系和基本功能，但是这个模型并不能进行直接分析，如果要对电路进行分析，还需要建立电路的数学模型。电路数学模型是根据电路的物理模型和电路分析原理得到的电路行为特性及各参数之间的数学关系。 我们在《电路分析原理》中已经建立起这样的概念，这个概念是基于一些基本的电路定律和基本定理，例如基尔霍夫定律、叠加定理、代文宁定理、欧姆定律等。 基尔霍夫定律：； 0i n 1k k =∑=0v n 1k k =∑=欧姆定律：V=IR 对于特定的电路，这些定律和定理构成了电路中物理参数之间的特定关系，这种特定关系是约束电路的基本数学模型。不同的元件具有不同的参数运算或转换关系，这种关系如表5-1所示，这是一些最基本和最简单的元件及其数学模型，复杂元件的数学模型也是由这些简单的元件按照功能需求组成的。因此，描述模拟电路的数学模型是微分方程或代数方程。 《电路分析基础》课程就是在建立了这些电路模型的基础上对电路进行分析，不论是建立电路模型或者是分析运算，电路分析是在基于电压、电流的等效模型进行的。 表5-1 电路元件及其数学描述 电路元件 符号 物理模型 数学模型(VI 关系) R v = R·i C i = C·dv/dt v = L t ·di/d v = v s , i 电阻电容电感 L 电压源 Vs 103 集成电路版图设计 实验报告 学院：电气与控制工程学院班级: XXXXＸXXXXX 学号：ＸXＸXＸＸXX 姓名：XXXX 完成日期：２015年1月22日 一、实验要求 1、掌握Lｉnux常用命令（cd、lｓ、ｐwｄ等)。 （1)ｃd命令。用于切换子目录。输入cd并在后面跟一个路径名,就可以直接进入到另一个子目录中；cｄ..返回根目录;cd返回主目录。（2）ｌｓ命令。用于列出当前子目录下所有内容清单。 (3)pwｄ命令。用于显示当前所在位置。 2、掌握集成电路设计流程。 模拟集成电路设计的一般过程： (1)电路设计。依据电路功能完成电路的设计。 （２)前仿真。电路功能的仿真，包括功耗,电流，电压，温度,压摆幅,输入输出特性等参数的仿真。 （3)版图设计(Ｌａｙｏut)。依据所设计的电路画版图。一般使用Cadencｅ软件。 （4)后仿真。对所画的版图进行仿真,并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图。 （5）后续处理。将版图文件生成GDＳIＩ文件交予Fｏundry流片。 3、掌握Caｄence软件的使用 （1）使用Ｃadence SchemａｔicＥdiｔoｒ绘制原理图。 （2）由Schematｉc产生symboｌ。 （3）在测试电路中使用AnａloｇEnｖirｏnｍent工具进行功能测试。 （4）使用Cａｄence Ｌａyout Editoｒ根据原理图绘制相应版图,以 0.6umCＭOS设计规则为准。 （5）对所设计的版图进行DRC验证，查错并修改。 以PMOS为例，部分设计规则如下:(uｍ) Ｎ-Wｅｌl包含P+Actｉｖe的宽度:１.8 MOＳ管沟道最小宽度:０．７5最小长度：0.6 Ａctivｅ区伸出栅极Pｌoｙ的最小延伸长度:0．5 Conｔaｃｔ最小尺寸：0．6＊０.６ Coｎｔact与Contａｃｔ之间的最小间距:０.7 Ａctｉve包最小尺寸Cｏntact的最小宽度：0.4 非最小尺寸Cｏntac ｔ的最小宽度：0．6 Actｉve上的Contａｃｔ距栅极Poly1的最小距离:0.6 Metal1包最小尺寸的Contact:０.3 Mｅｔal１与Metａl１之间的最小间距:0.8 电子电路设计与仿真工具 我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。 说到电子电路设计与仿真工具这项技术，就不能不提到美国，不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计，从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产，整个周期大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢？因为美国在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术，把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。这样一来，只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验，哪里不合理有问题就改动那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了，从他们的波音747到 F16都是采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供，软件开发商是IBM，飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样，他们其他的很多东西都是采用了这样类似的方法，从大到小，从复杂到简单，甚至包括设计家具和作曲，只是具体软件内容不同。其实，他们发明第一代计算机时就是这个目的（当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计）。 电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍前三个软件。 ①SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件， 北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六 北京邮电大学电子工程学院2013211207班何明枢CMOS模拟集成电路与设计实验报告 目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (15) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27) 实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图 VHDL与集成电路CAD 实验四十二简单逻辑电路设计与仿真 验项目名称：简单逻辑电路设计与仿真 实验项目性质：普通实验 所属课程名称：VHDL与集成电路CAD 实验计划学时：2学时 一．实验目的 1.学习并掌握MAX+PLUSⅡ的基本操作； 2.学习在MAX+PLUSⅡ下设计简单逻辑电路与功能仿真的方法。 二．实验要求 1.MAX+PLUSⅡ使用的相关内容； 2.阅读并熟悉本次实验的内容； 3.用图形输入方式完成电路设计； 4.分析器件的延时特性。 三．实验主要仪器设备和材料 1.PC机。 2.MAX+PLUSⅡ软件。 四．实验内容及参考实验步骤 1．用D触发器设计一个4进制加法计数器并进行功能仿真。 (1)开机，进入MAX+PLUSⅡ系统。 (2)点击File菜单Project子菜单之Name项，出现Project Name 对话框。为当 前的实验选择恰当的路径并创建项目名称(注意MAX+PLUSⅡ不识别中文 路径)。 (3)点击File菜单之New项，出现对话框，选择Graphic Editor File输入方式。 出现图形编辑窗口（注意界面发生了一定变化）。 (4)双击空白编辑区，出现Enter Symbol 对话框（或点击Symbol 菜单Enter Symbol项）从Symbol Libraries项中选择mf子目录（双击），然后在 Symbol File 中选择7474元件（双D触发器）；在prim子目录中选择电源 vcc、输入脚input 和输出引脚output。（或直接在Symbol Name 中输入所 需元件的名称回车亦可）。 (5)在图形编辑窗口中的左侧点击连线按钮(draws a horizontal or vertical line)， 并完成对电路的连线。各元件布置在合适的位置上（参考电路如图1）。 (6)在引脚的PIN_NAME处左键双击使之变黑，键入引脚名称。 (7)点击File菜单Project子菜单之set project to current file，也可点击工具栏中CMOS反相器
第5章 电路级设计与仿真
集成电路版图设计-反相器-传输门
电子电路设计与仿真工具
cmos模拟集成电路设计_实验报告
简单逻辑电路设计与仿真
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