主从JK 触发器工作原理
★当CP =1时，CP =0，从触发器被封锁，输出状态不变化。
★此时主触发器输入门打开，接收J 、K 输入信息，将代入基本RSFF 特性方程得出
★当CP =0时，CP =1，主触发器被封锁，禁止接受J 、K 信号,主触发器维持原态；从触发器输入门被打开，从触发器按照主触发器的状态翻转，其中：
即将主触发器的状态转移到从触发器的输出端，从触发器的状态和主触发器一致。将主代入式(5-7)可得
它由两个同步RS 触发器构成，
其中1门~4门组成从触发器，
5门~8门组成主触发器
n n n n D D n Q KQ Q J Q R S Q 主
主主主主+=+=+11
11''11
'1',++++++=+=+===n n n n n D D n n D n D Q Q Q Q Q R S Q Q S Q R 主
主主主
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主主+=+1
华中科技大学 电子线路设计、测试与实验》实验报告 实验名称：集成运算放大器的基本应用 院（系）：自动化学院 地点：南一楼东306 实验成绩： 指导教师：汪小燕 2014 年6 月7 日
、实验目的 1）了解触发器的逻辑功能及相互转换的方法。 2）掌握集成JK 触发器逻辑功能的测试方法。 3）学习用JK 触发器构成简单时序逻辑电路的方法。 4）熟悉用双踪示波器测量多个波形的方法。 （5）学习用Verliog HDL描述简单时序逻辑电路的方法，以及EDA技术 、实验元器件及条件 双JK 触发器CC4027 2 片； 四2 输入与非门CC4011 2 片； 三3 输入与非门CC4023 1 片； 计算机、MAX+PLUSII 10.2集成开发环境、可编程器件实验板及专用电缆 三、预习要求 （1）复习触发器的基本类型及其逻辑功能。 （2）掌握D触发器和JK触发器的真值表及JK触发器转化成D触发器、T触发器、T 触发器的基本方法。 （3）按硬件电路实验内容（4）（5），分别设计同步3 分频电路和同步模4 可逆计数器电路。 四、硬件电路实验内容 （1）验证JK触发器的逻辑功能。 （2）将JK触发器转换成T触发器和D触发器，并验证其功能。 （3）将两个JK触发器连接起来，即第二个JK触发器的J、K端连接在一起， 接到第一个JK触发器的输出端Q两个JK触发器的时钟端CP接在一起，并输入1kHz 正方波，用示波器分别观察和记录CP Q、Q的波形（注意它们之间的时序关系），理解2分频、4分频的概念。 （4）根据给定的器件，设计一个同步3分频电路，其输出波形如图所示。然后组装电路，并用示波器观察和记录CP Q、Q的波形。 （5）根据给定器件，设计一个可逆的同步模4 计数器，其框图如图所示。图中，M为控制变量，当M=0时，进行递增计数，当M=1时，进行递减计数；Q、 Q为计数器的状态输出，Z为进位或借位信号。然后组装电路，并测试电路的输入、输出
基本RS 触发器原理 图4-1(a)是由两个“与非”门构成的基本R-S 触发器,(b)是其逻辑符号。RD 、SD 是两个输入端，Q 及y 是两个输出端。 正常工作时，触发器的Q 和y 应保持相反，因而触发器具有两个稳定状态： 1）Q=1，y=0。通常将Q 端作为触发器的状态。若Q 端处于高电平，就说触发器是1状态； 2）Q=0，y=1。Q 端处于低电平，就说触发器是0状态；Q 端称为触发器的原端或1端，y 端称为触发器的非端或0端。 由图4-1可看出，如果Q 端的初始状态设为1，RD 、SD 端都作用于高电平（逻辑 1），则y 一定为0。如果RD 、SD 状态不变，则Q 及y 的状态也不会改变。这是一个稳定状态；同理，若触发器的初始状态Q 为0而y 为1，在RD 、SD 为1的情况下这种状态也不会改变。这又是一个稳定状态。可见，它具有两个稳定状态。 输入与输出之间的逻辑关系可以用真值表、状态转换真值表及特征方程来描述。 图4 （一）真值表 R-S 触发器的逻辑功能，可以用输入、输出之间的逻辑关系构成一个真值表(或叫功能表)来描述。 1、当RD =0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，y 一定为1,由于“与非”门2的输入全是1，Q 端应为0。称触发器为0状态，RD 为置0端。 2、当RD =1，SD=0时，不论触发器的初始状态如何，Q 一定为1,从而使y 为0。称触发器为1状态，SD 置1端。 3、当RD =1，SD =1时，如前所述，Q 及y 状态保持原状态不变。 4、当RD =0，SD =0时，不论触发器的初始状态如何，Q=y=1，若RD 、SD 同时由0变成1，在两个门的性能完全一致的情况下, Q 及y 哪一个为1，哪一个为0是不定的，在应用时不允许RD 和SD 同时为0。 综合以上四种情况，可建立R-S 触发器的真值表于表1。应注意的是表中RD = SD =0的一行中Q 及y 状态是指RD 、SD 同时变为1后所处的状态是不定的，用Ф表示。 由于RD =0，SD =1时Q 为0，RD 端称为置0端或复位端。相仿的原因，SD 称置
目录 第一章绪论0 简介0 集成电路0 版图设计1 软件介绍1 标准单元版图设计1 标准单元版图设计的概念1 标准单元版图设计的历史1 标准单元的版图设计的优点2 标准单元的版图设计的特点2 第二章D触发器的介绍 2 简介2 维持阻塞式边沿D触发器3 电路工作过程3 状态转换图和时序图3 同步D触发器3 电路结构3 逻辑功能4 真单相时钟（TSPC）动态D触发器4 第三章工艺基于TSPC原理的D触发器设计5 电路图的设计5 创建库与视图5 基于TSPC原理的D触发器电路原理图5 创建D触发器版图6 设计步骤6 器件规格7 设计规则的验证及结果8 第四章课程设计总结9 参考文献 9 第一章绪论 简介 集成电路 集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采
用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。 版图设计 版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。版图在设计的过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能，Cadence 的Virtuoso的版图设计软件帮助设计者在图形方式下绘制版图。 对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行： （1）划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。（2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。（3）布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。 （4）压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。软件介绍 目前大部分IC 公司采用的是UNIX 系统，使用版本是SunSolaris。版图设计软件通常为Cadence ，它是一个大型的EDA 软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC 设计、FPGA设计和PCB 设计。软件操作界面人性化，使用方便，安全可靠，但价格较昂贵。 标准单元版图设计 标准单元版图设计的概念 标准单元,也叫宏单元。它先将电路设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元的版图, 按照最佳设计的一定的外形尺寸要求, 精心绘制好并存入单元库中。实际设计ASIC电路时, 只需从单元库中调出所要的元件版图, 再按照一定的拼接规则拼接, 留出规则而宽度可调的布线通道, 即可顺利地完成整个版图的设计工作了。 基本逻辑单元的逻辑功能不同, 其版图面积也不可能是一样大小的。但这些单元版图的设计必须满足一个约束条件, 这就是在某一个方向上它们的尺寸必须是完全一致的, 比如说它们可以宽窄不一, 但它们的高度却必须是完全相等的,这就是所谓的“等高不等宽”原则。这一原则是标准单元设计法得以实施的根本保证。 标准单元版图设计的历史 随着集成电路产业迅猛的发展,工艺水平不断提高,集成电路特征尺寸循着摩尔定律不断缩小。设计芯片时需要考虑的因素越来越多,芯片设计的复杂程度也越来越高。因而尽可能复用一些已经通过工艺验证的IP核可以提高设计的效率,降低芯片设计的成本。
苏州市职业大学 实习(实训)说明书名称主从D触发器0.35μm工艺版图设计 2014年9月1日至2014年9月5日共1 周 院部电子信息工程学院 班级 12微电子技术1班 姓名陈冬丽 院长张欣 系主任陈伟元 指导教师吴尘 校外指导教师徐静
目录 第一章绪论 0 1.1 版图设计基础知识 0 1.1.1设计流程 0 1.1.2设计步骤 0 1.1.3 设计规则及验证 (1) 1.2 标准单元版图设计 (1) 1.2.1标准单元版图设计简介 (1) 1.2.2标准单元版图设计的意义 (1) 1.2.3标准单元版图设计的优点 (1) 第二章 D触发器介绍 (2) 2.1 D触发器简介 (2) 2.1.1 触发器的分类 (2) 2.2主从D触发器的介绍 (3) 第三章 0.35um工艺主从D触发器的设计 (5) 3.1 主从D触发器电路图的设计步骤及电路图 (5) 3.2 主从D触发器版图的设计步骤及电路图 (6) 3.3 DRC及LVS验证方法及结果 (7) 第四章心得体会 (8) 参考文献 (9)
第一章绪论 1.1 版图设计基础知识 版图是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小，各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。版图在设计过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能。 1.1.1设计流程 版图设计是创建工程制图的精确的物理描述的过程，而这一物理描述遵守由制造工艺、设计流程以及仿真显示为可行的性能要求所带来的一系列约束。 1.1.2设计步骤 1、首先市场部通常会详细说明需要开发的产品。 2、下一步是规定设计的结构或者行为。电路设计工程师规定芯片的结构来满足市场需求。 3、系统仿真由一组设计师完成。这组设计师会对将要集成在最终芯片中的各个单独模块进行定义和验证。 4、版图设计由版图设计师完成。他们的工作包括放置多边形，对于所有的模块，利用电路组生成的电路图来实现晶体管、基底连线、连线等。拿去大规模生产的最终设计是整个芯片的版图。 5、在第一块晶圆制造出来后，测试工程师组成就要开始尝试测试芯片，首先，他们将检查工艺参数是否在可以接受的允许误差范围内。下一步是使用工程测试仪来测试芯片，以便于找出所有的违规，并尝试在现场解决这些问题。
深圳大学实验报告 课程名称：数字电路与逻辑设计 实验项目名称:集成触发器功能测试及转换 学院： 专业、班级： 指导教师： 报告人：学号： 实验报告提交时间： 2014-12-18 教务处制
一、实验目的与要求 1．悉并掌握RS、D、JK、T触发器的构成、工作原理和功能测试方法； 2．掌握不同逻辑功能触发器的相互转换； 3. 掌握三态触发器和锁存器的功能及使用方法； 4. 学会触发器、三态触发器、锁存器的应用。 二、预习要求 （1）复习各种触发器的工作原理、逻辑功能及不同结构形式触发器的触发方式、工作特性； （2）熟悉集成D触发器、JK触发器、三态输出RS触发器、D锁存器的引脚排列及功能； （3）复习各种触发器之间的功能转换方法。 三、实验说明 触发器是具有记忆作用的基本单元，在时序电路中时必不可少的。触发器具有两个基本性质： （1）在一定条件下，触发器可以维持在两种稳定状态上（0或1状态之一保持不变）； （2）在一定的外加信号作用下，触发器可以从一种状态转变成另一种稳定状态（0-1或1-0），也就是说，触发器可记忆二进制的0或1，故被用作二进制的存储单元。 触发器可以根据有无时钟脉冲分为两大类：基本触发器和钟控触发器。从逻辑功能，即从触发器次态和现态以及输入信号之间的关系上，可以将钟控触发器分为RS触 发器、D触发器、JK触发器、T触发器等几种类型。当CP有效时， RS触发器的特性方程是：Q n+1=S+RQ n（约束条件：SR=0） D触发器的特性方程是：Q n+1=D JK触发器的特性方程是：Q n+1n n T触发器的特性方程是：Q n+1n n T’触发器的特性方程是：Q n+1=Q n 钟控触发器若按触发器方式，可分为电平触发（高电平触发、低电平触发）、边沿触发（上升沿触发、下降沿触发）和主从触发三种。电平触发：在时钟脉冲CP高（低）电平期间，触发器接受控制输入信号，从而改变其状态。电平触发方式的根本缺陷是空翻问题。边沿触发：仅在时钟CP的下降沿（1-0变化边沿）或上升边沿（0-1变化边沿）触发器才能接受控制输入信号，从而改变状态。主从触发：在时钟脉冲CP高电平期间，主触发器接受控制输入信号，时钟脉冲CP下降沿时刻从触发器可以改变状态——变为主触发器的状态。 四、实验设备 1.双踪示波器； 2.RXB-1B数字电路实验箱； 3.74LS74（双上升沿D触发器）、74LS76（霜下降沿JK触发器）、74LS86（四2输入异或门）。
实验五触发器原理,转换及设计 2.5.1 实验目的 （1）掌握基本D，J_K触发器的电路结构及逻辑功能。 （2）掌握各种触发器之间的相互转换及应用。 2.5.2 实验仪器设备与主要器件 试验箱一个，双踪示波器一台；稳压电源一台，函数发生器一台。74LS74双D正沿触发器；74LS75锁存器74LS76双J-K触发器。 2.5.3 实验原理 前面所述的各种集成电路均属组合逻辑电路，该电路某一时刻的输出状态只有该时刻的输入状态决定。 数字系统中的另一类电路称为时序逻辑电路。构成时序逻辑电路的基本器件是触发器。具有两种不同稳定状态的存储二进制信息的基本单元统称为双稳态器件，常芝锁存器或触发器。 2.5.4 实验内容 （1）测试D触发器的逻辑功能。将D触发器74LS74的SD,RD和D分别接逻辑开关，ＣＰ接单词没冲，按D触发器的逻辑功能进行测试，记录测试功能，观察CP与Q之间的关系，画出同步波形。 D触发器的特征表： CP D Q n Q n+1 * * * * ↑0 * 0 ↑ 1 * 1 仿真图： 波形图如图示：上图为CP波形，下图为Q波形：
当Ｄ＝０时，Ｑ＝０； 当D=1时，Ｑ＝１； 图２－５－５的仿真图：
波形图： 由波形图看出时钟每触发2个周期时，电路输出1个周期信号，即该电路实现了二分频功能。 (2)测试J-K触发器的逻辑功能，测试结果与图2-5-2所示的特征表对照，并按图2-5-8所试点链接，用函数发生器输出1KHZ的0-5v方波信号作为时钟脉冲，记录CP，Q1,Q2的同步波形。 真值表： ＣＰＪＫＱｎＱｎ＋１ * ** * Ｑｎ ↓↓００ ００ ０ １ ０保持 １ ↓↓１０ １０ ０ １ １置１ １ ↓↓０１ ０１ ０ １ ０置０ ０ ↓↓１１ １１ ０ １ １必翻 ０ 仿真图： 波形图：由上到下依次为CP,Q1，Q2的波形；
同步RS 触发器电路结构、工作原理及功能表示 1．电路结构 主从RS 触发器是时钟触发器的一种。由与非门构成的时钟RS 触发器电路结构如图8.9所示，CP 为时钟脉冲输入端。 1S C1S CP Q Q 1R R (a)同步RS 触发器电路 （b ）逻辑符号 图8.9 同步RS 触发器 2．功能分析 当CP =0时，G 3、G 4门关闭，不论R 、S 如何变化，触发器输出保持不变。 而CP =1时，R 、S 端的信号经与非门反相后引到基本RS 触发器的输入端，此时触发器输出由R 、S 及CP 决定。S =0、R =1时，S =1、R =0，Q =1，反馈到G 1门使Q =0，即不论触发器原态是0态还是1态，电路的输出一定为0；S =1、R =0时，S =0、R =1，Q =1，反馈到G 2门使Q =0，即不论触发器原态是0态还是1态，电路的输出一定为1；S =0、R =0时，S =1、R =1，触发器的状态将保持不变。 S =1、R =1时，S =0、R =0，使Q =1、Q =1，破坏了输出信号互补的原则，而随后S =0、R =0时，输出状态可能是1也可能是0，出现了不定状态，这在触发器工作时是不允许出现的。 R 、S 控制输出状态转换，CP 控制何时发生状态转换。时钟RS 触发器是在CP =1时发生状态转换，称为高电平触发。 3．功能表示方法 （1）功能表 时钟RS 触发器的功能表如表8.3。其功能与基本RS 触发器功能相似，但在CP =1到 Q ＆ ＆ G 1 G Q S R ＆ G 3 ＆ G 4 S R
来时状态才能变化。Q n 为CP 脉冲到来前触发器的状态，称为现态，Q n+1为CP 脉冲到来后触发器的状态，称为次态。 表8.3 RS 触发器的功能表 （2）特征方程 表示触发器次态与触发器输入及现态的逻辑关系式称为触发器的特征方程。 根据功能表画出卡诺图，如图8.10，经过化简，得到时钟RS 触发器在CP =1时的特征方程： n n Q R S Q +=+1；RS =0约束条件 RS =0为约束条件，表示S 、R 不能同时为1。 图8.10 时钟RS 触发器卡诺图 （3）状态转换图 用两个圆表示触发器的两种稳态0和1。箭头表示由现态到次态的转换方向，箭尾表示原态，箭头线上的数字标注出了原态转换成次态所需的触发条件。如图8.11所示。 图8.11 时钟RS 触发器状态转换图 （4）波形图 触发器的功能可以通过输入输出波形表示。图8.12为RS 触发器的波形图。 R S Q n Q n+1 功能说明 0 0 0 0 0 1 0 1 保持 0 0 1 1 0 1 1 1 置1 1 1 0 0 0 1 0 0 置0 1 1 1 1 0 1 不定 不定 禁止 Q n RS 0 1 10 11 00 01 0 1 × 0 1 1 × ×0 01 10 0× 1
触发器之间的功能转换（考过）（填空）一、转换的目的： 触发器的逻辑功能和电路结构无对应关系。同一功能的触发器可用不同结构实现；同一结构触发器可做成不同的逻辑功能。 二、触发器之间转换的方法： 1、写特征方程 写出已有触发器和待求触发器的特征方程。 2、变换特征方程 变换待求触发器的特征方程，使之形式与已有触发器的特征方程一致。 3、比较系数 根据方程式，如果变量相同、系数相等则方程一定相等的原则，比较已有和待求触发器的特征方程，求出转换逻辑。4、画逻辑图 根据转换逻辑画出逻辑图。 注意： (1)现有触发器的特征方程不能变换。 (2)关键是变换待求触发器的特性方程； (3)难点是解决已有触发器的输入端的接法.
三、注意： 1、触发器之间的转换方法也可适合任何两种逻辑功能触发器之间的相互转换。 2、掌握好触发器之间的转换方法，可使逻辑电路不受触发器类型的控制，能更好的应用自如的设计出更简单的逻辑功能电路。 四、举例 1．D 触发器转换成JK 触发器 (1) 写特征方程 D 触发器的特征方程： D Q n =+1 JK 触发器的特征方程：n n 1n Q K Q J Q +=+ (2) 变换特征方程 变换JK 触发器的特征方程，使之形式与已有D 触发器的特征方程一致。 D Q K Q J Q =+=+n n 1n (3)比较系数，求出转换逻辑 将两个触发器的特征方程进行比较，可见，使D 触发器 的输入为n n n n Q K Q J Q K Q J D =+=，则D 触发器实现JK 触发 器的功能。 (4)画逻辑图 将D 触发器的输入信号用转换逻辑连接实现JK 触发器的功
苏州市职业大学 课程设计说明书 名称基于TSPC原理的D触发器0.35μm工艺版图设计2011年12月19日至2011年12月23日共1 周 院系电子信息工程系 班级 姓名
目录 第1章：绪论 (3) 1.1 版图设计的基础知识 (3) 1.1.1 版图设计流程 (3) 1.1.2 版图设计步骤 (3) 1.1.3 版图设计规则 (4) 1.1.4 版图设计验证 (5) 1.2 标准单元版图的设计 (6) 1.2.1 标准单元库的定义 (6) 1.2.2 标准单元库用途 (6) 1.2.3 标准单元设计方法 (6) 第2章：D触发器的介绍 (7) 2.1 D触发器 (7) 2.2 维持阻塞D触发器 (7) 2.2.1 维持阻塞D触发器的电路结构 (7) 2.2.2 维持阻塞D触发器的工作原理 (8) 2.2.3 维持阻塞D触发器的功能描述 (9) 2.3 同步D触发器 (9) 2.3.1 同步D触发器的电路结构 (9) 2.3.2 同步D触发器的工作原理 (10) 2.3.3 逻辑功能表示方法 (10) 2.4 基于TSPC原理的D触发器 (11) 2.4.1 构成原理 (11) 2.4.2 仿真波形 (11) 第3章：0.35um工艺基于TSPC原理的D触发器设计 (12) 3.1 动态D触发器电路图的设计步骤及电路图 (12) 3.2 动态D触发器版图的设计步骤及电路图 (13) 3.3 DRC、LVS验证 (14) 第4章：心得体会 (15) 参考文献 (16)
第1章：绪论 1.1 版图设计的基础知识 1.1.1 版图设计流程 版图设计是创建工程制图（网表）的精确的物理描述的过程，即定义各工艺层图形的形状、尺寸以及不同工艺层相对位置的过程。其中版图设计的流程如图1.1.1所示。 图1.1.1 1.1.2 版图设计步骤 作为后端设计者，是集成电路从设计走向制造的桥梁，设计步骤包括以下几部分： 1、布局：安排各个晶体管、基本单元和复杂单元在芯片上的位置。 2、布线：设计走线、门间、单元间的互连。 3、尺寸确定：确定晶体管尺寸（W、L）、互连尺寸（连线宽度）以及晶体管与互连之间的相对尺寸等。 4、版图编辑（Layout Editor）:规定各个工艺层上图形的形状、尺寸和位置。 5、布局布线（Place and route）:给出版图的整体规划和各图形间的连接。 6、版图检查（Layout Check）:设计规则检查(DRC,Design Rule Check)、电器规则检查
主从型RS触发器 教学目的：1、让学生掌握主从型RS触发器的工作原理 2、培养学生的分析能力 教学重点：主从工作过程的分析 教学难点：主从RS触发器电路的真值表 教学方法：讲授 教学时间：2课时 教学过程： 一、复习： RS触发器的逻辑功能 二、新授：主从RS触发器 1. 电路形式 首先学生要从电路形式上来认识主从型RS触发器，然后才能从原有的RS 触发器入手来进行分析，有利于学生知识的系统化，能够有层次感。 先从同步RS触发器的缺点开始，分析电路的问题所在，担出解决问题有办法。以提高学生的学习兴趣。 2. 工作原理 CP=1期间，主触发器状态随R 、S翻转，从触发器状态保持不变。
CP从1变成0时，从触发器的状态随此时主触发器状态翻转。 CP=0期间，主触发器和从触发器状态均保持不变。 因此，主从RS触发器是一个边沿触发器 然后由工作原理推出真值表。以利于学生有序的掌握知识。由于电路的结构比较复杂，学生在平时使用的过程在中会有较多的不便，故引出主从型RS触发器的逻辑符号，以便在平时画图时使用。 3. 功能表、表达式和逻辑符号 真值表不能够死记硬背，要讲究机巧，这里要引用RS触发器的规则，这里是输入高电平有效，只有当输入有一个为1时，输出才可能发生变化，当RS为00时则输出不变。当两个现时有效时则输出不能确定。由于R像0则当RS为10时则输出为0，又由于S像1，则当RS输入为01时，则输出为1。这样学生就会较深的记住主从型RS触发器的真值表了。又能够让学生区分同步RS触发器的逻辑功能。 4. 波形图 主从RS触发器的状态只在时钟信号的下降沿翻转，抗干扰能力较强！克服
目录 第一章绪论 (1) 1.1 简介 (1) 1.1.1 集成电路 (1) 1.1.2 版图设计 (1) 1.2 软件介绍 (2) 1.3 标准单元版图设计 (2) 1.3.1 标准单元版图设计的概念 (2) 1.3.2 标准单元版图设计的历史 (2) 1.3.3 标准单元的版图设计的优点 (3) 1.3.4 标准单元的版图设计的特点 (3) 第二章 D触发器的介绍 (4) 2.1 简介 (4) 2.2 维持阻塞式边沿D触发器 (4) 2.2.1 电路工作过程 (4) 2.2.2 状态转换图和时序图 (5) 2.3 同步D触发器 (5) 2.3.1 电路结构 (5) AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
2.3.2 逻辑功能 (6) 2.4 真单相时钟（TSPC）动态D触发器 (6) 第三章 0.35um工艺基于TSPC原理的D触发器设计 (8) 3.1 电路图的设计 (8) 3.1.1 创建库与视图 (8) 3.1.2 基于TSPC原理的D触发器电路原理图 (8) 3.2 创建 D触发器版图 (9) 3.2.1 设计步骤 (9) 3.2.2 器件规格 (11) 3.3 设计规则的验证及结果 (11) 第四章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
第一章绪论 1.1 简介 1.1.1 集成电路 集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
斯密特触发器 斯密特触发器波形图 [1] 斯密特触发器又称斯密特与非门，是具有滞后特性的数字传输门。该器件既可以像普通“与非”门那样工作， 也可以接成斯密特触发器来使用。斯密特触发器具有如下两个特点： 1、电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压； 2、与双稳态触发器和单稳态触发器不同，斯密特触发器属于“电平触发型”电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。 它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-时，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的。 斯密特触发器原理图 [2] 而从IC内部的逻辑符号和“与非”门的逻辑符号相比就略有不同，它增加了一个类似方框的图形，该图形正是代表斯密特触发器一个重要的滞后特性。滞后特性是指当把输入端并接成非门时，它们的输入、输出特
性是：当输入电压V1上升到VT＋电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT＋电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT－电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），用公式：VT＋—VT－=△VT 表示，△VT称为斯密特触发器的滞后电压。△VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，△VT略有增加，一般△VT值在3V左右。因斯密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；有时还用它作电压幅度鉴别，在数字电路中它也是很常用的器件。 电路结构斯密特触发器 把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器，其逻辑电路如图7.2.1.(a)所示。它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q。 工作原理 基本RS触发器的逻辑方程为： 根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系: 1.当R端无效，S端有效时，则Q=0,Q=1,触发器置1。 2.当R端有效、S端无效时，则Q=1,Q=0,触发器置0。 如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1，或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S 端为置1端。R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。 同理，称R端为置0端或复位端。若触发器原来为1态，欲使之变为0态，必须令R端的电平由1变0，S端的电平由0变1。这里所加的输入信号（低电平）称为触发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。由于这里的触发信号是电平,因此这种触发器称为电平控制触发器。从功能方面看，它只
基本触发器的设计 预备知识：RS触发器是一种基本的触发器 一触发器 1触发器的概念 触发器：具有记忆功能的基本逻辑电路，能存储二进制信息（数字信息）。 触发器有二个基本特性： （ 1 ）有两个稳态，可分别表示二进制数码 0 和 1 ，无外触发时可维持稳态； 触发器的两个稳定状态 ①Q=1，通常将Q端作为触发器的状态。若Q端处于高电平，就说触发器是1状态； ②Q=0，Q端处于低电平，就说触发器是0状态；Q端称为触发器的原端或1端，端称为触发器的非端或0端。 （ 2 ）外触发下，两个稳态可相互转换（称翻转），已转换的稳定状态可长期保持下来，这就使得触发器能够记忆二进制信息，常用作二进制存储单元。 （3 ）触发器的分类：根据 逻辑功能不同：RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和触发器等。 触发方式不同：电平触发器、边沿触发器和主从触发器等。 电路结构不同：基本RS触发器，同步触发器、维持阻塞触发器、主从触发器和边沿触发器。 二、RS触发器的知识 1 基本RS触发器原理 图2-1是由两个“与非”门构成的基本R-S触发器。RD、SD是两个输入端，Q及Qn是两个输出端。 图2-1 RS触发器
2 稳定状态 正常工作时，触发器的Q和Qn应保持相反，因而触发器具有两个稳定状态： ①Q=1，Qn=0。通常将Q端作为触发器的状态。若Q端处于高电平，就说触发器是1状态； ②Q=0，Qn=1。Q端处于低电平，就说触发器是0状态； Q端称为触发器的原端或1端，Qn端称为触发器的非端或0端。 3 真值表 R-S触发器的逻辑功能，可以用输入、输出之间的逻辑关系构成一个真值表(或叫功能表)来描述。 ①当RD=0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，Qn 为1,由于“与非”门2的输入全是1，Q端应为0。称触发器为 状态，R D为置0端 ②当RD =1，SD =0时，不论触发器的初始状态如何，Q 为1,从而使Qn为0。称触发器为1状态，SD置1端。 ③当RD =1，SD =1时，如前所述，Q及Qn 态不变。 4 当RD =0，SD =0时，显然，在此条件下，两个与非门的输 出端Q,Qn全为1，若RD、SD同时由0变成1 完全一致的情况下, Q及Qn究竟哪一个为1，哪一个为0是不 定的，因此称这种情况为不定状态，在应用时不允许RD和SD同时为0。归纳：由上面的分析我们得出如表2-1的真值表 5 RS触发器逻辑表达式 为约束条件 该逻辑表达式也称为触发器的特性方程
摘要 本设计是基于ZeniEDA D触发器的设计。本文分四个部分，其中详细叙述了D 触发器的电路设计和版图设计两个部分。第一部分是绪论，主要有集成电路CAD的发展现状、Zeni软件的说明以及集成电路设计流程等内容。第二部分是D触发器的电路设计，首先对Spice仿真进行了说明，然后就是D触发器的总体方案和D触发器的功能描述，还对D触发器的各个功能模块的设计与仿真作了详细说明。第三部分是D触发器的版图设计，首先对版图设计的逻辑划分、布线布局理论等进行了简明的阐述，然后对D触发器的各个单元模块的版图设计进行了说明，并给出了每个功能模块的版图以及D触发器的总版图，最后给出了D触发器的DRC验证和LVS 验证以及导出GDS-Ⅱ文档。本设计几乎涉及了集成电路CAD设计的各个流程，并作了详细的描述与说明。 关键词：D触发器；反相器；与非门；传输门；版图
目录 摘要.................................................................................................................. I 1绪论 . (1) 1.1集成电路CAD的发展现状 (5) 1.2Zeni软件说明 (6) 1.3集成电路设计流程 (3) 2电路设计 (5) 2.1Spice仿真说明 (5) 2.2总体方案及功能描述 (6) 2.3单元模块电路设计及仿真 (8) 3版图设计 (14) 3.1版图设计基础 (14) 3.2单元模块版图设计 (15) 3.3D触发器版图设计 (17) 3.4版图验证 ....................................................... 1错误！未定义书签。 3.5导出GDS-Ⅱ文档 (20) 4总结与体会 (21) 参考文献：................................................................... 错误！未定义书签。致谢 . (23)
课程设计任务书 学生姓名：王志强专业班级：电子1101班 指导教师：刘金根工作单位：信息工程学院 题目: 主从RS触发器电路设计 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。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对主从RS触发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
摘要 (1) 1 绪论 (2) 2 设计内容及要求 (3) 2.1 设计的目的及主要任务 (3) 2.2 设计思想 (3) 3软件介绍 (4) 3.1 OrCAD简介 (4) 3.2 L-Edit简介 (5) 4 主从RS触发器电路介绍 (6) 4.1 主从RS触发器的组成 (6) 4.2 主从RS触发器电路真值表 (7) 5 Cadence中主从RS触发器电路的设计 (8) 5.1 主从RS电路原理图的绘制 (8) 5.2 主从RS触发器电路的仿真 (9) 6 L-EDIT中主从RS触发器电路版图的设计 (11) 6.1 版图设计的基本知识 (11) 6.2 与非门的绘制 (12) 6.3主从RS触发器版图设计 (14) 7课程设计总结 (15) 参考文献 (16)
基本RS触发器工作原理 基本RS触发器工作原理 基本RS触发器的电路如图1（a）所示。它是由两个与非门，按正反馈方式闭合而成，也可以用两个或非门按正反馈方式闭合而成。图（b）是基本RS触发器逻辑符号。基本RS触发器也称为闩锁（Latch）触发器。 (a) (b) 图1 基本RS触发器电路图和逻辑符号 定义A门的一个输入端为R d端，低电平有效，称为直接置“0”端，或直接复位端（Reset），此时S d端应为高电平；B门的一个输入端为S d端，称为直接置“1”端，或直接置位端（Set），此时R d端应为高电平。我们定义一个与非门的输出端为基本RS触发器的输出端Q ，图中为B门的输出端。另一个与非门的输出端为Q 端，这两个端头的状态应该相反。因基本RS触发器的电路是对称的，定义A门的输出端为Q端，还是定义B门的输出端为Q端都是可以的。一旦Q端确定，R d和S d端就随之确定，再不能任意更改。 2 两个稳态 这种电路结构，可以形成两个稳态，即 Q=1，Q=0，Q=0，Q =1 当Q=1时，Q=1和R d=1决定了A门的输出，即Q=0 ，Q=0反馈回来又保证了Q=1 ；当Q=0时，Q=1，Q=1和S d=1决定了B门的输出，即Q=0，Q=0又保证了Q =1 。 在没有加入触发信号之前，即R d和S d端都是高电平，电路的状态不会改变。 3 触发翻转 电路要改变状态必须加入触发信号，因是与非门构成的基本RS触发器，所以，触发信号是低电平有效。若是由或非门构成的基本RS触发器，触发信号是高电平有效。
R d和S d是一次信号，只能一个一个的加，即它们不能同时为低电平。 在R d端加低电平触发信号，R d =0，于是Q =1 ，Q =1和S d=1决定了Q=0 ，触发器置“0”。R d是置“0”的触发器信号。 Q=0以后，反馈回来就可以替代R d=0的作用，R d=0就可以撤消了。所以，R d不需要长时间保留，是一个触发器信号。 在S d端加低电平触发信号，S d=0，于是Q=1 ，Q=1和R d=1决定了Q=0 ，触发器置“1”。但Q=0 反馈回来，S d=0才可以撤消，S d是置“1”的触发器信号。 如果是由或非门构成的基本RS触发器，触发信号是高电平有效。此时直接置“0”端用符号Rd；直接置“1”端用符号Sd。 4 真值表和特征方程 以上过程，可以用真值表来描述，见上表。表中的Q n和Q n表示触发器的现在状态，简称现态；Qn+1和Qn+1表示触发器在触发脉冲作用后输出端的新状态,简称次态。对于新状态Qn+1而言，Qn也称为原状态。 上表真值表表中Qn=Qn+1表示新状态等于原状态，即触发器没有翻转，触发器的状态保持不变。必须注意的是，一般书上列出的基本RS触发器的真值表中，当R d =0、S d=0时，Q 的状态为任意态。这是指当R d、S d同时撤消时，Q端状态不定。若当R d=0、S d =0时，Q =1，状态都为“1”，是确定的。但这一状态违背了触发器Q端和Q端状态必须相反的规定，是不正常的工作状态。若R d、S d不同时撤消时，Q端状态是确定的，但若R d、S d同时撤消时，Q端状态是不确定的。由于与非门响应有延迟，且两个门延迟时间不同，这时哪个门先动做了，触发器就保持该状态，这一点一定不要误解。但具体可见例1 。 把上表所列逻辑关系写成逻辑函数式，则得到
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用(doc 8页)
CD4047BE 单稳态触发器原理及应用 多谐振荡器是一种自激振荡电路。因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。 图6.4.1 对称式多谐振荡器电路 对称式多谐振荡器是一个正反馈振荡电路[图6.4.1，]。和是两个反相器，和是两个耦合电容，和是两个反馈电阻。只要恰当地选取反馈电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。上电时，电容器两端的电压和均为0。假设某种扰动使有微小的正跳变，那么经过一个正反馈过程，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，电路进入第一个暂稳态。电容和开始充电。的充电电流方向与参考方向相同， 正向增加；的充电电流方向与参考方向相反，负向增加。随着的正向增加，从逐渐上升；随着的负向增加，从逐渐下降。因为经和两条支路充电而经一条支路充电，所以充电速度较快，上升到时还没有下降到。上升到使跳变为。理论上，向下跳变，也将向下跳变。考虑到输入端钳位二极管的影响，最多跳变到。下降到使跳变为，这又使从向上跳变
，即变成，电路进入第二个暂稳态。经一条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），逐渐下降。经和两条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），逐渐上升。的上升速度大于的下降速度。当上升到时，电路又进入第一个暂稳态。 此后，电路将在两个暂稳态之间来回振荡。 非对称式多谐振荡器是对称式多谐振荡器的简化形式[图6.4.6]。这个电路只有一个反馈电阻和一个耦合电容。反馈电阻使的静态工作点位于电压传输特性的转折区，就是说，静态时，的输入电平约等于，的输出电平也约等于。因为的输出就是的输入，所以静态时也被迫工 作在电压传输特性的转折区。 图6.4.6 非对称是多谐振荡器电路 环形振荡器[图6.4.10]不是正反馈电路，而是一个具有延迟环节的负反馈电路。 图6.4.10 最简单的环形振荡器
目录 第一章绪论简介 集成电路
集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。 版图设计 版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。版图在设计的过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能，Cadence 的Virtuoso的版图设计软件帮助设计者在图形方式下绘制版图。 对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行： （1）划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。 （2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。 （3）布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。 （4）压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。 软件介绍 目前大部分IC 公司采用的是UNIX 系统，使用版本是SunSolaris。版图设计软件通常为Cadence ，它是一个大型的EDA 软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC 设计、FPGA设计和PCB 设计。软件操作界面人性化，使用方便，安全可靠，但价格较昂贵。