集成电路版图设计-反相器-传输门

反相器的版图绘制一、前言反相器是数字电路中实现逻辑非的逻辑门，其输出电压的逻辑电平与输入电压相反。

反相器在电路中很多应用，比如音频放大、时钟振荡器等。

反相器既可用晶体管来构成，也可由CMOS来充当，这里我们研究的是由一个NMOS器件与一个PMOS器件组成的最简单的CMOS反相器。

CMOS反相器由一个NMOS 器件与一个PMOS器件构成，NMOS与PMOS的栅极连接在一起作为CMOS反相器的输入端，NMOS与PMOS的漏极相连接作为CMOS反相器的输出端，NMOS与PMOS的源极分别接地与接高电平。

二、反相器的版图绘制过程1、前期准备在绘制版图之前，必须要做一些前期准备工作。

首先就是在candence软件中为我们接下来要进行的设计建一个library与一个cell。

然后我们要根据设计好的版图来计算版图中各部分的尺寸大小。

对于反相器的版图绘制过程来说，就是确定NMOS与PMOS的器件长度与宽度，器件中接触孔、金属、多晶硅的尺寸以及其与有源区的相对位置。

2、版图绘制对于CMOS反相器的版图，可以将其两个主要部分——NMOS与PMOS，然后便是两个器件之间的连接部分、NMOS源极接地部分与PMOS源极接高电平的部分以及反相器的输入、输出端。

Ⅰ）、NMOS部分首先进行NMOS部分的版图绘制。

选中n型有源区ndiff，按快捷键R画一个宽4.8um，高3.6um的矩形（如图1所示）。

然后选中多晶硅poly，按快捷键P画一个宽0.6um，高4.2um的矩形多晶硅区，接着按K键，从有源区左边缘拉一条2.1um的标尺，从有源区的上端和下端各向外拉一条长0.6um的标尺，再根据标尺移动多晶硅，使其左边缘距有源区的左侧2.1um，且多晶硅上、下边缘分别超出有源区的上、下边缘0.6um（如图2所示）。

接着选中接触孔contact，画出四个长宽均为0.6um的矩形，将其分别放置到四个角，使其距有源区两侧都为0.9um（如图3所示）。

集成电路设计综合实验报告班级：微电子学1201班姓名：学号：日期：2016年元月13日一.实验目的1、培养从版图提取电路的能力2、学习版图设计的方法和技巧3、复习和巩固基本的数字单元电路设计4、学习并掌握集成电路设计流程二.实验内容1. 反向提取给定电路模块（如下图所示），要求画出电路原理图，分析出其所完成的逻辑功能，并进行仿真验证；再画出该电路的版图，完成DRC验证。

2. 设计一个CMOS结构的二选一选择器。

（1）根据二选一选择器功能，分析其逻辑关系。

（2）根据其逻辑关系，构建CMOS结构的电路图。

（3）利用EDA工具画出其相应版图。

（4）利用几何设计规则文件进行在线DRC验证并修改版图。

三.实验原理1. 反向提取给定电路模块方法一:直接将版图整体提取（如下图）。

其缺点：过程繁杂,所提取的电路不够直观,不易很快分析出其电路原理及实现功能。

直接提取的整体电路结构图方法二：将版图作模块化提取，所提取的各个模块再生成symbol，最后将symbol按版图连接方式组合成完整电路结构（如下图）。

其优点：使电路结构更简洁直观、结构严谨、层次清晰，更易于分析其原理及所实现的功能。

CMOS反相器模块CMOS反相器的symbolCMOS传输门模块 CMOS传输门的symbolCMOS三态门模块 CMOS三态门的symbolCMOS与非门模块 CMOS与非门的symbol各模块symbol按版图连接方式组合而成的整体电路经分析可知，其为一个带使能端的D锁存器，逻辑功能如下:①当A=1，CP=0时，Q=D，Q—=D—；②当A=1，CP=1时，Q、Q—保持；③当A=0，Q=0，Q—=1。

2.CMOS结构的二选一选择器二选一选择器（mux2）的电路如图所示，它的逻辑功能是：①当sel=1时，选择输入A通过，Y=A；②当sel=0时，选择输入B通过，Y=B。

二选一选择器（mux2）由三个与非门（nand）和一个反相器（inv）构成(利用实验1 的与非门和反相器symbol即可)。

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:１.8MOＳ管沟道最小宽度:０．７5最小长度：0.6Ａctivｅ区伸出栅极Pｌoｙ的最小延伸长度:0．5Conｔaｃｔ最小尺寸：0．6＊０.６Coｎｔact与Contａｃｔ之间的最小间距:０.7Ａctｉve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：0．6Actｉve上的Contａｃｔ距栅极Poly1的最小距离:0.6Metal1包最小尺寸的Contact:０.3Mｅｔal１与Metａl１之间的最小间距:0.8二、实验内容1、CMＯS反相器设计（电路设计、仿真、版图设计、验证）2、CMOS传输门设计（电路设计、仿真、版图设计、验证)三、实验结果1、CMOＳ反相器（１）Ｓｃｈematｉｃ当输入端in输入高电平时,ＭOＳ管M１截止，M２导通，输出端o ｕｔ输出低电平。

目录摘要 (3)绪论 (5)1软件介绍及电路原理 (6)1.1软件介绍 (6)1.2电路原理 (6)2原理图绘制 (8)3电路仿真 (10)3.1瞬态仿真 (10)3.2直流仿真 (11)4版图设计及验证 (12)4.1绘制反相器版图的前期设置 (12)4.2绘制反相器版图 (13)4.3 DRC验证 (15)结束语 (17)参考文献 (18)摘要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。

本文将简单的介绍基于ORCAD和L-EDIT的CMOS反相器的电路仿真和版图设计，通过CMOS反相器的电路设计及版图设计过程，我们将了解并熟悉集成电路CAD的一种基本方法和操作过程。

关键词：CMOS反相器ORCAD L-EDIT版图设计AbstractThe huge development potential of CMOS technology itself is the foundation of sustainable development of IC high speed. The manufacturing level of development of the integrated circuit to the deep sub micron technology, CMOS low power consumption, high speed and high integration have been fully reflected. In this paper, the circuit simulation and layout design of ORCAD and L-EDIT CMOS inverter based on simple introduction, through the circuit design and layout design process of CMOS inverter, we will understand and a basic method and operation process, familiar with IC CAD.Keywords: CMOS inverter layout ORCAD L-EDIT绪论20世纪是IC迅速发展的时代。

CMOS反相器MOSFET有P沟道和N沟道两种，每种中又有耗尽型和增强型两类。

由N沟道和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VDD大于两个管子的开启电压的绝对值之和，即V DD ＞(VTN＋|VTP|) 。

CMOS反相器工作原理首先考虑两种极限情况：当vI 处于逻辑0时，相应的电压近似为0V；而当vI处于逻辑1时，相应的电压近似为VDD。

假设在两种情况下N沟道管 TN为工作管P沟道管TP为负载管。

但是，由于电路是互补对称的，这种假设可以是任意的，相反的情况亦将导致相同的结果。

下图分析了当vI =VDD时的工作情况。

在TN的输出特性iD—vDS（vGSN＝VDD）(注意vDSN=vO)上，叠加一条负载线，它是负载管TP在 vSGP=0V时的输出特性iD－vSD。

由于vSGP ＜VT（VTN=|VTP|=VT），负载曲线几乎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vOL≈0V（典型值＜10mV ，而通过两管的电流接近于零。

这就是说，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vI ＝0V。

此时工作管TN在vGSN＝0的情况下运用，其输出特性iD－vDS几乎与横轴重合，负载曲线是负载管TP在vsGP＝VDD 时的输出特性iD－vDS。

由图可知，工作点决定了VO＝VOH≈VDD；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。

CMOS 反相器传输特性下图为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 和T P 两管同时导通。

北京工业大学集成电路板图设计报告姓名：张靖维学号：12023224 2015年6 月1日目录目录 (1)1 绪论 (2)1.1 介绍 (2)1.1.1 集成电路的发展现状 (2)1.1.2 集成电路设计流程及数字集成电路设计流程 (2)1.1.3 CAD发展现状 (3)2 电路设计 (4)2.1 运算放大器电路 (4)2.1.1 工作原理 (4)2.1.2 电路设计 (4)2.2 D触发器电路 (12)2.2.1 反相器 (12)2.2.2 传输门 (12)2.2.3 与非门 (13)2.2.4 D触发器 (14)3 版图设计 (15)3.1 运算放大器 (15)3.1.1 运算放大器版图设计 (15)3.2 D触发器 (16)3.2.1 反相器 (16)3.2.2 传输门 (17)3.2.3 与非门 (17)3.2.4 D触发器 (18)4 总结与体会 (19)1 绪论随着晶体管的出现，集成电路随之产生，并极大地降低了电路的尺寸和成本。

而由于追求集成度的提高，渐渐设计者不得不利用CAD工具设计集成电路的版图，这样大大提高了工作效率。

在此单元中，我将介绍集成电路及CAD发展现状，本次课设所用EDA工具的简介以及集成电路设计流程等相关内容。

1.1 介绍1.1.1集成电路的发展现状2014年，在国家一系列政策密集出台的环境下，在国内市场强劲需求的推动下，我国集成电路产业整体保持平稳较快增长，开始迎来发展的加速期。

随着产业投入加大、技术突破与规模积累，在可以预见的未来，集成电路产业将成为支撑自主可控信息产业的核心力量，成为推动两化深度融合的重要基础。

、1.1.2集成电路设计流程及数字集成电路设计流程集成电路设计的流程一般先要进行软硬件划分，将设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。

芯片硬件设计包括：功能设计阶段，设计描述和行为级验证，逻辑综合，门级验证（Gate-Level Netlist Verification），布局和布线。