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CMOS四选一多路选择器的线路设计与版图设计

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vf D Gnd PULSE (0 5 15n 2n 2n 25n 50n)
.tran 1n 400n
.print tran v(ctrl1) v(ctrl2) v(A) v(B) v(C) v(D) v(F)
* Main circuit: Module0
M1 C N1 N5 Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M2 N1 ctrl1 Gnd Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M3 N18 ctrl2 Gnd Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M4 A ctrl1 N5 Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M5 B ctrl1 N2 Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M6 D N1 N2 Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M7 N5 ctrl2 F Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M8 N2 N18 F Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M9 C ctrl1 N5 Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M10 A N1 N5 Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M11 N1 ctrl1 Vdd Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M12 N18 ctrl2 Vdd Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M13 B N1 N2 Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M14 D ctrl1 N2 Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M15 N5 N18 F Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
M16 N2 ctrl2 F Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u
* End of main circuit: Module0
电路图瞬时分析波形图：
版图设计：
内容（方法、步骤、要求或考核标准及所需工具、设备等）
一、实训设备与工具
1．PVI计算机一台；
2．Tanner Pro集成电路设计软件
二、项目总体要求
采用全CMOS线路结构，实现如下电路功能：
对应选择信号的四种组合，将输入数据信号一一传送到输出端。

三、实训方法、步骤与要求
1．CMOSCMOS四选一多路选择器的线路图设计与分析模拟
1）进入S-EDIT程序
2）打开原有CMOS电路模块
3）另存为新的设计模块mux4_1
4）修改电路中各MOS管各电极与电源、地之间的连接，构成CMOS四选一多路选择器
5）进入T-SPICE程序
6）加载包含文件，即引用1.25um的CMOS流程组件模型文件“ml2_125.md”
7）设定电源电压：Edit Insert Command Voltage Source Constant
8）设定输入信号：Edit Insert Command Voltage Source Pulse
9）分析设定：Edit Insert Command Analysis Transient
10）输出设定：Edit Insert Command Output Transient Results
11）进行模拟仿真
12）观察分析电路的瞬时分析结果
13）重新设定输入信号：Edit Insert Command Voltage Source Pulse
8) 分析设定：Edit Insert Command Analysis DC Transfer Sweep
9) 输出设定：Edit Insert Command Output DC Results
10) 进行模拟仿真
11）观察分析电路的直流分析结果，包括电压和电流直流分析结果
2．在进行版图设计前，应先将屏幕显示改为256色
3．利用L-EDIT设计CMOS四选一多路选择器版图
1）进入L-EDIT程序，打开原有的CMOS电路版图
2）新建组件CELL，命名为mux4_1
3）注意CMOS锁存器中MOS管的漏、源连接方式，按照CMOS四选一多路选择器的线路图，正确进行电路各层图形的设计，并注意进行各电极的连接
4）绘制电源线
5）标出Vdd和Gnd节点
6）加入输入、输出端口
7）进行设计规则检查：TOOLS DRC，如有错误，应根据规则进行修改
8）截面观察：TOOLS CROSS-SECTION
9）观察CMOS四选一多路选择器的版图设计成果，可单独显示某一图层，或某些特定图层
10）将CMOS锁存器布局图转化成T-SPICE文件
选取TOOL EXTRACT
GENERAL选项：
EXTRACT DEFINITION FILE项为
C:\TANNER\SPR\EXAMPLE1\morbn20.ext
SPICE EXTRACT OUTPUT FILE项为
D:\design\mux4_1.spc
OUTPUT选项：
WRITE NODE NAMES选中
WRITE LAYER CAPACITANCE AND RESITANCE WARNING选中
WRITE VERBOSE SPICE STATEMENTS选中
WRITE EMPTY SUBCIRCUIT DEFINITIONS选中
WRITE .END STATEMENT选中
在SPICE INCLUDE STATEMENT框中加入：
.include d:\ models\ml2_125.md
11）T-SPICE模拟
采用前述实训中的方法，在得到的mux4_1.spc文件中，插入相应的命令，进行CMOS四选
一多路选择器的瞬时和直流模拟。

注意NMOS管和PMOS管尺寸的选取。

4．利用LVS进行版图和原理图的比对
注意在LVS的SETUP设置时，要选中检查“MOS管长度和宽度是否匹配”选项。

三、注意事项：
1）如果对版图设计的基本规则不熟悉，可以在L-EDIT中，打开SETUP DRC，列出了所有的设计规则，可学习和记忆其中的一些主要和常用的版图设计规则
2）在进行版图设计规则检查时，应选择输出检查文件一项，版图设计中出现的所有错误，都可以在该输出文件中列出，并标明出错的原因，与哪条规则相违背，可打开规则进行对照，并在版图上进行相应的修改。

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CMOS版图

CMOS版图

版图的基本单元因其性能和面积的要求而需要 采用全定制的人工设计方法；全定制数字集成电 路的版图因考虑到其成本与性能而采用全定制设 计方法。
2021/5/22
➢人工设计版图是指设计者利用版图设计工具，通过 编辑基本图形(如连线、矩形和多边形等)得到晶体管 和其他基本元件的版图，然后将这些基本元件互连生 成小规模的单元，通过逐层绘图的方式形成最后的整 个集成电路版图。
2021/5/22
2021/5/22
图4.5 应尽可能多地打接触孔
多晶硅接触孔用来连接第一层金属和多 晶硅栅。多晶硅接触孔的横截面图和掩膜 版图示于图4.6中。多晶硅接触孔的形状通 常也是正方形。
2021/5/22
2021/5/22
图4.6 多晶硅接触孔图示
在版图设计中，接触孔只有一层，而通 孔可能需要多层。我们将连接第一层和第二 层金属的通孔表示为V1，连接第二层和第三 层金属的通孔表示为V2，依此类推。我们将 连接第一层金属和第二层金属的通孔V1示于 图4.7中。通孔(Via)用于相邻金属层之间的连 接，其形状同样也是正方形。在面积允许的 情况下，同样应该尽可能多地打通孔。
Ø同一加工工艺上，如果两个晶体管宽度相同，而长度 不同，则栅长度短的晶体管必会产生更大的电流。晶 体管的宽度，可想象为一系列平行的沟道，电流通过 这些沟道从源极流向漏极。
Ø如果两晶体管长度相同，宽度更宽的晶体管有更多的 有效沟道，更多的沟道则意味着更大的电流。 结论：更大的电流在概念上则意味着更快的性能
2021/5/22
Ø在版图设计中，金属层用线条来表示，线条拐角 可以是90°也可以是45°，不同层的金属通常用M1、 M2、M3等来表示，并用不同颜色的线条来进行区 分。
Ø金属层的线条需要满足一定的宽度要求，但由于 芯片面积的约束，在实际布线中通常就采用设计规 则所规定的最小尺寸。
CMOS版图设计

CMOS版图设计

第5章CMOS版图设计5.1 版图设计基本概念5.2 设计规则5.3 基本工艺层版图5.4 FET版图尺寸的确定5.5 逻辑门的版图设计5.6标准单元版图5.7 设计层次化2/783/785.1 版图设计基本概念⏹什么是版图设计？☐Layout design ：定义各工艺层图形的形状、尺寸以及不同工艺层的相对位置。

⏹版图设计的内容☐布局：就是将组成集成电路的各部分合理地布置在芯片上。

安排各个晶体管、基本单元、复杂单元在芯片上的位置。

☐布线：就是按电路图给出的连接关系，在版图上布置元器件之间、各部分之间的连接。

设计走线，实现管间、门间、单元间的互连。

☐尺寸确定：确定晶体管尺寸（W、L）、互连尺寸（宽度）以及晶体管与互连之间的相对尺寸等。

4/78⏹版图设计的目标☐满足电路功能、性能指标、质量要求☐尽可能节省面积，以提高集成度，降低成本☐尽可能缩短连线，以减少复杂度，缩短延时、改善可靠性5/78EDA工具的作用(EDA: Electronic Design Automation)⏹版图编辑☐规定各个工艺层上图形的形状、尺寸、位置（Layout Editor）⏹规则检查☐版图与电路图一致性检查（LVS，Layout VersusSchematic）☐设计规则检查（DRC，Design Rule Checker）☐电气规则检查（ERC，Electrical Rule Checker）⏹布局布线☐Place and route，自动给出版图布局与布线6/787/78电路图与版图一致性检查（LVS ）从版图中提取的电路同原电路相比较，其方法通常是将两者的网表进行对比。

比较的结果，可以是完全一致或两者不全一致，设计者应对所示的错误进行必要的版图修改。

电路图与版图一致性检查（LVS: Layout Versus Schematic ）设计规则检验（DRC：Design Rule Check）设计规则检查是一个运用版图数据库检查在版图上涉及的每条设计规则的程序。

CMOS反相器的版图设计

CMOS反相器的版图设计

CMOS反相器的版图设计实验一: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/cds、lib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gpdk090_v4、6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)。

需要注意的就是Library Name一定就是自己的库,View Name就是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)。

实验2 图形法设计多路选择器

实验2 图形法设计多路选择器

实验二图形法设计多路选择器一、实验目的1、进一步熟悉Quartus II的Verilog基本设计流程，仿真和硬件测试；2、学习组合电路的设计方法；掌握多路选择器的设计方法；3、学习QuartusII图形设计方法。

二、实验原理如图2-1所示的是4选1多路选择器，其原理如表2-1，有s1，s0来选择a，b，c，d的信号，并使其能在y上输出。

采用两个4选1多路选择器和一个2选1多路选择器可构成8选1多路选择器。

图2-1 四选一多路选择器表2-1 四选一多路选择器的功能表三、实验内容1、文本输入方法设计4选1多路选择器。

2、图形法设计两个4选1和一个2选1个构成8选1多路选择器，并仿真。

四、实验步骤：1、重复实验一的步骤，建立新工程,名字为mux81。

2、编写4选1多路选择器程序，保存名字为mux41.v。

对mux41.v进行编译：Processing－AnalyzeCurrent File。

在file---create---create symbol file for current file下创建名为mux41的图形symbol。

3、在file－new－Device Design Files—Block Diagram/Schematic File（如图2-2所示），单击OK按钮后将打开原理图编辑窗。

命名为mux81.bdf。

如图2-3所示。

（默认为top_lever文件）图2-2建立原理图编辑窗图2－3原理图编辑窗4、在编辑窗中的任何一个位置单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择其中的输入元件项Insert－Symbol，弹出如图2-4所示的对话框。

在“project”文件夹中选取“mux41”，单击OK，即可把第二步建立的mux41的图形symbol加入到mux81.bdf中。

在mux81.bdf中再复制一个mux41的图形symbol备用。

图2-4 选择元件5、重复步骤4，从quartus自带的库中选取一个2选1多路选择器放入mux81.bdf中。