集成电路课设全加器文档格式.docx
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(1)功能要求(5分)。
(2)方案论证(5分)。
(3)系统总体设计(10分)。
(4)调试及性能分析,包括调试步骤与性能分析结果(60分)。
(5)源程序清单(15分)。
(6)设计小结(5分)。
设计内容
设计要求
需要完成电路编辑、性能仿真、版图绘制、LVS校验四部分的内容
主要参考
资料
《集成电路CAD与实践》
学生提交
归档文件
《CAD集成电路课程设计报告》
注:
1.课程设计完成后,学生提交的归档文件应按照:
封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交(大张图纸不必装订)。
2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。
一、绪论
1.1设计背景
Tanner集成电路设计软件是由TannerResearch公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。
早期的集成电路版图编辑器L-Edit在国内已具有很高的知名度。
TannerEDATools也是在L-Edit的基础上建立起来的。
整个设计工具总体上可以归纳为电路设计级和版图设计级两大部分,即以S-Edit为核心的集成电路设计、模拟、验证模块和以L-Edit为核心的集成电路版图编辑与自动布图布线模块。
Tanner软件包括S-Edit,T-Spice,L-Edit与LVS。
L-EditPro是TannerEDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块,具有高效率,交互式等特点,强大而且完善的功能包括从IC设计到输出,以及最后的加工服务,完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。
L-EditPro包含IC设计编辑器(LayoutEditor)、自动布线系统(StandardCellPlace&
Route)、线上设计规则检查器(DRC)、组件特性提取器(DeviceExtractor)、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、CMOSLibrary、MarcoLibrary,这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决方案。
L-EditPro丰富完善的功能为每个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。
1.2课设基本任务:
全加器设计
(1)依据全加器的真值表,给出全加器的电路图完成全加器由电路图到晶体管级的转化(需提出至少2种方案);
(2)用tanner软件中的版图编辑器L-Edit进行一位全加器电路的版图绘制,并进行DRC验证;
(3)完成电路特性模拟(Tspice,瞬态特性),给出电路最大延时时间;
(4)遵循设计规则完成全加器晶体管级电路图的版图,流程如下:
版图布局规划-基本单元绘制-功能块的绘制-布线规划-总体版图;
(5)用tanner软件的layout-Edit中的lvs功能对一位全加器进行LVS检验观察原理图与版图的匹配程度;
(6)针对自己画的版图,给出实现该全加器的工艺流程图。
二、电路设计方案
原理:
三个输入位:
数据位A和B,低位进位输入Ci
二个输出位:
全加和S,进位输出C0
表1真值表
A
B
Ci
S
C0
1
根据一位全加器的输入输出关系得:
图1全加器原理图
方案一:
传输门一位全加器
图2:
优点:
晶体管使用数目少
缺点:
电路功耗大
方案二:
互补静态CMOS实现的全加器
图3:
静态功耗小
晶体管数目多,占硅片面积大,延迟时间高
三、电路特性仿真及分析
3.1电路图
全加器电路采用传统的CMOS电路构成,整个电路分为4行,P管与N管各两行。
由于进位电路的器件数少,用第2和第3行组成进位电路的前级,第1行和第4行组成求和电路的前级。
由于第2、3行的器件比1、4少,其有源区水平方向的长度比第1、4行短,可以让多晶C从第1行延伸到第4行而不跨越第2.3行的有源区,避免了形成寄生MOS管的可能。
PMOS管的衬底连接系统最高电位,NMOS管的衬底连接系统的最低电位。
电路原理图如图4所示:
图4一位全加器电路原理图
3.2电路图网表
*SPICEnetlistwrittenbyS-EditWin327.03
*WrittenonJan10,2015at22:
57:
48
*Waveformprobingcommands
.probe
.optionsprobefilename="
Module1.dat"
+probesdbfile="
C:
\Users\ASUS\Desktop\集成电路实践\tanner\S-Edit\MYB3110433031.sdb"
+probetopmodule="
Module0"
.lib"
\Users\ASUS\Desktop\集成电路实践\ic_techfiles\cz6h+_v20.lib"
tt
*Maincircuit:
Module0
M1CoN2VddVddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M2CoN2GndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M3N2AN12VddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M4N6BVddVddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M5N5AGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M6N2AN16GndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M7N5BGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M8N16BGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M9N2CiN5GndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M10N2CiN6VddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M11N12BN6VddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M12N6AVddVddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M13N19N2N1N1NENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M14N1AGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M15N1BGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M16N1CiGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M17N19CiN10GndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M18N10AN22GndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M19N22BGndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M20SUMN19GndGndNENHL=0.35uW=0.7uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M21N9CiVddVddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M22N9AVddN4PENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M23N9BVddN7PENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M24N19N2N9VddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M25N13BN11N14PENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M26N19CiN13N14PENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M27N11AN9N14PENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
M28SUMN19VddVddPENHL=0.35uW=1.4uAD=66pPD=24uAS=66pPS=24u
v29VddGnd5.0
v30AGndpulse(0.05.220n1n1n200n400n)
v31BGndpulse(0.05.0100n1n1n100n200n)
v32CiGndpulse(0.05.040n1n1n50n100n)
.modelPENHPMOS
.modelNENHNMOS
*Endofmaincircuit:
VININGNDPULSE(03.3010n50n100n)
.tran/op10n600nmethod=bdf
.printtranv(A)v(B)v(Ci)v(SUM)v(Co)
.end
3.3一位全加器电路仿真分析波形
给一位全加器电路网表输入高电平电源电压VDD和低电平GND,添加库,加入激励,再进行瞬态分析。
.includeF:
\13\tanner\TSpice70\models\ml2_125.md
vvddVDDGND5
vaAGNDPULSE(0505n5n50n100n)
vbBGNDPULSE(0505n5n60n120n)
vcCGNDPULSE(0505n5n70n140n)
.tran/op10n400nmethod=bdf
.printtranv(A)v(B)v(C)v(SUM)v(CO)
对一位全加器电路进行TSpice进行仿真,分析输出波形与自己设计电路的逻辑功能是否一致。
波形图如下图5所示:
图5一位全加器电路原理图输入输出仿真波形
四、一位全加器电路的版图绘制
4.1版图与DRC验证结果
用L-Edit版图绘制软件对一位全加器电路进行版图绘制,同时进行DRC检查,对于进位和求和的输出反相器都采用了比较大的宽长比,进位从左面输出,求和从右面输出,整个版图的宽度和长度显得比较适中。
一位全加器版图如图6所示:
图6一位全加器电路版图及DRC验证结果
4.2TSpice进行仿真
给一位全加器版图网表输入高电平电源电压VDD和低电平GND,添加库,加入激励,再进行瞬态分析,
对一位全加器版图进行TSpice进行仿真,分析输出波形与自己设计电路的逻辑功能是否一致。
波形图如下图7所示:
图7一位全加器版图输入输出仿真波形
4.3版图网表
*CircuitExtractedbyTannerResearch'
sL-EditVersion9.00/ExtractVersion9.00;
*TDBFile:
F:
\13\tanner\bantu\wubingfeng.tdb
*Cell:
Cell0Version1.134
*ExtractDefinitionFile:
..\LEdit90\Samples\SPR\example1\lights.ext
*ExtractDateandTime:
07/02/2013-22:
10
*Warning:
LayerswithUnassignedAREACapacitance.
*<
PolyResistorID>
Poly2ResistorID>
NDiffResistorID>
PDiffResistorID>
PBaseResistorID>
NWellResistorID>
LayerswithUnassignedFRINGECapacitance.
PadComment>
Poly1-Poly2CapacitorID>
LayerswithZeroResistance.
NMOSCapacitorID>
PMOSCapacitorID>
*NODENAMEALIASES
*1=SUM(29,27.5)
*7=CO(-138.5,36.5)
*12=B(-77.5,99)
*15=GND(20.5,34.5)
*16=A(-85.5,99)
*17=C(-69.5,99)
*19=VDD(19.5,86.5)
M1SUM2VDDVDDPMOSL=2uW=11u
*M1DRAINGATESOURCEBULK(371582)
M221310VDDPMOSL=2uW=11u
*M2DRAINGATESOURCEBULK(-2671-2482)
M35B6VDDPMOSL=2uW=11u
*M3DRAINGATESOURCEBULK(-1171-982)
M4VDDC5VDDPMOSL=2uW=11u
*M4DRAINGATESOURCEBULK(-571-382)
M510CVDDVDDPMOSL=2uW=11u
*M5DRAINGATESOURCEBULK(-3471-3282)
M66A2VDDPMOSL=2uW=11u
*M6DRAINGATESOURCEBULK(-1771-1582)
M7SUM2GNDGNDNMOSL=2uW=6u
*M7DRAINGATESOURCEBULK(340546)
M82138GNDNMOSL=2uW=6u
*M8DRAINGATESOURCEBULK(-2640-2446)
M93B4GNDNMOSL=2uW=6u
*M9DRAINGATESOURCEBULK(-1140-946)
M10GNDC3GNDNMOSL=2uW=6u
*M10DRAINGATESOURCEBULK(-540-346)
M118CGNDGNDNMOSL=2uW=6u
*M11DRAINGATESOURCEBULK(-3440-3246)
M124A2GNDNMOSL=2uW=6u
*M12DRAINGATESOURCEBULK(-1740-1546)
M13VDDB10VDDPMOSL=2uW=11u
*M13DRAINGATESOURCEBULK(-4271-4082)
M14VDDB18VDDPMOSL=2uW=11u
*M14DRAINGATESOURCEBULK(-5871-5682)
M1511BVDDVDDPMOSL=2uW=11u
*M15DRAINGATESOURCEBULK(-7871-7682)
M1613C11VDDPMOSL=2uW=11u
*M16DRAINGATESOURCEBULK(-7071-6882)
M1710AVDDVDDPMOSL=2uW=11u
*M17DRAINGATESOURCEBULK(-5071-4882)
M1818A13VDDPMOSL=2uW=11u
*M18DRAINGATESOURCEBULK(-6271-6082)
M19VDDA11VDDPMOSL=2uW=11u
*M19DRAINGATESOURCEBULK(-8671-8482)
M20VDD13COVDDPMOSL=2uW=11u
*M20DRAINGATESOURCEBULK(-10671-10482)
M21GNDB8GNDNMOSL=2uW=6u
*M21DRAINGATESOURCEBULK(-4240-4046)
M22GNDB14GNDNMOSL=2uW=6u
*M22DRAINGATESOURCEBULK(-5840-5646)
M239BGNDGNDNMOSL=2uW=6u
*M23DRAINGATESOURCEBULK(-7840-7646)
M2413C9GNDNMOSL=2uW=6u
*M24DRAINGATESOURCEBULK(-7040-6846)
M258AGNDGNDNMOSL=2uW=6u
*M25DRAINGATESOURCEBULK(-5040-4846)
M2614A13GNDNMOSL=2uW=6u
*M26DRAINGATESOURCEBULK(-6240-6046)
M27GNDA9GNDNMOSL=2uW=6u
*M27DRAINGATESOURCEBULK(-8640-8446)
M28GND13COGNDNMOSL=2uW=6u
*M28DRAINGATESOURCEBULK(-10640-10446)
*TotalNodes:
19
*TotalElements:
28
*TotalNumberofShortedElementsnotwrittentotheSPICEfile:
0
*ExtractElapsedTime:
1seconds
.END
五、LVS检查匹配
用layout-Edit中的lvs对一位全加器进行LVS检查验证,首先添加输入输出文件,选择要查看的输出,分析输出结果检查一位全加器电路原理图与版图的匹配程度;
输出结果如下图8所示:
图8一位全加器LVS检查匹配图
由上图的Circuitsareequal.可得电路原理图和版图完全匹配。
六、总结
在本次课程设计过程中我学习到了许多课堂上无法学到的东西。
它能够让我对课堂上学到的知识进行查漏补缺,而且锻炼了我的逻辑思考能力。
在本次课程设计过程中我遇到一些课堂中从未有过的问题,通过网络查找和同学交流,大大促进了实训进程。
并在过程中进一步提高自身的创作、创新水平,扎实基础,扩展所学。
本次版图课程设计使用tanner软件绘出一位全加器的电路原理图,版图并进行仿真与匹配检查。
在绘制电路原理图过程中,由于改错了EXPORTnetlist的路径,所以在导出网表的时候出现问题,把原来的库文件给覆盖了,最后复制新的库文件才把问题解决了。
在绘制版图的时候要注意交叠的距离,间距,因为所要画的管子多所以尽量要节省面积,所以尽量用最小宽度来画。
最后还要进行DRC检查。
在导出网表的时候一定要先ReplaceSetup,如果不进行这一步那么后面不能导出网表,在lvs匹配检查的时候一定要把库文件加入电路原理图,否则在匹配的时候就会出现警告,并且在匹配检查的时候一定要把激励屏蔽。
在TSpice仿真时候要把激励加入,要仿真的时序加上,最后要分析仿真出来的波形与自己
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- 关 键 词:
- 集成电路 全加器