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《集成电路设计实践4位移位器设计》报告.doc
《集成电路设计实践》报告
题目:4位移位器设计
院系:自动化学院专业班级:
学生学号:
学生姓名:
指导教师姓名: 职称: 教 授
起止时间:2012年12月24日——2013年1月4日
成绩:
《集成电路设计实践》报告正文内容
设计任务:4位移位器设计
1)依据移位器的控制时序要求,给出电路图,完成4位移位器有电路图到晶体管级的转化(需要提出至少2种方案);
2)绘制原理图(S-Edit),完成电路特性模拟(T-Spice),给出该寄存器的建立和保持时间;
3)遵循设计规则完成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——整体版图;
4)版图检查和验证(DRC检查)
5)针对自己画的版图,给出实现该电路的工艺流程图。
电路设计方案的确定
移位操作是一种基本的预算操作,它广泛应用于浮点单元、换算单元以及与常数的乘法中。将一个数据字左移或右移一个常数位数是一个非常简单的硬件操作,并且仅仅通过恰当的信号布线就可以实现。如图1是一个简单的一位可编程移位器。数据A从左端输入,根据不同的控制信号,可以实现左移或右移,或者维持不变。当控制信号Right=1,其余控制信号为0时,实现右移;当控制信号Left=1其余控制信号为0时,实现左移;当Nop=1时,数据按原来方式传递。4位移位器可以通过串联4个这样的单元来实现,下面介绍本次课设所采用的两种电路,即桶形移位器和对数移位器。
1.桶形移位器
图2所示为一个以为宽度为4、字长为4的右移桶形移位器,它由晶体管阵列构成:其行数等于字据的字长,列数等于最大的一位宽度。数据从左端输入,再从右端输出,晶体管的栅极接移位控制线,且样对角线穿过整个阵列,每一行晶体管的源极接本行对应的输出线,漏极根据移位控制信号的不同接对应的输入数据。控制信号可控制移位宽度从0到3变化:当SH0=1(其余控制信号为0)时,数据右移宽度为0,此时相当于传输门;当SH1=1时,数据右移宽度为1;SH2=1时,数据右移宽度为2; SH3=1时,数据右移宽度为3。另外,右移过程中该结构支持符号位A3的自动复制。该电路的主要特点有:一是信号最多只需通过一个传输门,传播延时在理论上是常数,与移位的位数或移位器的规模无关;二是它的版图尺寸中大部分被布线通道占据,由通过该单元的布线数目来决定。
2.对数移位器
对数移位器采用分级的方法来实现移位。总的移位值被分解成几个2的指数值;一个具有最大移位宽度M的移位器包括log2M级,它的第i级工作在移位模式或通过模式,如果在移位模式则数据将移动2^i位,如果工作在通过模式,则原样传送数据。图3是一个移位宽度从0到7的移位器,当控制信号SH4=1(其余控制信号全为0)时构成的是4位移位器。该电路的特点:一是对数移位器无需解码器,二是对较大规模的移位器更有效。
电路特性仿真及分析
本次特性仿真及分析主要针对的是在S-Edit中编辑的桶形移位器原理图。四位MOS移位器寄存器进行功能实现的仿真的步骤是:首先在S-Edit中画出原理图,注意更改MOS管的格式以及尺寸,然后生成netlist;再用T-Spice打开此netlist文件,加载元件库文件cz6h+_v20.lib tt和Dependencies中的tsp71632.dll文件,并输入电源等控制命令语句;最后按Simulation按钮进行仿真,可观察到仿真的图像结果,并选择分层显示,图像如图4所示。其中输入的语句如下:
VIN SH0 GND 0
VIN SH1 GND 0
VIN SH2 GND 0
VIN SH3 GND 3.3
VIN IN0 GND PULSE (0 3.3 0 5n 5n 30n 60n)
VIN IN1 GND PULSE (0 3.3 0 5n 5n 50n 80n)
VIN IN2 GND PULSE (0 3.3 0 5n 5n 70n 100n)
VIN IN3 GND PULSE (0 3.3 0 5n 5n 90n 120n)
.tran/op 100n 500n method=bdf
.print tran v(SH0) v(SH1) v(SH2) v(SH3) v(IN0) v(IN1) v(IN2) v(IN3) +v(OUT0) v(OUT1) v(OUT2) v(OUT3)
.end
可以观察到,OUT0、OUT1、OUT2、OUT3的波形和IN3的波形完全相同;只修改控制信号SH,只取其中某一个为高电平信号,得的结果和原理图中的分析结果一致,即:
当SH0为高电平时,OUT3=IN3,OUT2
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