CMOS三态门集成电路课程设计.doc

集成电路课程设计 前言 集成电路在当今社会中发挥着越来越重要的作用。也越来越成为衡量一个国家高科技技术水平的重要指标。作为一门重要的课程，集成电路课程设计是电子科学与技术专业要求的实践课程，主要目的是使学生熟悉集成电路制造技术、半导体器件原理和集成电路分析与设计基础。提高学生综合运用已掌握的知识，利用相关软件，进行集成电路芯片的能力。集成电路设计主要包括以下几个方面。系统设计→电路设计及模拟→版图设计→版图验证等正向设计方法。 设计需求分析 1.1设计内容及其性能指标要求 器件名称：CMOS三态门器件 要求电路性能指标： 输出高电平时，|IOH|≤20μA，VOH，min=5V； 输出底电平时，|IOL|≤4mA，VOL，man=0V； 输出级充放电时间tr=tf　，tpd＜25ns； 工作电源5V，常温工作，工作频率fwork=100HZ，最大功耗Pmax＝150mW。 1.2设计指标 独立完成设计三态门芯片的全过程； 设计时使用的工艺及设计规则： MOSIS:mhp_n12； 根据所用的工艺，选取合理的模型库； 选用以lambda(λ)为单位的设计规则； 全手工、层次化设计版图； 达到设计要各项指标要求。 设计实现 三态门芯片简介 所TG）就是一CMOS三态门门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOSFET并联而成，如下图所示。TP和TN是对称的器件，|VT|=2V且-5V到+5V。PN结任何时刻都不致正偏，故TP的+5V电压，而TN的-5V电压。两管的栅极由互补的信号电压（+5V和-5V）C和!C表示。C端接低-5V时TN的-5V，vI取-5V到+5V范TN均不TP的+5V，TP亦不C端接低C端接高+5V。此TN的+5V，vI在-5V到+3V的范TN导通。同时TP的棚-5V，vI在-3V到+5V的范TP将导通。由上分析可知，当vI-3V时，仅有TN导通，而当vI+3V时，仅有TP导通当vI在-3V到+3V的范TN和TP就增加。由于运行，可近似地CMOS传输出门的优点。在正常工作时，模拟开关的导通电阻值约为数百欧，当它与输入阻抗为兆。 因此， 则， (2) 反相器P管（W/L）P的计算 当输入为低电平时，输出为高电平，P管导通，工作在线性区。同时要求N管和P管的充放电时间tr=tf　，分别求出这两个条件下的（W/L）P，min极限值，然后取大者。 以|IOH|≤20μA，VOH，min=4.4V为条件计算（W/L）P，min极限值：用PMOS管的理想电流方程分段表达式：  因此 则， N管和P管的充放电时间tr和tf表达式分别为 计算得出： 则（W/L）P=140 取其中的大值作为输出级P管的尺寸，则（W/L） 图5 传输门 代入反相器的尺寸得，传输门的尺寸为： 至此，完成了全部器件的尺寸计算，汇总列出各级N管和P管的尺寸如下： 反相器： 传输门： 2.3 延迟估算 估算功耗时功耗仿真如下图。 图11 绘图仿真软件和版图设计软件介绍 3.1 orcad简介 ORCAD CapQure是一款基于Windows?操作CapQure软件，能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可OrCAD CapQure作PCB原理OrCAD CapQure CIS具有功能强大的元件信息系OrCAD CapQure提供了完整的、可PCB的PCB布局布OrCAD能PCB、FPGA和CPLD、PCB改版的原理OrCAD CapQure都能OrCAD CapQure原理PCB设计。 3.1.1 orcad原理图设计步骤 1.在菜单开始栏找到cadence。点击，展开。选择orcad capQure cis,打开。 2.新建工程。 3.在会原理图界面绘制元器件。 4添加相应元器件的元件库。 3.1.2orcad原理图仿真步骤 1.创建仿真文件 Pspice-new simulation profile 2设置仿真参数 双击xxx.bias文件 3开始仿真 点击 图标 4观察仿真结果。 4.电路模拟仿真 电路模拟需要在原理图中加入激励源，并且必须使用可以仿真的元器件绘制仿真原理图。在模拟时进行直流扫描分析，然后就可得出功耗。 把电路图转为SPICE文件，加入电路特性分析指令和控制语句，即可对电路进行仿真。 图12 电路模拟原理图 4.1 直流