反相器的設(shè)計與仿真

1、0.18umCMOS反相器的設(shè)計與仿真 2016311030103 吳昊 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?在SMIC 0.18um CMOS mix-signal環(huán)境下 設(shè)計一個反相器， 使其tpHL二tpLH,并且tp越小越好。利用這個反相器驅(qū)動 2pf電容, 觀察tp。以這個反相器為最小單元，驅(qū)動6pf電容，總延遲越小越好。 制作版圖，后仿真，提取參數(shù)。 二. 實(shí)驗(yàn)原理 1反相器特性 1、輸出高低電平為VDD和GND電壓擺幅等于電源電壓； 2、邏輯電平與器件尺寸無關(guān)； 3、穩(wěn)態(tài)是總存在輸出到電源或者地通路； 4、輸入阻抗高； 5、穩(wěn)態(tài)時電源和地沒通路； 2開關(guān)閾值電壓Vm和噪聲容限 Vm的值取決于kp/k

2、n L W k =- 所以P管和N管的寬長比值不同，Vm的值不同。增加P管寬度 使Vm移向Vdd，增加N管寬度使Vm移向GNB 當(dāng)Vm=1/2Vdd時, 得到最大噪聲容限。 要使得噪聲容限最大，PMOS部分的尺寸要比NMOS大，計算結(jié) 果是3.5倍，實(shí)際設(shè)計中一般是22.5倍。 3反向器傳播延遲優(yōu)化 1、使電容最?。ㄘ?fù)載電容、自載電容、連線電容） 漏端擴(kuò)散區(qū)的面積應(yīng)盡可能小 輸入電容要考慮：（1）Cgs隨柵壓而變化 （2）密勒效應(yīng) （3）自舉電路 2、使晶體管的等效導(dǎo)通電阻（輸出電阻）較小： 加大晶體管的尺寸（驅(qū)動能力） 但這同時加大自載電容和負(fù)載電容（下一級晶體管的輸入電容） 3、提咼電源電

3、壓 提高電源電壓可以降低延時，即可用功耗換取性能。但超過一 定程度后改善有限。電壓過高會引起可靠性問題當(dāng)電源電壓超過2Vt 以后作用不明顯. 4、對稱性設(shè)計要求 令 Wp/Wn二卩p/卩u可得到相等的上升延時和下降延時，即 tpHL二tpLH。仿真結(jié)果表明：當(dāng)P, N管尺寸比為1.9時，延時最小， 在2.4時為上升和下降延時相等。 4反相器驅(qū)動能力考慮 1單個反相器驅(qū)動固定負(fù)載 tp = 0.69切0 （1 + Ce.xt/S Ciref）- tp0為反相器的本征延遲，S是反向尺寸與參照反相器尺寸的比 值。tp0與門的尺寸大小無關(guān)而僅與工藝及版圖有關(guān)。 無負(fù)載時，增加門的尺寸不能減少延遲。有負(fù)

4、載時，S很大時（大 于等于10）使反相器延遲趨于本征延遲，因此繼續(xù)加大尺寸不會有 什么改善而只會顯著增加面積。、 2反相器驅(qū)動大負(fù)載電容（反相器鏈） 給定負(fù)載CL，給定輸入電容 Cin時，可由公式 得到尺寸放大系數(shù)f和反相器級數(shù)N的關(guān)系。 又因?yàn)轵?qū)動大負(fù)載電容時最優(yōu) f=3.6, tp最小。所以即可以確定 一個正確的反相器級數(shù)N來最小化延遲。 三. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1反相器設(shè)計 經(jīng)過不斷的調(diào)整與仿真，在保證 VM=1/2 （VDD） =900mv同時盡量減 小延時，最終確定 Wp/Wn=47u/15u,管子較大為了確保反相器鏈的級 數(shù)不 會過多 反相器電路圖： 反相器符號圖: 反相器仿真圖: ubj

5、i Md匸曲/ujoO6山八 關(guān)申國：圧巨國甲 2TM 業(yè)山“日jQ $IQ FE 血 :oa 由tran仿真結(jié)果可知，tpHL=0.09nstpLH 利用這個反相器驅(qū)動2pf電容，觀察tran仿真結(jié)果: 由圖可知tp為2ns,延遲較大，可見單個反相器的驅(qū)動能力有限 輸入柵電容計算: Pmos電容參數(shù): IS.7270856f 16,3051250s -15.6S09D21f -46.1998300a -216 29G5349y 15 C9S6501f -15.G9069O9f 1 11471030c -is 72S3oegf -19 69BG396f 55.O0293O9f -19 e589

6、SS2f 32.1589001f S2.7S61092f -1 7764000a -66.8012646Z -19P7033377f 19.7051809f 194.3B47329p pmos 輸入柵電容二Cgs+Cgd=19.659f+19.698ff Nmos電容參數(shù): dhb G 329S7f dbd -g G97BM7f cbg -LGE.7UE07G* cbs 3 7Z3SB54r db -2 cdd 35 597L2S8f cdg -15 C da -IT 1UDEQ cgb QGEUaSu cqd -IS 5D0B567E egg JI. 7911322( -15 3073098

7、f 叮日 1-4 534廠任f 門7 IT csb -2 G735b40f esd -10 20541114f cg ?qrs) ChKK f ctlll 田I d BkjterTl-勺 H * LVS: PEX 實(shí)驗(yàn)小結(jié): 通過本次實(shí)驗(yàn)，使我對 CANDENCE 工具使用更加熟練。加強(qiáng)了我我對反相器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性的理 解。從一個設(shè)計者的角度，我學(xué)會了如何加強(qiáng)反相器穩(wěn)定性，優(yōu)化驅(qū) 動能力，減小傳播延遲，節(jié)省版圖面積。目 錄 第一章 總論錯誤！未定義書簽 一、項(xiàng)目概況 錯誤！ 未定義書簽 二、 項(xiàng)目提出的理由與過程 錯誤！未定義書簽 三、 項(xiàng)目建設(shè)的必要性 錯誤！未定義書簽 四、項(xiàng)目的可行

8、性錯誤！未定義書簽 第二章 市場預(yù)測錯誤！未定義書簽 一、 市場分析 錯誤！ 未定義書簽 二、市場預(yù)測錯誤！未定義書簽 三、產(chǎn)品市場競爭力分析 錯誤！未定義書簽 第三章 建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 錯誤！未定義書簽 一、 建設(shè)規(guī)模 錯誤！ 未定義書簽 二、產(chǎn)品方案錯誤！未定義書簽 三、 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 錯誤！ 未定義書簽 第四章 項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn) 錯誤！未定義書簽 一、 項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)選擇 錯誤！未定義書簽 二、 項(xiàng)目建設(shè)地條件 錯誤！未定義書簽 第五章 技術(shù)方案、設(shè)備方案和工程方案 錯誤！未定義書簽 一、 技術(shù)方案錯誤！ 未定義書簽 二、 產(chǎn)品特點(diǎn) 錯誤！未定義書簽 三、主要設(shè)備方案 錯誤！未定義書簽 四、 工

9、程方案錯誤！未定義書簽 第六章 原材料與原料供應(yīng) 錯誤！未定義書簽 一、原料來源及運(yùn)輸方式 錯誤！未定義書簽 二、燃料供應(yīng)與運(yùn)輸方式 錯誤！未定義書簽 第七章 總圖布置、運(yùn)輸、總體布局與公用輔助工程 錯誤！未定義書簽 一、 總圖布置 錯誤！ 未定義書簽 二、運(yùn)輸錯誤！未定義書簽 三、總體布局錯誤！未定義書簽 四、公用輔助工程錯誤！未定義書簽 第八章 節(jié)能、節(jié)水與安全措施 錯誤！未定義書簽 一、 主要依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn) 錯誤！未定義書簽 二、節(jié)能錯誤！未定義書簽 三、節(jié)水錯誤！未定義書簽 四、消防與安全錯誤！未定義書簽 第九章 環(huán)境影響與評價 錯誤！未定義書簽 一、 法規(guī)依據(jù) 錯誤！ 未定義書簽 二、項(xiàng)

10、目建設(shè)對環(huán)境影響 錯誤！未定義書簽 三、環(huán)境保護(hù)措施 錯誤！未定義書簽 四、環(huán)境影響評價 錯誤！未定義書簽 第十章 項(xiàng)目組織管理與運(yùn)行 錯. 誤！未定義書簽 一、項(xiàng)目建設(shè)期管理 錯. 誤！未定義書簽 二、項(xiàng)目運(yùn)行期組織管理 錯. 誤！未定義書簽 第十一章 項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度 錯. 誤！未定義書簽 第十二章 投資估算和資金籌措 錯. 誤！未定義書簽 一、投資估算 錯. 誤！未定義書簽 二、資金籌措 錯. 誤！未定義書簽 第十三章 財務(wù)評價與效益分析 錯. 誤！未定義書簽 一、項(xiàng)目財務(wù)評價 錯. 誤！未定義書簽 二、財務(wù)評價結(jié)論 錯. 誤！未定義書簽 三、社會效益 錯. 誤！未定義書簽 四、生態(tài)效益 錯. 誤！未定義書簽 第十四章 風(fēng)險分析 錯. 誤！未定義書簽 一、主要風(fēng)險分析識別 錯. 誤！未定義書簽 二、風(fēng)險程度分析及防范風(fēng)險的措施 錯誤！未定義書簽 第十五章 招標(biāo)方案 錯. 誤！未定義書簽 一、招標(biāo)范圍 錯. 誤！