2輸入數(shù)據(jù)選擇器(mux2)集成電路課設(shè)報(bào)告

1、精選文檔課程設(shè)計(jì)任務(wù)書同學(xué)姓名： 助人為樂 專業(yè)班級(jí)： 不計(jì)得失 指導(dǎo)老師： 肯定過 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 二輸入數(shù)據(jù)選擇器版圖設(shè)計(jì)初始條件： 計(jì)算機(jī)、ORCAD軟件、L-EDIT軟件 要求完成的主要任務(wù): 1、課程設(shè)計(jì)工作量：2周2、技術(shù)要求：（1）學(xué)習(xí)ORCAD軟件、L-EDIT軟件軟件。（2）設(shè)計(jì)一個(gè)二輸入數(shù)據(jù)選擇器電路。（3）利用ORCAD軟件、L-EDIT軟件對(duì)該電路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)、模擬和仿真工作。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按武漢理工高校課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間支配：2013.11

2、.22布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課程設(shè)計(jì)具體實(shí)施方案與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課程設(shè)計(jì)答疑事項(xiàng)。2013.11.25-11.27學(xué)習(xí)ORCAD軟件、L-EDIT軟件，查閱相關(guān)資料，復(fù)習(xí)所設(shè)計(jì)內(nèi)容的基本理論學(xué)問。2013.11.28-12.5對(duì)二輸入數(shù)據(jù)選擇器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真工作，完成課設(shè)報(bào)告的撰寫。2013.12.6 提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行答辯。指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任老師）簽名： 年 月 日名目1.緒論22.軟件簡(jiǎn)介32.1Cadence簡(jiǎn)介32.2L-edit簡(jiǎn)介33.二輸入多路選擇器電路設(shè)計(jì)及仿真43.1數(shù)據(jù)選擇器原理43.2電路原理圖的繪制53.3電路圖仿真64.集成

3、電路版圖設(shè)計(jì)74.1CMOS數(shù)字電路基本單元版圖設(shè)計(jì)74.1.1反相器版圖設(shè)計(jì)74.1.2與非門版圖設(shè)計(jì)84.2整體版圖設(shè)計(jì)94.3設(shè)計(jì)規(guī)章的驗(yàn)證及結(jié)果95.總結(jié)10參考文獻(xiàn)11摘要I C（“集成電路”）產(chǎn)業(yè)是全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的前沿與核心，是最具活力和挑戰(zhàn)性的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。自2000年來，在國(guó)家政策的大力支持下，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，而作為集成電路產(chǎn)業(yè)最前沿的設(shè)計(jì)業(yè)更是呈現(xiàn)出“百花齊放”的富強(qiáng)景象。本文主要介紹了數(shù)據(jù)選擇器的版圖設(shè)計(jì)基本方法，實(shí)現(xiàn)了版圖設(shè)計(jì)的基本要求。關(guān)鍵詞：版圖，數(shù)據(jù)選擇器，Orcad精選文檔1 緒論集成電路從60年月開頭，經(jīng)受了小規(guī)模集成,中規(guī)模集成，大規(guī)模集成，到

4、目前的超大規(guī)模集成。單個(gè)芯片上已經(jīng)可以制作含幾百萬個(gè)晶體管的一個(gè)完整的數(shù)字系統(tǒng)或數(shù)?；旌系碾娮酉到y(tǒng)。I C（“集成電路”）產(chǎn)業(yè)是全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的前沿與核心，是最具活力和挑戰(zhàn)性的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。自2000年來，在國(guó)家政策的大力支持下，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，而作為集成電路產(chǎn)業(yè)最前沿的設(shè)計(jì)業(yè)更是呈現(xiàn)出“百花齊放”的富強(qiáng)景象,作為產(chǎn)業(yè)命脈的IC設(shè)計(jì)人才，在IC產(chǎn)業(yè)最集中的長(zhǎng)三角地區(qū)也僅僅只有幾千人。所以擁有肯定工作閱歷的設(shè)計(jì)工程師，據(jù)國(guó)內(nèi)知名獵頭公司烽火獵聘公司數(shù)據(jù)顯示ic已成為人才獵頭公司爭(zhēng)相角逐的“寵兒”。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，版圖（layout）設(shè)計(jì)或者稱作物理設(shè)計(jì)（physical des

5、ign）是其中重要的一環(huán)。他是把每個(gè)原件的電路表示轉(zhuǎn)換成集合表示，同時(shí)，元件間連接的線網(wǎng)也被轉(zhuǎn)換成幾何連線圖形。IC版圖設(shè)計(jì)是指將前端設(shè)計(jì)產(chǎn)生的門級(jí)網(wǎng)表通過EDA設(shè)計(jì)工具，依據(jù)產(chǎn)品前段設(shè)計(jì)線路或文件要求，依據(jù)工藝設(shè)計(jì)規(guī)章，進(jìn)行布局布線和進(jìn)行物理驗(yàn)證并最終產(chǎn)生供制造用的GDSII數(shù)據(jù)的過程。其主要工作職責(zé)有：芯片物理結(jié)構(gòu)分析、規(guī)律分析、建立后端設(shè)計(jì)流程、版圖布局布線、版圖編輯、版圖物理驗(yàn)證、聯(lián)絡(luò)代工廠并提交生產(chǎn)數(shù)據(jù)。作為連接設(shè)計(jì)與制造的橋梁，合格的版圖設(shè)計(jì)人員既要懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)學(xué)問，還要生疏制程廠的工作流程、制程原理等相關(guān)學(xué)問。2 軟件簡(jiǎn)介122.1 Cadence簡(jiǎn)介Cade

6、nce Design Systems是一個(gè)特地從事電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的軟件公司，由SDA Systems和ECAD兩家公司于1988年兼并而成。是全球最大的電子設(shè)計(jì)技術(shù)(Electronic Design Technologies)、程序方案服務(wù)和設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商。其產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，功能驗(yàn)證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號(hào)及射頻IC設(shè)計(jì)，全定制集成電路設(shè)計(jì)，IC物理驗(yàn)證，PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模等。包括原理圖輸入、生成、模擬數(shù)字/混合電路仿真，fpga設(shè)計(jì)，pcb編輯和自動(dòng)布局布線mcm電路設(shè)計(jì)、高速pcb版圖的設(shè)計(jì)仿真。Cadence Allegro系統(tǒng)

7、互連平臺(tái)能夠跨集成電路、封裝和PCB協(xié)同設(shè)計(jì)高性能互連。應(yīng)用平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，工程師可以快速優(yōu)化I/O緩沖器之間和跨集成電路、封裝和PCB的系統(tǒng)互聯(lián)。該方法能避開硬件返工并降低硬件成本和縮短設(shè)計(jì)周期。2.2 L-edit簡(jiǎn)介Tanner集成電路設(shè)計(jì)軟件是由Tanner Research 公司開發(fā)的基于Windows平臺(tái)的用于集成電路設(shè)計(jì)的工具軟件。該軟件功能格外強(qiáng)大，易學(xué)易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit與LVS，從電路設(shè)計(jì)、分析模擬到電路布局一應(yīng)俱全。其中的L-Edit版圖編輯器在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，具有很高知名度。L-Edit Pro是Tanner EDA軟件公

8、司所出品的一個(gè)IC設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的高性能軟件系統(tǒng)模塊，具有高效率，交互式等特點(diǎn)，強(qiáng)大而且完善的功能包括從IC設(shè)計(jì)到輸出，以及最終的加工服務(wù)，完全可以媲美百萬美元級(jí)的IC設(shè)計(jì)軟件。L-Edit Pro包含IC設(shè)計(jì)編輯器(Layout Editor)、自動(dòng)布線系統(tǒng)(Standard Cell Place & Route)、線上設(shè)計(jì)規(guī)章檢查器（DRC）、組件特性提取器（Device Extractor）、設(shè)計(jì)布局與電路netlist的比較器(LVS)、CMOS Library、Marco Library，這些模塊組成了一個(gè)完整的IC設(shè)計(jì)與驗(yàn)證解決方案。L-Edit Pro豐富完善的功能為每個(gè)IC設(shè)計(jì)者和

9、生產(chǎn)商供應(yīng)了快速、易用、精確的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。3 二輸入多路選擇器電路設(shè)計(jì)及仿真33.1 數(shù)據(jù)選擇器原理在多路數(shù)據(jù)傳送過程中，能夠依據(jù)需要將其中任意一路選出來的電路，叫做數(shù)據(jù)選擇器，也稱多路選擇器或多路開關(guān)。數(shù)據(jù)選擇器(MUX)的規(guī)律功能是在地址選擇信號(hào)的把握下，從多路數(shù)據(jù)中選擇一路數(shù)據(jù)作為輸出信號(hào)，其工作原理如下圖所示：圖3-1數(shù)據(jù)選擇器原理圖2輸入多路選擇器（Mux2）的電路中A、B分別為兩路輸入端口，Sel為數(shù)據(jù)選擇端，Out為數(shù)據(jù)輸出端。它的規(guī)律功能是當(dāng)Sel=0時(shí)，選擇輸入A通過，Y=A；當(dāng)Sel=1時(shí)，選擇輸入B通過，Y=B。2輸入多路選擇器有三個(gè)與非門（nand2）和一個(gè)反相器構(gòu)成。輸

10、出信號(hào)，其工作原理如下圖所示：圖3-2數(shù)據(jù)選擇器規(guī)律電路圖3.2 電路原理圖的繪制電路圖的繪制接受Cadence軟件進(jìn)行。首先在windows系統(tǒng)中打開Capture CIS軟件以進(jìn)入Capture的工作環(huán)境，然后在軟件菜單欄中選擇filenewProject新建一個(gè)項(xiàng)目，如下圖所示：圖3-3軟件新建項(xiàng)目在新建項(xiàng)目的原理圖編輯窗口中，執(zhí)行P1ace/Part命令，在彈出窗口 “Libraries”列表框中選擇所需元件，移到合適的位置按鼠標(biāo)左鍵放置，完成后按ESC鍵或鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)end mode以結(jié)束元件放置。調(diào)整元件擺放位置，利用快捷鍵“w”對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行電氣連接，將各個(gè)元件按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行連接。

11、連接電路圖如下：圖3-4整體電路圖3.3 電路圖仿真二選一數(shù)據(jù)選擇器規(guī)律表達(dá)式為：Y=SA+SB依據(jù)規(guī)律表達(dá)式所列真值表如下所示：圖3-5數(shù)據(jù)選擇器真值表在電路圖繪制完畢后，首先執(zhí)行PSpice/Create Netlist命令建立電路網(wǎng)表；然后執(zhí)行PSpice/New Simulation Profile命令，在彈出窗口中進(jìn)行仿真參數(shù)類型設(shè)置；最終執(zhí)行PSpice/Markers/Voltage Level命令，放置儀器探頭進(jìn)行測(cè)量仿真，發(fā)覺仿真結(jié)果和理論相符合。仿真結(jié)果如下圖：圖3-4整體電路仿真結(jié)果4 集成電路版圖設(shè)計(jì)44.1 CMOS數(shù)字電路基本單元版圖設(shè)計(jì)4.1.1 反相器版圖設(shè)計(jì)圖

12、4-1cmos反相器圖4-2傳輸特性曲線當(dāng)輸入電壓為高時(shí)，PMOS因其柵壓柵壓等于0而截止，而NMOS導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓為低電平而接近0相反，當(dāng)輸入電壓為低時(shí)，NMOS和PMOS管分別關(guān)斷和導(dǎo)通。產(chǎn)生高電平輸出電壓。因此，不論那種規(guī)律狀態(tài)，串聯(lián)在高電平和地之間的這兩個(gè)晶體管中總有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)另一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)。圖4-3非門版圖由于非門由一個(gè)PMOS和一個(gè)CMOS串聯(lián)而成，因此設(shè)計(jì)版圖的時(shí)候可以把兩個(gè)MOS串聯(lián)在一起，以削減圖層面積，由于兩個(gè)MOS的柵極是相連的，故可以直接以poly圖層將兩個(gè)MOS館相連接。4.1.2 與非門版圖設(shè)計(jì)2輸入數(shù)據(jù)選擇器的另外一個(gè)主要組成部分是與非門，有兩個(gè)輸入

13、和一個(gè)輸出。假如輸入為1和0，則輸出為1；假如輸入為0和0，則輸出為1。與非門則是當(dāng)輸入端中有1個(gè)或1個(gè)以上是低電平常，輸出為高電平；只有全部輸入是高電平常，輸出才是低電平，下圖是與非門的版圖設(shè)計(jì)。圖4-4與非門原理圖從電路圖可以看出，與非門是由兩個(gè)PMOS并聯(lián)再和兩個(gè)NMOS串聯(lián)而成的。因此在進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)時(shí)，可以把兩個(gè)PMOS的ploy圖層畫在同一個(gè)有源區(qū)里面。然后通過ploy圖層把PMOS和NMOS連接起來。圖4-4與非門版圖4.2 整體版圖設(shè)計(jì)圖4-5數(shù)據(jù)選擇器電路由上述的電路原理圖可以看出，一個(gè)2輸入數(shù)據(jù)選擇器由一個(gè)非門和三個(gè)與非門組成，因此在繪制版圖的時(shí)候可以把設(shè)計(jì)的非門及與非門版圖

14、連接一起即可，整體版圖設(shè)計(jì)如下圖所示：圖4-62輸入數(shù)據(jù)選擇器版圖4.3 設(shè)計(jì)規(guī)章的驗(yàn)證及結(jié)果設(shè)計(jì)規(guī)章的驗(yàn)證是版圖與具體工藝的接口，因此就顯得尤為重要，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)章驗(yàn)證（DRC）。打開要驗(yàn)證單元的版圖界面，點(diǎn)擊FILE下的DRACULADRC，彈出在菜單欄上，在DRC菜單下的SETUP中，給出錯(cuò)誤文件的路徑，即可將錯(cuò)誤報(bào)告與Virtuoso的圖形界面結(jié)合起來，依據(jù)錯(cuò)誤層的提示，在圖中直接修改即可。修改后再更新編譯規(guī)章文件，重復(fù)進(jìn)行DRC驗(yàn)證，直至版圖完全通過DRC驗(yàn)證。5 總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是集成電路版圖設(shè)計(jì)，第一次嘗試在電腦上進(jìn)行版圖的設(shè)計(jì)，有很多地方都不了解，都要通過自己對(duì)軟件

15、的學(xué)習(xí)才能順當(dāng)?shù)倪M(jìn)行試驗(yàn)。在選取了2輸入同或門電路的同時(shí)，我開頭了版圖設(shè)計(jì)，剛開頭時(shí)我完全不知怎么著手畫版圖，于是我通過查找圖書館的資料，學(xué)習(xí)Tanner集成電路設(shè)計(jì)方法，并從網(wǎng)上找了一些版圖設(shè)計(jì)的有用教程，漸漸地我開頭把握了畫版圖的技巧，經(jīng)過半天的努力，我把各個(gè)模塊的版圖畫好了，經(jīng)過幾天的努力最終把整個(gè)芯片的版圖畫完，并最終通過了DRC檢查。我覺得這次集成電路課程設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的熬煉機(jī)會(huì)，除了嫻熟地把握了Tanner軟件的使用，還鞏固了我的學(xué)問，并且我把握了畫版圖的方法，而且通過查閱資料，還拓展了我的學(xué)問視野，加強(qiáng)了我查閱資料的力量?？偟膩碚f，試驗(yàn)簡(jiǎn)潔，過程是最難的。不管結(jié)果如何，在試驗(yàn)的過程中至少能學(xué)到很多東西，雖然這次試驗(yàn)我們順當(dāng)完成，但是要更深化的問題我們還是有很多不明白的，學(xué)無止境。參考文獻(xiàn)1廖裕評(píng)，陸