1、第三章：设计过程 43.1电路设计 43.2电路仿真 63.3版图设计 12第五章：总结 17第六章：心得体会 17一.题目要求 1.1设计要求按照所给D触发器原理图，设计D触发器。要求： （1）给出满足题目要求的电路图。（2）给出MOS管的尺寸。（3）利用L-EDIT完成电路的版图设计，设计规则使用SMIC0.35um CMOS工艺规则或L-EDIT默认规则，要求电路布局合理、面积尽量做小。二.设计原理触发器是一种时钟控制的记忆器件，触发器具有一个控制输入讯号 （CLOCK），CLOCK 讯号使触发器只在特定时刻才按输入讯号改变输出状态。若触发器只在时 钟 CLOCK 由 L 到 H （H
2、到 L） 的转换时刻才接收输入，则称这种触发器是上升沿 （下降沿） 触发的。触发器可用来储存一位的数据。通过将若干个触发器连接在 一起可储存多位元的数据，它们可用来表示时序器的状态、计数器的值、电脑记 忆体中的 ASCII 码或其他资料。D 触发器是最常用的触发器之一。对于上升沿触 发 D 触发器来说，其输出 Q 只在 CLOCK 由 L 到 H 的转换时刻才会跟随输入 D 的状 态而变化，其他时候 Q 则维持不变。 。本课程设计要求设计 D 触发器电路及其版图，利用 Tanner Tools Pro 工具完成电路原理图的设计，仿真，以及版图设计。三.设计过程3.1 电路设计打开S-Edit程
3、序，从spice文件中调用NMOS和PMOS，之后要加入输入端与输出端口得到如下图的电路。图1 D触发器原理图3.1.2符号模式换至符号模式，建立D触发器符号如下图所示。图2 D 触发器符号3.1.3 生成SPICE文件输出成SPICE 文件，用于以后的仿真，将设计好的S-Edit 电路图输出成SPICE格式，可借助T-Spice来分析与模拟此设计电路的性质，得到下图1.3输出文件。图3 D触发器 SPICE 文件3.2 电路仿真包括直流仿真与瞬时分析3.2.1直流仿真操作流程：编辑S-Edit-输出SPICE文件-进入T-Spice-加载包含文件-电源设定-输入设定-分析设定-显示设定-执行
4、模拟-显示结果。 加入输入电源和输入信号，确定此模块在电路设计模式（Schematic Mode）下，再选择Module Symbol Browser 命令，打开Symbol Browser对话框，在Library列表框中选择spice 组 件库，其内含模块出现在Modules列表框中，其中有很多种电压源符号，选取出直流电压源 Source_v_dc 作为此电路的工作电压源。直流电压源Source_v_dc符号有正（十）端与负（一）端。 在 此 模块 编辑窗 口中将 直流电 压源 Source_v_dc 符 号的正 （+） 端接 Vdd ，将直流电压源 Source_v_dc符号的负（一）端接
5、Gnd。之后与同样的方法给输入D加上正电源5V,负极接Gnd。加入电源和输入信号 输出电路网表文件，加载包含文件，分析设定、输出设定之后，得到如下图2.2所示网表。图4 直流分析输出网表文件在得到网表文件之后，进行模拟。选择Simulate-Start Simulation 命令，或单击按钮，打开Run Simulation对话框，单击Start Simulation 按 钮，将出现模拟状况的窗口Simulation Status,并会自动打开w-Editor窗口来观看模拟波形图，得到如下图5的波形图。图5直流分析输出波形图由上图结果可以知道，当输入RST由0到5V以1V步距变化时，输出信号Q
6、和XQ在0V到5V之间变化，这个得到的结果和实际D触发器工作相符，直流分析验证了此电路设计的正确 性。3.2.2 瞬时分析进入T-Spice-打开d_chufaqi.sp文件-加载包含文件-参数设定-电源设定-输入设定-分析设定-显示设定-执行模拟-结果显示。 首先要加载包含文件。由于不同的流程有不同特性，在模拟之前，必须要引入MOS 组件的模型文件，此模型文件包括电容电阻系数等数据，以供T-Spice模拟之用。 然后加入电源Vdd，确定模块在电路设计模式。选择Module-Symbol Browser 命令，打开Symbol Browser 对话框，在Library 列表框中选择spice
7、组件库，其内含模块出现在 Modules 列表框中，其中有很多种电压源符号，选取直流电压源Source_v_dc作为此电路的 工作电压。直流电压源 Source_v_dc 符号有正（+）端与负（一）端。在此模块编辑窗口中将直 流电压源Source_v_dc符号的正（+）端接Vdd, 将直流电压源Source _v_dc 符号的负（-）端接 Gnd。此时电压源设定的电压值为5.0v。然后设定CLK,D和RST的输入信号。对于时钟信号CLK和输入D信号，我采用脉冲信号。 可以编辑电路来实现，具体步骤如下：选择Module-Symbol Browser 命令，打开Symbol Browser 对话框
8、，在Library 列表框中选取spice 组件库，其内含模块出现在Modules 列表框 中，选取脉冲电压源Source_v_pulse 作为反相器输入信号，将脉冲电压源Source_v_pulse 符 号的（+）端接输入端口IN，将脉冲电压源Source_v_pulse 符号的负（一）端接Gnd。之后将电路 输出为网表文件。也可以使用网表文件直接写入。其方法如下：选择Edit-Insert Command 命 令，在出现的对话框的列表框中选择Voltage Source 选项，在对话框右侧将出现10个选项， 再在Voltage Source选项下选择Pulse选项，在对话框右侧的Volta
9、ge source name（电压源名称） 文本框输入“vclk”，在电压峰值中填入5.0，初值中填入0，之后填入波形输入的上升下降 时间即可完成。设定D的信号和RST信号与上面A的方法类似，在此就不再赘述。完成之后的 网表文件格式如下。vd D Gnd PULSE （0 5 190n 5n 5n 50n 200n）vclk CLK Gnd PULSE （0 5 90n 5n 5n 50n 100n）vrst RST Gnd PWL （0ns 0V 200ns 0V 895ns 0V 900n 5V）接下来进行分析设定。对D触发器的瞬时分析，必须下瞬时分析指令。将鼠标移至文文件尾，选择Edit
10、-Insert Command 命令，在出现的对话框的列表框中选则Analysis 选项，在对 话框右侧出现8个选项，可直接单击Transient 瞬时分析按钮，也可展开左侧列表框的Analysis 选项，并选择Transient 选项。在对话框右侧有几项设定需要选择，并设定其时间间隔与分 析时间范围，这里我们将模拟时间间隔设定为1ns, 总模拟时间设定为1100ns。首先在 Modes 选项组中选择Standard （from DC op.point）单选按钮，在Maximum tinge 文本框输入“1n”， 在Simulation 文本框输入“1100n”，在Methods 选项组中选择
11、Standard BDF单选按钮，单 击Insert Command 按钮后，则会出现默认以红色字开头的“.tran/op 1n 1100n method =bdf”。 接下来输出设定.若要观察瞬时分析的结果，首先要设定观察瞬时分析结果为哪些节点的电 压或电流，在此要观察的是输入节点D，RST,CLK电压模拟结果。将鼠标移至文件尾，选择 Edit-Insert Command 命令，在出现的对话框的列表框中选择Output 选项，在对话框右侧 出现7个选项，可直接单击Transient results 按钮，也可展开列表框的Output 选项，并选择 Transient results 选项，
12、在右侧出现的Plot type 下拉列表中选择Voltage 选项，在Node name 文本框中输入节点名称“Q”，单击Add 按钮。重复该操作将XQ,RST,D加入.单击Insert Command 按钮，则会出现默认以红色字开头的.print tran v（CLK） v（D） v（RST） v（Q） v（XQ） 选择Simulate-Start Simulation 命令，或单击按钮，打开Run Simulation 对话框，单击Start Simulation 按钮，则会出现模拟结果的报告窗口Simulation Status,并会自动打开W-Editor 窗 口来观看模拟波形图，如下
13、图6所示图6 瞬时分析波形图观察上面的波形图，我们可以很明显的看到此触发器是下降沿有效，复位端高电平有效，输出端低电平有效。当时钟信号CLK下降沿到来时，并且复位信号RST为低电平时，输出信号 与输入信号D相同，否则输出信号保持不变。这组波形图很好的证明了电路的功能，验证了此设计的正确性。3.3 版图设计3.3.1版图设计流程（1） 打开L-Edit软件，选择“FileSave as”命令，在打开的对话框中选择文件存取位置和文件名“DFFC”。（2） 设计规则。选择File Replace setup命令，单击出现的对话框的From file 下拉列表右侧的Browser按钮，选D:Tanne
14、rEDAL-Edit90SemplesSPRexamplelights.tdb文件，单击“ok”，出现一个警告对话框，点击“确定”，就可以将lights.tdb文件的设定选择性应用在当前的文件，包括格点的设定，图层的设定。（3） 设计环境设定。绘制图层，必须有确定的大小。选择SetDesign命令，打开Set design对话框，进行相应的，合适的环境设置。（4） 用LVS进行检查，将布局图与电路图所描述的电路进行对比，具体的操作流程 如下：进入LVS软件环境 建立新文件 设定相关参数 电路对比。3.3.2 元件布局完整的元件布局包括两个部分，一个是核心逻辑电路，另一个是输入输出压焊点，其中的
15、输入输出压焊点部分也要包括在标准元件库中。四位加法器的核心逻辑电路在上两章已经讲述。在动手对版图进行布局之前，我们应该了解版图的基本设计规则，主要包括以下六个方面：最小宽度（minimum width）；最小间距（minimum spacing）；标准宽度（exact width）；最小环绕距离（minimum surround）；最小延伸（extension），重叠规则（overlap）。之后开始着手进行版图布局布线。以下为PMOS版图绘制的步骤：1）绘制N阱，如图4.1（a）；2）绘制P Select，如图4.1（b）；3）绘制有源区，如图4.1（c）；3）绘制栅极多晶硅，如图4.1（d）
16、；4）绘制有源区接触孔，如图4.1（e）。 （a） （b）（c） （d）（e） 图3.1 PMOS的版图设计步骤这样，PMOS的版图就完成了，如图4.2 （e）所示。NMOS版图的设计步骤与PMOS基本相同。3.3对于晶体管选择合适尺寸，在本课程设计中，我选择 NMOS 和 PMOS 尺寸如下。NMOS L=0.6u W=1.2u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24uPMOS L=0.7u W=2.8u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u。 图7 D触发器版图 图8 通过DRC检查3.4进行仿真验证。程序如下：加载包含文件Vdd 电压值设定设定 A 的输入
17、信号分析设定输出设定进行 模拟。设定内容为：.include C:Program FilestannertannerTSpice70modelsml2_125.md vd D Gnd PULSE （0 5 190n 5n 5n 50n 200n）vvdd Vdd Gnd 5.tran/op 1n 1100n method=bdfprint tran v（CLK） v（D） v（RST） v（Q） v（XQ）模拟结果在 W-Edit 中的状态如图 3.3 所示。图 9 D 触发器布局图模拟结果由上面的电路的瞬时仿真、直流分析、版图的瞬时仿真，LVS比对，我们可以发现此设计完全以能够完成其基本功能
18、，可以满足课程设计题目的要求，并 且具有很好的稳定性，算是一次较为成功的设计。五.总结本次D触发器设计包括电路图设计、网表的仿真、版图的实现，涵盖了集成电路整个设计流程。将电路图转化为网表的形式，添加电源、激励信号，用H-Spice进行了仿真，从结果波形图中可以看出实现了D触发器的功能，然后，在L-Edit中完成版图的设计，同样采用标准模块的方法，设计完成后进行DRC检查，未发现错误。说明版图设计通过。同时，通过进行分析，发现瞬时特性等都符合要求，因此D触发器电路设计及版图实现就完成了。六.心得体会本次课程设计做的是D触发器，刚拿到题目时候，一开始无从下手。老师给了电路图，但参数等看的却不是很
19、清晰，因此用S-Edit画电路图时候，费了不少力气。在后续仿真中，也遇到了一些问题。加上本学期学习集成电路版图设计没有重视，因此再用L-Edit画版图时候，感觉很棘手。从廖裕评等编.Tanner Pro 集成电路设计与布局实战指导这本书开始，耐心的学习了tanner软件：S-Edit，L-Edit以及相关的直流仿真，瞬态仿真。慢慢的我对题目有了一定的想法，于是开始试着完成课设。虽然依旧遇到了很多问题，通过向同学老师请教，不断修改，完善，最终完成了版图设计通过这次的课设，我明白了，学任何东西要有踏实，细心，不能急躁，而且遇到问题首先要自己尝试去解决，要充分利用网络资源和图书馆资源，要具备一定的搜集资料的能力，这对于我们以后的学习来说具有很大的意义。通过这次课程设计，我深深的感觉集成电路设计是非常实用的科目，这也增加了我对集成电路学习的兴趣。学习不仅仅是要学理论知识，更重要的，是要学会动手，通过实践加深对理论知识的理解。本次课程设计激发了我动手实践的热情， 提高了我的分析和实践能力，也让我体会到了自己设计的快乐，收获颇多！课设仍有待完善，请老师不吝赐教。 评 语
