数字ic课程设计_8路选择器

目录
1课程设计名称 (1)
2课程设计内容 (1)
3课程设计目的 (1)
4课程设计要求 (1)
5使用软件 (1)
6课程设计原理 (1)
7课程设计网表 (4)
8结果及分析 (8)
9延时手工计算 (10)
10总结 (11)
11参考书目 (11)
1.课程设计名称
设计一个用两个4选1数据选择器接成8选1数据选择器。

2.课程设计内容
设计一个用两个4选1数据选择器接成8选1数据选择器，要求要有超前进位，减小输出的延迟，采用0.5um工艺设计。

3.课程设计目的
训练学生综合运用学过的数字集成电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字集成电路的能力。

4.课程设计要求
4.1、按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印；
4.2、报告内容包括设计过程、仿真的HSPICE网表，软件仿真的结果及分析、延时的手工计算；
4.3、要有整体电路原理图，仿真的波形图；
4.4、软件仿真必须要有必要的说明；要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。

4.5、写出对应的HSPICE设计网表，网表仿真结果符合设计要求。

把仿真图形附在报告上。

4.6、设输入端的电容为C inv，输出端的负载电容为5000C inv，从输入到输出任意找一通路，优化通路延时，手工计算确定通路中每个门对应的晶体管的尺寸。

每组三个同学选择不能为同一通路。

此部分的计算参数可采用书中第六章的参数。

4.7、各种器件的具体结构可参考阎石的《数字电子技术基础》一书。

不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。

5.使用软件
软件为HSPICE和COSMOS-SCOPE。

6.课程设计原理
此题目要求用两个四选一多路选择器搭成一个八选一多路选择器，由此可知有八位输入信号，则选择用三位控制信号实现该功能。

由真值表可得两个四选一多路选择器的逻辑表达式分别为：
设sel,s1,s2为控制信号，c1-c8为选择输入信号，out1,out2为选择器输出。

Out1=nsel*ns1*ns2*c1+nsel*ns2*c2+ nsel*s1*ns2*c3+ nsel*s1*s2*c4 out2=sel*ns1*ns2*c5+sel*ns1*s2*c6+sel* ns1*s2*c7+sel* ns1*s2*c8
做出真值表
根据逻辑表达式做出电路图
sel S1 S2 C1 0 0 0 C2 0 0 1 C3 0 1 0 C4 0 1 1 C5 1 0 0 C6 1 0 1 C7 1 1 0 C8
1
1
1
4输入与非门
反相器
2输入或非门
7.课程设计网表
*select8_1
.lib"e:\lib\h05hvcddtt09v01.lib" tt
.subckt inv in out
mp1 out in vdd vdd nvp w=2u l=1u
mn1 out in gnd gnd nvn w=1u l=1u
.ends
.subckt nand4 a b c d z
mp1 z a vdd vdd nvp l=1u w=2u
mp2 z b vdd vdd nvp l=1u w=2u
mp3 z c vdd vdd nvp l=1u w=2u
mp4 z d vdd vdd nvp l=1u w=2u
mn1 z a 1 gnd nvn l=1u w=4u
mn2 1 b 2 gnd nvn l=1u w=4u
mn3 2 c 3 gnd nvn l=1u w=4u
mn4 3 d gnd gnd nvn l=1u w=4u
.ends
.subckt select4 sell s11 s22 a b c d select
xnd1 nsell ns11 ns22 a out1 nand4
xnd2 nsell ns11 s22 b out2 nand4
xnd3 nsell s11 ns22 c out3 nand4
xnd4 nsell s11 s22 d out4 nand4
xnd5 out1 out2 out3 out4 select nand4
xinv1 s11 ns11 inv
xinv2 s22 ns22 inv
xinv3 sell nsell inv
.ends
.subckt nor2 a b out
mp1 x a vdd vdd nvp w=4u l=1u
mp2 out b x vdd nvp w=4u l=1u
mn1 out a gnd gnd nvn w=1u l=1u
mn2 out b gnd gnd nvn w=1u l=1u
.ends
.global vdd gnd
xselect1 sel s1 s2 c1 c2 c3 c4 select1 select4 xselect2 nsel s1 s2 c5 c6 c7 c8 select2 select4
xnor select1 select2 nf nor2
xnot nf f inv
xnot1 sel nsel inv
vdd vdd gnd 5
vsel sel gnd pulse 0 5 50ns 100ps 100ps 50ns 100ns vs1 s1 gnd 0
vs2 s2 gnd 0
vc1 c1 gnd pulse 5 0 10ns 100ps 100ps 20ns 30ns vc2 c2 gnd 5
vc3 c3 gnd 5
vc4 c4 gnd pulse 0 5 10ns 100ps 100ps 20ns 30ns vc5 c5 gnd pulse 0 5 10ns 100ps 100ps 20ns 30ns vc6 c6 gnd 5
vc7 c7 gnd 5
vc8 c8 gnd pulse 5 0 10ns 100ps 100ps 20ns 30ns
.tran 50ps 100ns
.plot tran v(f)
.end
8.结果及分析
分析：
由波形知，在前50ns控制信号为sel,s1,s2=000，后50ns控制信号为sel,s1,s2=100。

理论应为前50ns选出c1信号，后50ns选出c5信号。

如波形可知，该波形与理论相符。

9.延时手工计算
选择路径为nsel到cout1，cout1到select1，select1到nf，nf到f，途经两个四输入与非门，一个二输入或非门，一个反相器。

设四输入与非门电容为X，二输入或非门电容为Y，反相器电容为Z。

门的类型个数逻辑强度LE 寄生参数P
2输入异或门 2 2 2
3输入与非门 1 5/3 3/2
4输入或非门 1 9/3 3
反相器 3 1 1/2 总路径强度=∏（LE⨯FO）
=(6/3)*(X/CinV)*(6/3)*(Y/X)*(5/3)*(Z/Y)*(1)
*(5000CinV/Z)
100000
级强度SE*=43/
=13.512
归一化路径延迟D=4(13.512)*P4
nand+P2
nor+P inv
=60.048
τinv=ReqnCgLn=3（12.5k）(2fF/um)(0.5um)=12.5ps
最小的路径延迟= inv D=（12.5ps）（60.048）=750.6ps
4.总结
经过这次的数字IC的实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。

现在我总结了以下的体会和经验。

这次的实验跟我们以前做的实验不同，因为我懂得了合作的重要性，良好的合作能力帮助我们更快更好的完成实验。

而最宝贵最深刻的就是实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。

在这里我深深体会到理论对实践的指导作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。

我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。

实验总是与课本知识相关的，要想顺利完成实验就必须回顾课本的知识，写报告时还要熟练使用各种办公软件等等。

在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。

培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。

如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。

11.参考书目
［1］David A.Hodge, 《Analysis and Design of Digital Integrated Circuits in Deep Submicron Technology. Thrid Edition》, 清华大学出版社，2006年
［2］阎石，《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2006年
［3］Michael John Sebastian Smith,《专用集成电路》，电子工业出版社，2004年。