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4）主触发器采用钟控反相器，节省一根金属连线。
21
(2) 带置位端的D触发器
电路图 版图
特点：器件仍分 为4层，CP和CPb也 位于上下两边，并且 在CP多晶的上方增 加一条水平的多晶作 为复位（R）。CPb 线在水平和垂直方向 的连接采用金属过渡。 主触发器采用钟控或 非门，节省一根金属 连线。
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M3和M4的宽长比很大，M3a、M3b、M4a和M4b都采用多管并联的结构。这四 个MOS管的源已经连接到Metal1导线，为了避免和Metal1交叉短路, M3和M4的漏极 要用Metal2连接。Metal2有很多通孔和很宽的导线，使电流能够顺利通过。
版图设计实例
1
MOS 场效应管的版图实现
单个MOS管的版图实现
1. MOS管的结构和布局
① MOS管的四种布局图
2
③ 源区、沟道区和漏区合称为MOS管的有源区(Active），而有源区之外 的区域定义为场区（Fox)。有源区和场区之和就是整个芯片表面。
Fox + Active = Surface
7
1. CMOS门电路
(1) 反相器
电路图
版图1
版图2
版图1特点:多晶栅竖直排列,MOS管源区面积小,因而反相器面积也小。 版图2特点:多晶栅水平排列,MOS管漏极金属与电源、地金属线之间的 空档允许其它金属线通过,因水平尺寸较大而使面积稍大一些。
8
(2) 异或门
版图1特点:多晶栅竖直放置;MOS管排成4行,第2和第4行构 成或非门,第1和第3行构成与或非门.整个版图较高。
2）第1行和第4行构成传输门，虽然被第2、3行分隔开，但这两行MOS管不需 要多晶共用，只用金属进行源漏连接，即使这些金属连线跨过中间两行有源区，也 不会形成寄生MOS管。
3）CP多晶放在Vdd线下，CPb多晶沿Vss水平布线，在中央部位，这两条多晶 都从有源区的空隙分别延伸到Vdd和Vss线附近，与传输门器件的栅级连接。
芯片表面包含有源区和场区两部分
④ N阱CMOS集成电路使用P型衬底，NMOS管直接制作在 P型衬底上，PMOS管做在N阱内。
3
⑤ 完整的MOS管版版图必须包含两个部分：a）由源、栅和 漏组成的器件；b）衬底连接。
4
5.1.2 MOS管阵列的版图实现
1.MOS管串联
(1) 两个MOS管的串联。 N1的源、漏区为X和Y，N0的源、漏区为Y和Z。Y是它们的公共区域，如 果把公共区域合并,得到图5.7(d)所示的两个MOS管串联连接的版图。 从电流的方向可以决定，当MOS管串联时，它们的电极按S-D-S-D-S-D方 式连接。
18
(2) CMOS RAM阵列
特点：存储单元排成阵列时，列的方向只要求相邻单元位
线的间距符合设计规则；行的布局合并了公共区域，即Vdd和
Vss共用。
19
3. CMOS D触发器 (1) 无置位和复位端的D触发器
电路图
电路图中,用钟控反相器代替反相器和传输门（TG2）串联。
20
版图
特点：1）版图为4行结构，中间两行构成反相器，多晶从第2行延伸到第3行就 形成反相器。
22
4. CMOS放大器
23
分割输入器件实现四方交叉：将M3变为M3a和M3b，M4变 为M4a和M4b，就可以实现四方交叉，保证输入器件的对称 性。
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wk.baidu.com
由于全部电流都要通过输入晶体管中的每一个，例如，有时整个电 流完全在M3，当差分信号关断时，M3关断M4接通，整个电流又完全在 M4，信号每摆动一次就切换一次，为了承受这一电流，在M3和M4之间 的金属线需要达到一定的宽度，采用二条金属线连接M3和M4的源极，并 且从M4b和M3b的中间向下，这样，M3导通时电流将通过M3a和M3b， 即它的两半把电流向下送到中心导线。
(a) 电路图
(b) N1版图 (c) N0版图 (d) N1和N0串联版图
(2) 任意个MOS管串联。例如3个MOS管串联的版图。
(a)电路图
(b) 版图
5
2.MOS管并联(并联是指它们的源和源连接，漏和漏连接，各 自的栅还是独立的。) (1)栅极水平放置，节点X和Y可用金 属连线连接(图b)；也可用有源区连接(图c）。
(2)栅极竖直方向排列，节点连接既可用金属导线(图b)，也 可用有源区进行连接(图c）。
6
(3)三个或三个以上MOS管并联。 ① 全部用金属进行源的连接和漏的连接(图a）,称为叉指形结构; ② 分别用金属和有源区进行源和漏的并联连接; ③ 金属连接和有源区连接联合使用(图b）。
3.MOS管的复联 复联是MOS管先串后并和先并后串的连接。
9
版图2特点:或非门和与或非门分开布局,P管和N管各占一行。
10
(3)二输入端与门(and2)
特点：与门由与非门和反相器串联而成，采用合并公共区域 的技巧，将P管接电源的有源区公用，N管接地的有源区公用， 器件的排列很紧凑，面积很小。
11
(4) 与或非门(AOI)
提示：设计AOI或OAI的版图，一定要熟练掌握MOS管串联和 并联的画法后进行，看清每个MOS管的输入信号，用棍棒图画 出草图后再画版图。
12
(5) 或与非门（OAI)
提示：对比AOI和OAI电路图和版图的区别和画法，巩固和 熟练掌握CMOS复联电路版图的画法。
13
(6) 全加器
14
版图
15
2019/12/22
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特点： ① 和异或门相似，几个输入信号被几乎所有的器件公用， 设计版图时要充分注意这一特点。 ② 版图把A、B、C多晶分成二段且排成二列，A线在上面 (靠近Vdd)转折连接，B线在下面(靠近Vss)转折连接，C线二段 不能直接连接，在Vss附近用金属连接。 ③ 用左面一列A、B、C多晶布局器件的串并联，右面一列A、 B、C多晶布局器件的串联。整个电路分为4行，第2和第3行组 成进位电路的前级，第1行和第4行组成求和电路的前级。 ④ 进位与求和的输出反相器采用较大的宽长比。 ⑤ 在版图中间一条横的金属线阻挡了进位部分串并联电路 的输出从上至下进行连接，用多晶从该金属线下穿过将这段输 出金属连接。
17
2. CMOS RAM单元及阵列 (1）CMOS RAM单元
特点：版图用双层金属设计。两个反相器共源，它们的 交叉连接和衬底连接都用金属1，两条位线也用金属1作为连 线。Vdd、Vss和W用金属2作为导线。门管的多晶栅和金属1 连接，然后金属1经过通孔连接到用字线。阱和衬底的接触也 经过通孔连接到Vdd和Vss。
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(2) 带置位端的D触发器
电路图 版图
特点：器件仍分 为4层，CP和CPb也 位于上下两边，并且 在CP多晶的上方增 加一条水平的多晶作 为复位（R）。CPb 线在水平和垂直方向 的连接采用金属过渡。 主触发器采用钟控或 非门，节省一根金属 连线。
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M3和M4的宽长比很大，M3a、M3b、M4a和M4b都采用多管并联的结构。这四 个MOS管的源已经连接到Metal1导线，为了避免和Metal1交叉短路, M3和M4的漏极 要用Metal2连接。Metal2有很多通孔和很宽的导线，使电流能够顺利通过。
版图设计实例
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MOS 场效应管的版图实现
单个MOS管的版图实现
1. MOS管的结构和布局
① MOS管的四种布局图
2
③ 源区、沟道区和漏区合称为MOS管的有源区(Active），而有源区之外 的区域定义为场区（Fox)。有源区和场区之和就是整个芯片表面。
Fox + Active = Surface
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1. CMOS门电路
(1) 反相器
电路图
版图1
版图2
版图1特点:多晶栅竖直排列,MOS管源区面积小,因而反相器面积也小。 版图2特点:多晶栅水平排列,MOS管漏极金属与电源、地金属线之间的 空档允许其它金属线通过,因水平尺寸较大而使面积稍大一些。
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(2) 异或门
版图1特点:多晶栅竖直放置;MOS管排成4行,第2和第4行构 成或非门,第1和第3行构成与或非门.整个版图较高。
2）第1行和第4行构成传输门，虽然被第2、3行分隔开，但这两行MOS管不需 要多晶共用，只用金属进行源漏连接，即使这些金属连线跨过中间两行有源区，也 不会形成寄生MOS管。
3）CP多晶放在Vdd线下，CPb多晶沿Vss水平布线，在中央部位，这两条多晶 都从有源区的空隙分别延伸到Vdd和Vss线附近，与传输门器件的栅级连接。
芯片表面包含有源区和场区两部分
④ N阱CMOS集成电路使用P型衬底，NMOS管直接制作在 P型衬底上，PMOS管做在N阱内。
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⑤ 完整的MOS管版版图必须包含两个部分：a）由源、栅和 漏组成的器件；b）衬底连接。
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5.1.2 MOS管阵列的版图实现
1.MOS管串联
(1) 两个MOS管的串联。 N1的源、漏区为X和Y，N0的源、漏区为Y和Z。Y是它们的公共区域，如 果把公共区域合并,得到图5.7(d)所示的两个MOS管串联连接的版图。 从电流的方向可以决定，当MOS管串联时，它们的电极按S-D-S-D-S-D方 式连接。
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(2) CMOS RAM阵列
特点：存储单元排成阵列时，列的方向只要求相邻单元位
线的间距符合设计规则；行的布局合并了公共区域，即Vdd和
Vss共用。
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3. CMOS D触发器 (1) 无置位和复位端的D触发器
电路图
电路图中,用钟控反相器代替反相器和传输门（TG2）串联。
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版图
特点：1）版图为4行结构，中间两行构成反相器，多晶从第2行延伸到第3行就 形成反相器。
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4. CMOS放大器
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分割输入器件实现四方交叉：将M3变为M3a和M3b，M4变 为M4a和M4b，就可以实现四方交叉，保证输入器件的对称 性。
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wk.baidu.com
由于全部电流都要通过输入晶体管中的每一个，例如，有时整个电 流完全在M3，当差分信号关断时，M3关断M4接通，整个电流又完全在 M4，信号每摆动一次就切换一次，为了承受这一电流，在M3和M4之间 的金属线需要达到一定的宽度，采用二条金属线连接M3和M4的源极，并 且从M4b和M3b的中间向下，这样，M3导通时电流将通过M3a和M3b， 即它的两半把电流向下送到中心导线。
(a) 电路图
(b) N1版图 (c) N0版图 (d) N1和N0串联版图
(2) 任意个MOS管串联。例如3个MOS管串联的版图。
(a)电路图
(b) 版图
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2.MOS管并联(并联是指它们的源和源连接，漏和漏连接，各 自的栅还是独立的。) (1)栅极水平放置，节点X和Y可用金 属连线连接(图b)；也可用有源区连接(图c）。
(2)栅极竖直方向排列，节点连接既可用金属导线(图b)，也 可用有源区进行连接(图c）。
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(3)三个或三个以上MOS管并联。 ① 全部用金属进行源的连接和漏的连接(图a）,称为叉指形结构; ② 分别用金属和有源区进行源和漏的并联连接; ③ 金属连接和有源区连接联合使用(图b）。
3.MOS管的复联 复联是MOS管先串后并和先并后串的连接。
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版图2特点:或非门和与或非门分开布局,P管和N管各占一行。
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(3)二输入端与门(and2)
特点：与门由与非门和反相器串联而成，采用合并公共区域 的技巧，将P管接电源的有源区公用，N管接地的有源区公用， 器件的排列很紧凑，面积很小。
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(4) 与或非门(AOI)
提示：设计AOI或OAI的版图，一定要熟练掌握MOS管串联和 并联的画法后进行，看清每个MOS管的输入信号，用棍棒图画 出草图后再画版图。
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(5) 或与非门（OAI)
提示：对比AOI和OAI电路图和版图的区别和画法，巩固和 熟练掌握CMOS复联电路版图的画法。
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(6) 全加器
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版图
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2019/12/22
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特点： ① 和异或门相似，几个输入信号被几乎所有的器件公用， 设计版图时要充分注意这一特点。 ② 版图把A、B、C多晶分成二段且排成二列，A线在上面 (靠近Vdd)转折连接，B线在下面(靠近Vss)转折连接，C线二段 不能直接连接，在Vss附近用金属连接。 ③ 用左面一列A、B、C多晶布局器件的串并联，右面一列A、 B、C多晶布局器件的串联。整个电路分为4行，第2和第3行组 成进位电路的前级，第1行和第4行组成求和电路的前级。 ④ 进位与求和的输出反相器采用较大的宽长比。 ⑤ 在版图中间一条横的金属线阻挡了进位部分串并联电路 的输出从上至下进行连接，用多晶从该金属线下穿过将这段输 出金属连接。
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2. CMOS RAM单元及阵列 (1）CMOS RAM单元
特点：版图用双层金属设计。两个反相器共源，它们的 交叉连接和衬底连接都用金属1，两条位线也用金属1作为连 线。Vdd、Vss和W用金属2作为导线。门管的多晶栅和金属1 连接，然后金属1经过通孔连接到用字线。阱和衬底的接触也 经过通孔连接到Vdd和Vss。