CMOS二输入与非门设计

MOS 管集成电路设计》期中论文CMOS 二输入与非门设计日期：2015 年 5 月21 日目录一电路设计1.1与非门基础 (3)1.2 CMOS二输入与非门 (4)二版图设计2.1 LASI7软件介绍 (5)2.2版图设计过程 (5)三规则检查 (8)四LTspice 仿真 (10)4.1电路仿真分析软件简介 (10)4.2 LTspice仿真过程 (11)五总结 (15)六参考文献 (15)摘要MOS（Metal-Oxide-Semiconductor ）晶体管是一种金属- 氧化物半导体硅场效应管，分为PMO管和NMO管两种，由NMO和PMOS共同构成的电路即为CMO电路。

和传统的TTL电路相比，MOS H成电路具有功耗较低，速度较快，输入阻抗高，热稳定性好等优点，因而在目前有着广泛的应有，可以预见的是，MOS集成电路代替TTL电路已是大势所趋。

与非门是一种数字电路的基本逻辑电路，可以看做是与门与非门的结合，若当输入均为高电平（1），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（0），则输出为高电平（1），在数字电路中有着非常重要的作用。

本设计旨在采用CMO设计一个二输入的与非门，根据需要，它由两个PMO（M3和M4和两个NMO（M1和M2构成。

其中，两个PMO作为上拉管，两个NMO作为下拉管，两个输入信号A和B分别加在两对互补的NMO管和PMO管的栅极上，输出从他们的漏极引出。

设计完之后，用LASI7 软件画出版图并进行规则检查。

关键词：CMO、S 与非门、逻辑电路、LASI7一电路设计1.1与非门基础与非门是数字电路中一种重要的逻辑电路，本设计设计的是二输入与非门，它有两个输入端和一个输出端，当输入均为高电平，输出为低电平；若输入中至少有一个为低电平，贝揃出为高电平，其逻辑符号如图1所示图1二输入与非门逻辑符号由于有两个输入，所以真值表中它的组合共有4种形式，如表1所示表1二输入与非门真值表1.2 CMOS二输入与非门二输入与非门的下拉管由串联的NMOST M1和M2组成，上拉管则由并联的PMO管的M3和M4构成。

两个输入信号A和B分别加在两对互补的NMO管和PMOST的栅极上，输出从他们的漏极引出。

当两个输入端A和B窦唯高电平时，两只NMO下拉管M1和M2 都导通，而两只PMOSb拉管M3和M4都截止，电源V DD和地之间没有电流通路形成，输出被导通的NMO下拉管拉倒低电平0,则输出为低电平；只要两个输入端有低电平输入，其对应的PMOSt拉管导通，但NMO下拉管截止，电源V DD到地之间没有电流通路形成，输出被导通的上拉管拉到V^D即输出高电平。

与真值表相对照，发现该电路实现了二输入与非门的功能。

用Multisim画出电路设计如图2所示图2 CMOSX输入与非门二版图设计2.1 LASI7 软件介绍LASIS是一个通用的IC布线和设计系统。

LASI可以用于各种电路的设计和布线，LASI 的图形功能很强，能够输入原理图并对其进行分析。

LASI 由一个主要的画图主程序和几个工具程序组成。

包括GDS CIF、DXF格式转换工具、位图格式的设计规则检查工具和一个能从原理图提取SPICE文件的图形化的SHPICE编译器。

LASI在80 年代中被作者用来在MS-DO下作为自己设计IC的软件，后来作者开发了WINDOWS的LASI。

LASI本身不支持SPICE仿真，但是LASI能够与现有很好的SPICE仿真工具集成。

另外，LASI作为一个开放式的项目，相关的电路资源十分丰富。

2.2 版图设计过程完成了电路原理图设计之后，需要用LASI7 进行版图的设计。

打开LASI7 之后，首先要对各层属性进行设计，点击Attr 按钮，在弹出的对话框中即可进行相关层属性的设置。

如图 3 所示Layer AttributesAttribute! Tabte 15or[~F][y][v )m[~^~]T~]mrT~)[ncv]iv )rv"]r^~]□ □□目回罔園頤叼■« BcocnciJcmDciJczicn 垄画畐區nDash _QJ -------------------------------------------B ----------------------CS ------------------- CZ) -------------------图3 Attr 界面本设计对板层属性的设置如表 2所示 Layer Color Fill Dash CONT A 13 0 NWEL W 0 3 NSEL G 0 0 PSEL Y 0 0 POLI R 7 0 MET1 B 9 0 ACTVG3表2板层属性设置接下来设置栅格属性，打开 Cnfg 对话框进行设置，如图4所示■ E PADS 囲 ■PWEL 41 ■NWEL 4?■ 匚 AC7V 43■ □ PSEL 44 ■ □ NSEL 45 ■ 0POL1 46 ■E MET1 490K页 -------------------|y|ARRW □ OTLN 5CHW NTXT _ CTXT Dixr _|PTXT J CONT1」V1A1□ MFR □ OVGL卩0L2PEAS CWEL二 V1A2_MET3生 32 33 開 37 35 罰Cn'g (Dra ™ n g Corf gLraTjorQ^|图5 NMOS 版图图 6 PMOS 版图Draw Resabiion 1 WOConwnor FLC FelderCell ResaLTioi 敏 Shial Cell Outkre 5dld 呼 Drts 、Hde图4 Cnfg 设置在设置完成之后，先新建一个cell ，命名为NMO ,采用N 掺杂， 在该cell 中画出NMO ,如图5所示。

在新建cell ，命名为PMOS 采用P 掺杂，N 阱工艺画出PMOS 如图6所示Opticme |~| Ude lODtiaE ^I'.fee- Te^iToobar | De niter ~op Todber □ Lkt d Cgfriinanc Mwu ~~| Lock Wxtow Fra™ |TjndfSihell Adi 禅 Madk |J| SnownMl [rrpert Oriy Nw Layier N LFI I MIS I Lnyc^ Descrndng L^| ■Jhdup Sef* Savrig Cdl |严屯k InCXIl~~l 03 低 Vflieri Ckvslro □ Wrttt OdTLCFomatI I Tjm> cn W HS Mooetoc L TILA |T 」rnonrRdU i Cikz? Sd /ai | T 」m eff Tcgge Redr™Working 订片◎容0.5Da SideEdkre在画好了NMO$口PMO之后，再新建一个cell，调出NMO和PMOS 画出最终需要的CMO二输入与非门。

其中，电源部分采用N阱工艺, 同时加入N掺杂，GN［部分采用P掺杂。

如图7所示图7 CMOSX输入与非门三规则检查在设计好了版图之后，需要对相关的规则的进行检查。

点击System-LasiDrc-Setup-Browse，将规则导入，如图8所示，点击“0K。

图8规则导入导入完成后点击Go即开始检查，结果如图9和图10所示Sc alih rilg Ar rm图9规则检查过程La s i DruDRC Completed ... 0 Total MapsTotal Run Time: OhrQrin-feec图10规则检查结果从检查结果可以看出，本设计没有错误四LTspice 仿真4.1电路仿真分析软件简介电路仿真(simulation )分析软件很多，有用于模拟电路的、有用于数字电路的、有既可以用于数字电路也可以用于模拟电路的，而且在这些软件中，有的功能非常强大，用户使用起来很方便、并且容易入手，而有些就要逊色多了，用户可以根据实际情况选择适合的。

LTspice是集成电路仿真分析软件其中之一，它是一个可视化的图形输入电路仿真软件，在win dows操作系统下运行。

Linear Tech no logy 公司是一家大型的美国电子元器件制造商，它生产各种各样电子元器件，有模拟电路元器件、有数字电路元器件等等。

Lin ear Tech no logy Corporati on 的LTspice/SwitcherCAD 是一款免费易用强大无限制的电路图编辑和仿真工具。

有spice netlist导出功能(也可以导出标准spice之外的其他软件的网表格式)，方便配合其它仿真工具。

4.2 LTspice 仿真过程首先打开LTspice ，新建一个原理图界面，找到相关的元器件画出二输入与非门的原理图，如图 11所示。

同时，需要设计 PMO 番口 NMO 的相关参数，这里讲 PMOS 口 NMOS 勺长宽都设为0.18卩，如图12、13所示 NMOS 1M2 _,~IM3■ PMOS PMOS图11二输入与非门电路原理图图12 PMOS 参数设定图13 NMOS参数设定接下来新建一个符号界面，对电路原理图进行封装，如图14所示。

这里需要注意符号文件保存的名称要和原理图一致，否则仿真时软件将因为找不到底层文件而不能运行。

图14符号界面封装图最后要给封装好的模块添加信号源。

新建一个原理图，找到封装模型，加入信号源。

设置相关的输入信号，仿真类型为仿真做准备。

如图15所示V2 )PULSEfO 5 0 0 0 1m 4m 3) A VDD F BVS )PULSE(D 5 0 0 0 3m 4m 3)图15仿真原理图完成了以上内容之后就可以进行仿真验证了。

在这里，输入信号A 是一个幅值为5V,周期为4ms,脉冲宽度为1ms 上升时间和下降 时间都为0的方波，如图16所示；输入信号E 是一个幅值为5V, 周期为4 ms 脉冲宽度为3 ms 上升周期和下降周期都为0的方波, 如图17所示。

并对它们选用3个周期进行仿真验证。

b.OV45¥彳43- 3.SV-3.0V-*・胡™.5v -^l.OV0.5V-I°3 i r r~"—T r —""™™r r r n rV1'Fy 5vR se*r™1 .(ran 0 12m 0 OJm图17信号A 波形图图18信号B波形图从中可以看出，虽然上升时间和下降时间以及延时时间都设为了0,但波形还是出现了明显地瑕疵。

点击F之后观察输出信号如图19所示。

图19输出波形图从表1可以知道，与非门只有当输入信号都为1时输出才为0, 其它组合下输出都为0,对比图17,18,19可以发现，仿真得到的结果与理论分析是吻合的。