1位全加器的电路和版图设计解析
实验一 1位全加器电路设计知识分享
实验一1位全加器电路设计实验一 1位全加器电路的设计一、实验目的1、学会利用Quartus Ⅱ软件的原理图输入方法设计简单的逻辑电路;2、熟悉利用Quartus Ⅱ软件对设计电路进行仿真的方法;3、理解层次化的设计方法。
二、实验内容1、用原理图输入方法设计完成一个半加器电路。
并进行编译与仿真。
2、设计一个由半加器构成1位全加器的原理图电路,并进行编译与仿真。
3、设计一个由1位全加器构成4位加法器的原理图电路,并进行编译与仿真。
三、实验步骤1. 使用Quartus建立工程项目从【开始】>>【程序】>>【ALtera】>>【QuartusII6.0】打开Quartus软件,界面如图1-1示。
仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢2图1-1 Quartus软件界面在图1-1中从【File】>>【New Project Wizard...】新建工程项目,出现新建项目向导New Project Wizard 对话框如图1-2所示。
该对话框说明新建工程应该完成的工作。
在图1-2中点击NEXT进入新建项目目录、项目名称和顶层实体对话框,如图1-3 所示,顶层实体名与项目名可以不同,也可以不同。
输入项目目录如E:\0512301\ first、工程项目名称和顶层实体名同为fadder。
仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢3图1-2 新建工程向导说明对话框图1-3 新建工程目录、项目名、顶层实体名对话框仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢4接着点击NEXT进入新建添加文件对话框如图1-4所示。
这里是新建工程,暂无输入文件,直接点击NEXT进入器件选择对话框如图1-5所示。
这里选择Cyclone系列的EP1C6Q240C8。
图1-4 新建添加文件对话框仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢5图1-5器件选择对话框点击NEXT进入添加第三方EDA开发工具对话框如图1-6所示。
全加器逻辑电路图
全加器逻辑电路图全加器英语名称为full-adder,是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路,称为一位全加器。
一位全加器可以处理低位进位,并输出本位加法进位。
多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。
常用二进制四位全加器74LS283。
一位全加器:全加器是能够计算低位进位的二进制加法电路一位全加器(FA)的逻辑表达式为:S=A⊕B⊕CinCo=AB+BCin+ACin其中A,B为要相加的数,Cin为进位输入;S为和,Co是进位输出;如果要实现多位加法可以进行级联,就是串起来使用;比如32位+32位,就需要32个全加器;这种级联就是串行结构速度慢,如果要并行快速相加可以用超前进位加法,超前进位加法前查阅相关资料;如果将全加器的输入置换成A和B的组合函数Xi和Y(S0…S3控制),然后再将X,Y和进位数通过全加器进行全加,就是ALU的逻辑结构结构。
即X=f(A,B)Y=f(A,B)不同的控制参数可以得到不同的组合函数,因而能够实现多种算术运算和逻辑运算。
半加器、全加器、数据选择器及数据分配器一、实验目的1.验证半加器、全加器、数据选择器、数据分配器的逻辑功能。
2.学习半加器、全加器、数据选择器的使用。
3.用与非门、非门设计半加器、全加器。
4.掌握数据选择器、数据分配器扩展方法。
二、实验原理1.半加器和全加器根据组合电路设计方法,列出半加器的真值表,见表7。
逻辑表达式为:S=AB+AB=A⊕BC=AB半加器的逻辑电路图如图17所示。
用两个半加器可组成全加器,原理图如图18所示。
在实验过程中,我们可以选异或门74LS86及与门74LS08来实现半加器的逻辑功能;也可用全与非门如74LS00、反相器74LS04组成半加器。
这里全加器不用门电路构成,而选用集成的双全加器74LS183。
其管脚排列和逻辑功能表分别见图19和表4.9所示(a)用异或门组成的半加器(b)用与非门组成的半加器图17半加器逻辑电路图图18由二个半加器组成的全加器图1974LS183双全加器管脚排列图2.数据选择器和数据分配器数据选择器又叫多路开关,其基本功能相当于单刀多位开关,其集成电路有“四选一”、“八选一”、“十六选一”等多种类型。
一位全加器电路版图设计
目录1 绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计目标 (1)2一位全加器电路原理图编辑 (2)2.1 一位全加器电路结构 (2)2.2 一位全加器电路仿真分析波形 (3)2.3 一位全加器电路的版图绘制 (3)2.4一位全加器版图电路仿真并分析波形 (3)2.5 LVS检查匹配 (3)总结 (3)参考文献 (3)附录一:电路原理图网表 (3)附录二:版图网表 (3)1 绪论1.1 设计背景Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows 平台的用于集成电路设计的工具软件。
早期的集成电路版图编辑器L-Edit在国已具有很高的知名度。
Tanner EDA Tools 也是在L-Edit的基础上建立起来的。
整个设计工具总体上可以归纳为电路设计级和版图设计级两大部分,即以S-Edit 为核心的集成电路设计、模拟、验证模块和以L-Edit为核心的集成电路版图编辑与自动布图布线模块。
Tanner软件包括S-Edit,T-Spice,L-Edit与LVS[1]。
L-Edit Pro是Tanner EDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块,具有高效率,交互式等特点,强大而且完善的功能包括从IC设计到输出,以及最后的加工服务,完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。
L-Edit Pro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place & Route)、线上设计规则检查器(DRC)、组件特性提取器(Device Extractor)、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、CMOS Library、Marco Library,这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决方案。
L-Edit Pro丰富完善的功能为每个IC 设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。
1.2 设计目标1.用tanner软件中的原理图编辑器S-Edit编辑一位全加器电路原理图2.用tanner软件中的TSpice对一位全加器的电路进行仿真并分析波形3.用tanner软件中的版图编辑器L-Edit进行一位全加器电路的版图绘制,并进行DRC验证4.用tanner软件中的TSpice对一位全加器的版图进行仿真并分析波形5.用tanner软件的layout-Edit中的lvs功能对一位全加器进行LVS检验观察原理图与版图的匹配程度2一位全加器电路原理图编辑2.1 一位全加器电路结构一位全加器电路是数据运算和数字信号处理中应用最广泛的组合模块之一。
一位全加器
END ENTITY f_adder;ARCHITECTURE fd1 OF f_adder ISCOMPONENT h_adderPORT ( a,b : IN STD_LOGIC;co,so : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ;COMPONENT or2aPORT (a,b : IN STD_LOGIC;c : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;SIGNAL d,e,f : STD_LOGIC;BEGINu1 : h_adder PORT MAP(a=>ain,b=>bin,co=>d,so=>e);u2 : h_adder PORT MAP(a=>e, b=>cin, co=>f,so=>sum); u3 : or2a PORT MAP(a=>d, b=>f, c=>cout);END ARCHITECTURE fd1;(2)LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY h_adder ISPORT (a, b : IN STD_LOGIC;co, so : OUT STD_LOGIC);END ENTITY h_adder;ARCHITECTURE fh1 OF h_adder isSIGNAL abc : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0) ;BEGINabc <= a & b ;PROCESS(abc)BEGINCASE abc ISWHEN "00" => so<='0'; co<='0' ;WHEN "01" => so<='1'; co<='0' ;WHEN "10" => so<='1'; co<='0' ;WHEN "11" => so<='0'; co<='1' ;WHEN OTHERS => NULL ;END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE fh1 ;(3)LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY or2a ISPORT (a, b :IN STD_LOGIC;c : OUT STD_LOGIC );END ENTITY or2a;ARCHITECTURE one OF or2a ISBEGINc <= a OR b ;END ARCHITECTURE one五、实验仿真、结果及分析1.仿真结果如图2.结果及分析:该一位加法器是由两个半加器组成,在半加器的基础上,采用元件的调用和例化语句,将元件连接起来,而实现全加器的VHDL编程和整体功能。
1位全加器的设计
实验一 1位全加器的设计一、实验目的:1、掌握Quartus Ⅱ 6.0软件使用流程。
2、初步掌握VHDL的编程方法。
一位全加器的逻辑表达式为:sum=a^b^Cl;Ch= a&b|(a^b)&Cl.三、实验连线1、将EP2C5适配板左下角的JTAG用十芯排线和万用下载区左下角的SOPC JTAG 口连接起来,万用下载区右下角的电源开关拨到 SOPC下载的一边2、将JPLED1短路帽右插,JPLED的短路帽全部上插。
3、请将JP103的短路帽全部插上,,打开实验箱电源。
四、实验步骤:1、打开Quartus II 6.0软件,点击“File→OpenP roject”出现如下的对话框(图2.1),选中左端addre,点打开即可;图12、点击“Tools-Programmer”后出现如下图下载对话窗口,图 23、点”Edit→Add File………”出现如下对话框(图2.2),在图2.3对话框中,选中EP2C5/4fulladder/4fulladder.sof项目后点击打开,回到Programmer对话框, 在下载对话窗口中“选中Program/ Configure”,点击Start”即进行下载。
图3图4五、实验现象:(程序:EP2C5\fulladder\fulladder.sof)SW1,SW2,SW3对应a,b,Cl;D101,D102分别对应sum和Ch,当结果为0时彩色LED灯熄灭,当结果为1时彩灯点亮,改变SW1,SW2,SW3的输入状态,观察实验结果。
参考程序:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY shiyan ISPORT(A,B,C1 :IN STD_LOGIC;CH,SUM : OUT STD_LOGIC);END ENTITY shiyan;ARCHITECTURE ADO OF shiyan isSIGNAL AB :STD_LOGIC;BEGINSUM<=A XOR B XOR C1;AB<=A XOR B;CH<=(A AND B) OR (AB AND C1);END ARCHITECTURE ADO;六、实验结果1)引脚分配:图52)实验结果图63)仿真图图7七、实验总结第一次实验学会了使用掌握Quartus Ⅱ 6.0软件使用流程,初步掌握VHDL的编程方法。
1位全加器电路设计
1位全加器电路设计全加器是一种组合逻辑电路,用于将两个二进制数相加,并输出和及进位。
一个1位全加器包含两个输入(被加数和加数)和两个输出(和和进位)。
全加器具有一个额外的输入(进位输入)来接收来自上一位的进位。
一个1位全加器可以使用与门(AND)、异或门(XOR)和或门(OR)来实现。
设计思路如下:1.将两个输入(被加数和加数)分别与一个异或门(XOR)连接,得到一个输出(和)。
2.将两个输入(被加数和加数)分别与一个与门(AND)连接,得到一个输出(进位)。
3.将两个输入的与门(AND)的输出(进位)与进位输入进行异或运算,得到最终的进位输出。
4.将输出(和)和最终进位输出作为全加器的输出。
下面是我对1位全加器的详细设计:首先,我们需要定义输入和输出信号:输入信号:A, B, Cin(被加数,加数,进位输入)输出信号:S, Cout(和,进位输出)接下来,我们可以按照设计思路,逐步实现1位全加器:Step 1: 设计异或门(XOR)的电路将输入A和B连接到一个异或门,得到一个信号X(X=AXORB)Step 2: 设计与门(AND)的电路将输入A和B连接到一个与门,得到一个信号Y(Y=AANDB)Step 3: 设计第一个异或门(XOR)的电路将信号X和进位输入Cin连接到一个异或门,得到一个信号Z(Z = X XOR Cin)Step 4: 设计与门(AND)的电路将信号X和进位输入Cin连接到一个与门,得到一个信号CarryOut (CarryOut = X AND Cin)Step 5: 设计或门(OR)的电路将信号Y和信号CarryOut连接到一个或门,得到输出信号Cout (Cout = Y OR CarryOut)Step 6: 设计或门(OR)的电路将信号X和信号Z连接到一个或门,得到输出信号S(S=XORZ)最后,我们将输入A、B和Cin以及输出S、Cout连接到1位全加器的电路中,即可实现1位全加器。
一位全加器的版图设计
一位全加器的版图设计暴鑫-1152613一. 实验名称一位全加器的版图设计二. 实验目的与内容绘制电路图:理解instance 、电路的层次结构、CDF 参数、sheet 等概念;掌握从电路图抽取网表后用于Hspice 仿真的方法;理解电路设计的概念;对1位全加器进行电路设计与仿真;进一步掌握Virtuoso 软件使用和版图设计技巧。
进行一位加法器的版图设计。
进一步掌握使用Dracula 进行DRC 、LVS 的方法;完成一位全加器版图验证。
三. 实验相关知识1. 一位全加器一位全加器是计算A 、B 、Cin (进位信号输入)三个二进制数相加的结果,得出sum (和)、cout (进位输出)2. 反相器是数字逻辑中实现逻辑非的逻辑门 反相器的版图如下 i⊕⊕=A =BC i ABC i ABC i ABC i+++C o AB BC i AC i++=AB Cout SumCin Full adder四.实验步骤1.完成了一位加法器电路的电路设计、电路图输入、电路仿真。
2.在版图设计阶段,就是将完成的电路的版图绘制完成。
3.一位全加器版图的DRC、LVS检查。
五.实验结果版图做出来是这个样子的然后进行验证后出现了很多错误改了很久还是有错误,最后就放弃掉了TAT还是对版图设计规则的不熟悉,不熟练通过Hspice仿真得到反相器的输入输出波形:一位全加器的电路图:用Hspice仿真上述电路得到的结果五.实验体会这个实验做了好几周,耗时也是非常长,对这个实验实在是印象相当深刻。
刚开始的时候自己画版图,花了半天也就把反相器的画出来了,然后发现二选一和反相器在库里面都是有的。
于是就放弃了自己创作,用库里面的原件去画,三个二选一,三个反相器。
看了月勇的布局以后就模仿他的做了,基本我俩的版图是一样的,因为后来我拷到u盘中的文件坏了,用了他的半成品进行版图最后的链接,但是验证时候除了许多问题,大部分都是尺寸问题,有的会改,但是有的地方就不知道该怎么下手,一点头绪都没有。
VLSI数字电路0.18um工艺全加器设计解析
《VLSI电路设计》---项目设计传输门全加器设计指导老师:组长:目录一.项目设计方案 (2)1.1一位全加器简介: (2)1.2一位全加器的真值表: (2)1.3镜像CMOS全加器电路图: (3)1.4镜像CMOS全加器的棍棒图: (4)1.5镜像CMOS全加器的优化棍棒图: (4)1.6镜像CMOS全加器的欧拉路径: (5)1.7镜像CMOS全加器的网表: (5)二.项目设计完成情况 (7)1. HSPICE前仿真: (7)2.版图: (8)3.DRC/LVS/PEX完成情况: (8)4.HSPICE后仿真情况: (9)5.全加器面积及性能: (9)6.项目展望: (10)附录一 (10)附录二 (10)一.项目设计方案1.1一位全加器简介:全加器是算术运算电路运算中的基本单元,也是构成多位加法器的基本单元,介于加法器在算术运算电路当中的重要作用,使得全加器的设计显得十分重要。
通常情况下,我们采用两种结构构成全加器电路,一种是由两个半加器组成,另一种为镜像结构。
全加器的基本符号如图1-1所示。
其中,A 、B 为加法器的输入,Cin 进位输入,Sum 为输出,Cout 进位输出。
1-1 全加器基本符号全加器的逻辑表达式为:Cout=AB+BC in +AC inSum=ABC in +Cout(A+B+C in )1.2一位全加器的真值表:FULL ADDER A B Cin CoutSum1-2 全加器真值表1.3镜像CMOS 全加器电路图:1-3 镜像全加器电路图当D 为高时,!Cout 被置为Vdd,清除进位;当G 为高时,!输入 输出 A B Cin Sum Cout 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1Cout被置为0,产生进位。
当P为1时,输入进位反向传递到!Cout,同时,可以分析求和电路,当A,B,Cin同时为0,!S为1,和为0;当A,B,Cin同时为1,!S为0,和为1;当A,B,Cin既有1也有0时,!S的输出由!Cout取反决定。
数电实验——全加器设计
五、实验验证 A = 0 , B = 0 , ������1 = 0 , S = 0, ������0 = 0 ,红灯灭,绿灯灭
A = 0 , B = 0 , ������1 = 1 , S = 1, ������0 = 0 ,红灯亮,绿灯灭 A = 0 , B = 1 , ������1 = 0 , S = 1, ������0 = 0 ,红灯亮,绿灯灭
������ = ������ ⊕ ������ ⊕ ������1 {
������0 = ������������ ∙ ������������1 ∙ ������������1 ∙ 1
实验原理图:
用红灯的亮灭来表示 S 输出 1/0 用绿灯的亮灭来表示 C0 输出 1/0 二、实验目的 完成 1 位全加器的设计,用逻辑门实现,完成输入输出真值表验证 三、实验器材 1. 实验材料
A = 1 , B = 1 , ������1 = 1 , S = 1, ������0 = 1 ,红灯亮,绿灯亮
实验 3.2
一、实验原理图 由真值表得 S 和 C0 表达式: ������ = ������ ������ ������1 ∙ ������ ������ ������1 ∙ ������ ������ ������1 ∙ ������ ������ ������1 { ������0 = ������ ������ ������ ∙ ������ ������ ������ ∙ ������ ������ ������ ∙ ������ ������ ������
第三次实验报告
第三次实验要求学生完成如下任务: 1 位全加器设计,包括: 1) 完成 1 位全加器的设计,用逻辑门实现,完成输入输出真值表验证 2) 完成 1 位全加器的设计,用中规模逻辑器件(74138)实现,完成输入输出真值表 验证
数字电路实验报告-组合逻辑电路的设计:一位全加器
Si
Ci
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
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1
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1
1
描述
一位全加器的表达式如下:
Si=Ai⊕Bi⊕Ci-1
实验仪器
1.电子技术综合实验箱
2.芯片74LS86、74LS08、74LS32
实验内容及步骤
各芯片的管脚图如下图所示:
一位全加器逻辑电路图如下所示:
1.按上图连线
电学实验报告模板
电学虚拟仿真实验室
实验名称
组合逻辑电路的设计:一位全加器
实验目的
1.学习组合逻辑电路的设计方法
2.掌握组合逻辑电路的调试方法
实验原理
真值表
一位全加器的真值表如下图,其中Ai为被加数,Bi为加数,相邻低位来的进位数为Ci-1,输出本位和为Si。向相邻高位进位数为Ci
输入
输出
Ci-1
Ai
2.测试其逻辑功能,并记录数据
实验结果及分析
实验数据:
Ci-1
Ai
Bi
Si
Ci
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
10010 Nhomakorabea1
0
1
0
1
一位全加器简单设计原理
一位全加器简单设计原理
全加器是数字电路中常用的基本逻辑门之一,它能够实现三个二进制数字的加法运算,即两个数字和来自上一个加器的进位。
这篇文章介绍了一种简单的全加器设计原理,以及实现该设计所需的材料和步骤。
首先,我们需要以下材料:
1. 三个双极性晶体管
2. 两个电阻
3. 一个电源
接下来,我们需要按照以下步骤进行操作:
1. 将三个晶体管连接成一个三角形形状,其中两个晶体管的基极与集电极相连,另一个晶体管的发射极与另一个晶体管的集电极相连。
2. 将两个电阻连接在晶体管三角形的两个角上,以便提供电源和输入信号。
3. 将电源连接到电路中,确保正确极性和电压。
4. 输入两个二进制数字和一个进位信号到电路中,观察输出结果。
通过这种简单的设计原理,我们可以实现一个高效、低成本的全加器电路。
这种设计不仅适用于基本数字电路,还可以用于更复杂的计算机系统中,为数字处理提供更快速和准确的结果。
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VLSI数字电路0.18um工艺全加器设计解析
《VLSI电路设计》---项目设计传输门全加器设计指导老师:组长:目录一.项目设计方案 (2)1.1一位全加器简介: (2)1.2一位全加器的真值表: (2)1.3镜像CMOS全加器电路图: (3)1.4镜像CMOS全加器的棍棒图: (4)1.5镜像CMOS全加器的优化棍棒图: (4)1.6镜像CMOS全加器的欧拉路径: (5)1.7镜像CMOS全加器的网表: (5)二.项目设计完成情况 (7)1. HSPICE前仿真: (7)2.版图: (8)3.DRC/LVS/PEX完成情况: (8)4.HSPICE后仿真情况: (9)5.全加器面积及性能: (9)6.项目展望: (10)附录一 (10)附录二 (10)一.项目设计方案1.1一位全加器简介:全加器是算术运算电路运算中的基本单元,也是构成多位加法器的基本单元,介于加法器在算术运算电路当中的重要作用,使得全加器的设计显得十分重要。
通常情况下,我们采用两种结构构成全加器电路,一种是由两个半加器组成,另一种为镜像结构。
全加器的基本符号如图1-1所示。
其中,A 、B 为加法器的输入,Cin 进位输入,Sum 为输出,Cout 进位输出。
1-1 全加器基本符号全加器的逻辑表达式为:Cout=AB+BC in +AC inSum=ABC in +Cout(A+B+C in )1.2一位全加器的真值表:FULL ADDER A B Cin CoutSum1-2 全加器真值表1.3镜像CMOS 全加器电路图:1-3 镜像全加器电路图当D 为高时,!Cout 被置为Vdd,清除进位;当G 为高时,!输入 输出 A B Cin Sum Cout 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1Cout被置为0,产生进位。
当P为1时,输入进位反向传递到!Cout,同时,可以分析求和电路,当A,B,Cin同时为0,!S为1,和为0;当A,B,Cin同时为1,!S为0,和为1;当A,B,Cin既有1也有0时,!S的输出由!Cout取反决定。
数字集成电路设计——全加器
数字集成电路设计——全加器CMOS数字集成电路设计课程设计报告学院:专业:班级:姓名:指导⽼师:学号:⽇期:2013-6-30⼀、设计要求本次设计要求实现⼀个16位的加法器,通过从前端到后端的设计过程,了解数字集成电路设计流程,熟悉Linux系统及其相关软件icfb的使⽤,加深对数字集成电路前端设计的认识。
⼆、设计思路基本单元选⽤复杂cmos电路实现的⼀位全加器,将16个1位全加器级联成⼀个16位全加器。
这种电路的好处是将每前⼀级的Cin与后⼀级的Cout直接级联,连接⽐较⽅便,电路⽐较好设计。
版图设计也相对较简单,画出⼀位全加器的版图,多位全加器的版图就迎刃⽽解。
由于采⽤直接级联,前⼀级的输出延时要累加到后⼀级的输⼊进位中,最后会导致级联越多,延时越多。
由于是初次接触icfb,对版图还不是太了解,本次试验采⽤最简单的直接级联形式。
三、电路设计与验证(⼀)⼀位全加器的电路设计与验证1、原理图设计图3-1 ⼀位全加器原理图如图3-1所⽰,为1位全加器的原理图。
其中A、B为两个输⼊信号也即两个⼀位加数,Cin为前⼀位的进位输⼊信号,COUT为当前的进位输出信号,S为和输出信号。
2、⽣成符号图图3-2 ⼀位全加器的符号图如图3-2所⽰,为检查并保存1位全加器原理图后⽣成的符号图,左侧为输⼊信号A、B、Cin,右侧为输出信号COUT、S 3、测试电路图3-3 ⼀位全加器的测试电路如图3-3,为⼀位全加器的测试电路。
4、波形仿真图3-4 ⼀位全加器仿真波形如图3-4所⽰,为⼀位全加器的仿真波形图。
从图可以看出,仿真波形结果与真值表相符合。
(⼆)16位全加器的电路设计与验证1、原理图设计图3-5 16位全加器原理图如图3-5所⽰,为16位加法器的原理图设计。
16位加法器采⽤16个1位加法器串联,前⼀级的输出直接连到下⼀级的输⼊。
其中A[15:0]、B[15:0]分别为16位输⼊信号,Cin为进位输⼊信号,S[15:0]为输出信号,COUT为进位输出信号。
1位全加器的电路和版图设计解析
集成电路设计基础论文题目:CMOS全加器设计学院:信息科学与工程学院专业:集成电路工程姓名:耿烨亮学号:1311082135CMOS全加器设计摘要:现代社会随着电路的集成度越来越高,功耗和信号延迟成为超大规模集成电路的关键。
加法运算是数字系统中最基本的运算,为了更好地利用加法器实现减法、乘法、除法等运算,需要对全加器进行功能仿真设计和分析。
另外通过全加器可以对其它相关电路有所了解。
因此只有深刻理解了全加器的性能才能进一步减小功耗和信号延迟[1]。
本文用对一位全加器进行了全面的分析。
并且通过使用Cadence公司的工具IC 5141与Hspice来实现全定制的整个设计流程。
关键词:全加器;全定制;CadenceAs the circuit’s integration is increasing in the modern society,Power consumption and signal delay is crucial to the design of high-performance very large scale integration circuits. Addition operation is the basic operation of the digital system, In order to achieve much better use of the adder subtraction, multiplication, division and other operations, The need for full adder functional simulation design and analysis is necessary .what’s more, we can understand the other related circuitry through the full adder , Therefore, only a deep understanding of the performance of the full adder can we reduce the power consumption and signal delay.The paper has a comprehensive analysis to the full adder. And through the use of Cadence tool IC 5141 and Hspice to achieve full custom throughout the design process.Key words: the full adder ; Full – Custom; Cadence集成电路设计方法大致可分为定制(Custom)、半定制(Semi-custom)、可编程逻辑器件(PLD)等设计方法,如图1.1所示。
一位全加器的设计
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------一位全加器的设计一位全加器的设计 1 引言 1 1.1 发展历史与现状.. 1 1.2 研究目的与意义.. 2 1.3 全加器的发展前景.. 2 2 设计内容 3 2.1 真值表 ... 3 2.2 10 管全加器的电路图4 2.3 导出网表. 5 3 电路仿真及分析.. 6 3.1 10 管全加器仿真波形.. 6 3.2 10 管全加器的功耗和延迟.. 6 4 参考文献 7 1 引言由于运算电路的最基本单元是全加器电路,为了能使高速运算电路功耗更加低,传输速度更快,只能继续研究设计功耗更加低,性能更加优越的全加器。
所以提高高速数字集成运算电路性能最关键是要全面的优化全加器的性能。
在一些全加器设计中,同或门和异或门构成了全加器的基本构建块,优化基础构建块的性能可以显著提高整个全加器的性能。
实践证明,减少晶体管的数量可以有效提高全加器的速度,降低功耗,降低传输延迟。
本文提出了一种新型 3 管同或门和异或门制作的 10 管全加器的新颖设计。
较少的晶体管数量保证了较小的功耗,而且芯片面积也可以大大降低,同时保证了较小的传输延迟。
对其功耗和延迟可以利用 Hspice 软件进行仿真。
1.1 发展历史与现状由于芯片设计以及时代发展的需要,全加1 / 6器电路经历了多种不同结构的发展演变。
由 28 个晶体管组成的是比较传统早期的全加器,虽然在信号输出方面比较稳定,但是由于存在过多的晶体管所以其功耗和延迟还有芯片面积都比较大,因此很快在研究过程中被淘汰。
再后来陆陆续续出现了 20 管的、16 管的、14 管的等等。
并且功耗和延迟也都逐渐控制得较为出色。
由此我们可以看出全加器的发展趋势是晶体管数目在不断减少,芯片的面积也越来越小,并且现在研究的重点是如何降低功耗延迟积。
一位全加器_可编程逻辑器件VHDL实验报告
1.一位全加器实验报告一、实验目的要求学习计数器的设计、仿真和硬件测试,进一步熟悉VHDL设计技术。
设计程序独立完成全加器的仿真。
全加器由两个半加器组合而成,原理类似。
半加器不考虑低位进位,但有高位进位;全加器要考虑低位的进位且该进位和求和的二进制相加,可能获得更高的进位。
二、设计方法与原理图图1是一个一位二进制全加器电路图,由图1所示,由两个半加器和一个或门构成一个一位二进制全加器;ain,bin为全加器的输入端,cin为全加器的低位进位,sum是全加器的全加和,cout是全加器的全加进位端;从而实现一位二进制全加器。
(图1)一位二进制全加器原理图三、实验内容按照教材上的步骤,在max plus II上进行编辑、编译、综合、适配、仿真。
说明例中各语句的作用,详细描述示例的功能特点,给出其所有信号的时序仿真波形。
四、源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity full_adder isport(a,b,cin:in std_logic;cout,sum:out std_logic);end entity full_adder;architecture fd1 of full_adder iscomponent h_adderport(a,b:in std_logic;co,so:out std_logic);end component;component or2aport(a,b:in std_logic;c:out std_logic);end component;signal d,e,f:std_logic;beginu1:h_adder port map(a=>ain,b=>bin,co=>d,so=>e); u2:h_adder port map(a=>e,b=>cin,co=>f,so=>sum); u3:or2a port map(a=>d,b=>f,c=>cout);end fd1;五过程性截图六、仿真结果(图2)一位二进制全加器仿真结果七、分析结果与总结由图2,本实验的目标已达成,及通过编写VHDL语言实现一个一位二进制全加器。
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集成电路设计基础论文题目:CMOS全加器设计学院:信息科学与工程学院专业:集成电路工程姓名:耿烨亮学号:1311082135CMOS全加器设计摘要:现代社会随着电路的集成度越来越高,功耗和信号延迟成为超大规模集成电路的关键。
加法运算是数字系统中最基本的运算,为了更好地利用加法器实现减法、乘法、除法等运算,需要对全加器进行功能仿真设计和分析。
另外通过全加器可以对其它相关电路有所了解。
因此只有深刻理解了全加器的性能才能进一步减小功耗和信号延迟[1]。
本文用对一位全加器进行了全面的分析。
并且通过使用Cadence公司的工具IC 5141与Hspice来实现全定制的整个设计流程。
关键词:全加器;全定制;CadenceAs the circuit’s integration is increasing in the modern society,Power consumption and signal delay is crucial to the design of high-performance very large scale integration circuits. Addition operation is the basic operation of the digital system, In order to achieve much better use of the adder subtraction, multiplication, division and other operations, The need for full adder functional simulation design and analysis is necessary .what’s more, we can understand the other related circuitry through the full adder , Therefore, only a deep understanding of the performance of the full adder can we reduce the power consumption and signal delay.The paper has a comprehensive analysis to the full adder. And through the use of Cadence tool IC 5141 and Hspice to achieve full custom throughout the design process.Key words: the full adder ; Full – Custom; Cadence集成电路设计方法大致可分为定制(Custom)、半定制(Semi-custom)、可编程逻辑器件(PLD)等设计方法,如图1.1所示。
定制设计方法又可分为全定制(Full-Custom)设计和基于包(Cell-Based)的设计方法二类。
全定制(full custom)集成电路设计方法,是按规定的功能与性能要求,对电路的结构布局与布线进行最优化设计,实现最小面积,最佳布线布局、最优功耗速度积,以求获得尽可能最优的设计。
全定制(full custom)集成电路设计方法通常用于高性能的设计场合:规模较小性能要求较高的中小规模专用集成电路;大批量高性能集成电路。
图1.1 ASIC设计方法分类全定制的设计流程:1)电路图绘制2)前仿真3)绘制版图4)版图验证5)版图后仿真。
摩尔定律芯片上的晶体管数量每18到24个月翻一番。
半导体技术有效性每18个月将会增大一倍。
[1]IC设计必须要有工艺库的支持,本文的设计例子五级反相器使用NCSU的TSMC 0.18工艺库,启动命令是icfb&.库的逻辑组织元素如下:库(Library);单元(Cell)(库的设计单元):视图(View)(单元的一种视图形式)如本文中反相器单元(INV)的电路图(Schematic),符号(Symbol),版图(Layout)。
本文以全加器为例使用Cadence公司的工具IC 5141与HSPICE来实现全定制的整个设计流程。
2:设计步骤2.1 建库打开Cadence软件后,点击“File->New->Library”,出现“Create Library”窗口,输入库名,选取工艺TSMC0.18u,点OK,如图2.1。
图2.1 新建库设置2.2、新建Schematic视图“Library Manager”窗口中的“Library”栏里有刚才新建的库文件夹cmos-adder 。
选中它,并点击File->New-> Cellview,在“Create New File”小窗口里输入单元名adder,点OK,如图2.2。
图2.2 新建Schematic视图然后出现电路图绘制界面,开始绘制全加器的电路图:①在电路编辑窗口中添加元件。
添加器件pmos管和nmos管。
将pmos管的宽W设为nmos管的宽W的2~3倍,因此这里将pmos管的宽W设为540nM。
②放置电源vdd和地gnd。
放置了元件和电源后,如图2.3。
图2.3 添加了CMOS管、电源vdd和地gnd ③添加端口Pin三个输入端A、B、Ci和两个输出端S、Co,如图2.4所示。
图2.4 添加Pin后④连线注意,不要将三条线交于一个焊接点上,这样会在check时产生一个warming的。
最后,可点击(Check and Save),检查无误且保存,可退出该界面。
电路图如图2.5。
图2.5 1bit加法器的电路图2.3、新建Symbol视图Symbol是对电路的抽象,对外仅有端口属性,如何新建Symbol视图可参照本章前面的实验。
①画一个矩形,②添加端口,点击“Add->Pin”,并连线,③添加标签(Label),点击“Add->Label”。
完成的Symbol图如图2.6所示。
图2.6 完成的Symbol图2.4 前仿真为了证实刚才的电路图能实现1位全加器的功能,可以做一个前仿真。
然后在前仿真通过的前提下再画版图,这样画出来的版图的正确性会更高。
(1)新建一个测试平台在“Library Manager”窗口中点击“File->New-> Cellview”,在弹出的“Create New File”小窗口里的Cell Name栏中输入“adder-tb”,在Tool栏里选择“Composer-Schematic”如图2.7所示。
然后点OK!进入电路图编辑窗口。
图2.7 新建测试平台adder-tb(2)调用之前adder的symbol在出现的电路图编辑窗口里调用与非门。
点“Add->Instance”或在键盘上按快捷键“I”,把adder调用出来。
如图2.8所示。
图2.8调用全加器(3)在测试平台上放置测试端口点“Add->Pin”或着按快捷键“P”。
添加输入测试端口A、B和Ci,输出测试端口S、Ci,还有“VDD!”和“GND!”。
注意这里VDD!和GND!的端口类型选input,因为可以在后面添加激励时将它们分别输入为0和某一高电平的直流,以此来模拟出VDD!和GND!。
(4)然后设置仿真环境点“Tools->Analog Environment”后,将出现仿真环境设置窗口,如图2.9所示。
图2.9 仿真设置窗口①添加激励设置好各个激励后,点OK即可。
②设置后仿观察的时间点“Analyses->Choose…”,出现一个小窗口,进去进行观察时间的设置,点OK即可。
图2.10设置后仿观察时间③选择观察波形的端口点“Output…->To Be Plotted->Select On Schematic”,然后在电路图上点击要观察的端口:输入A、B、Ci和输出S、Co。
如图2.11.图2.11设置完的环境变量窗口④观察前仿波形图:点击“Simulation->Run”或者点绿灯按钮,即可运行仿真,运行成功会自动弹出后仿波形图。
图2.12 前仿波形图3.1 图设计工具:Virtuoso Layout Editor。
根据电路图画版图,先画pmos部分的版图,再画nmos管部分的版图,然后根据电路图中的连接情况如反相器、传输门,将这些pmos和与之相对应的nmos连接起来,添加vdd!和gnd!结点标签和输入/输出端口pin ,最后通过DRC验证。
如图3.1图3.1 DRC通过的版图之后我们提取extract后运行LVS ,点击“Verify -> extract”,提取视图后,在“Library Manager”窗口view栏里将会出现新生成的“extracted”文件,之后点击“Verify -> LVS”,点击Run!可以看到下图。
图3.2LVS运行报表将前面进行的前仿真平台打开,然后点击“绿灯”开始运行,出现后仿波形,后仿波形图如图3.3所示。
图3.3后仿波形图4:结束语IC 5141与HSPICE软件使IC的设计更加方便、快捷。
通过全加器电路图与版图的绘制与仿真,全加器的性能更容易被了解。
另外绘制电路图过程中,为使信号的延时变小,一般PMOS宽长比是NMOS的2-3倍。
绘制版图过程中每次添加完元件后都DRC验证一次,可以减少出错的概率。
本论文只是对全加器的基本工作原理和性质做了分析。
在本学期的集成电路课中,IC 设计是本门课的重点,通过这段时间的学习,我掌握了电路图绘制及前仿和版图绘制及后,学到了很多有用知识,受益匪浅。
参考文献[1] W. Dally and J.Polton, Digital Systems Engineering, Cambridge University Press,1998.[2] P. D. Fisher and R. Nesbitt, “The Test of Time: Clock-Cycle Estimation and Test Challenges for Future Microprocessors,” IEEE Circuit and Devices Magazine, 14(2), pp. 37-44,1998.[3] N. Hedenstierna and K. Jeppon , “CMOS Circuit Speed and Buffer Optimization,”IEEE Transactions on CAD, vol. CAD-6, no. 2, pp.270-281,March 1987.[4]C. Mead and L. Conway, Introduction to VLSI Systems, Addison –Wesley, 1980.[5] A. Sedra and K. Smith, MicroElectronic Circuit , Holt, Rinehart and Winston,1987.[6] R. Swanson and J. Meindl, “Ion-Implanted Complementary CMOS transistors in Low-Voltage Circuits,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.SC-7, no. 2, pp.146-152,April 1972.[7] D. Sylvester and K. Keutzer, “Getting to the Bottom of Deep Submicron,” Proceedings ICCAD Conference, pp. 203, San Jose, November 1998.[8] H. Veedrick, “Short-Circuit Dissipation of Static CMOS Circuitry and its Impact on the Design of BufferCircuits,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. SC-19, no. 4. pp .468-473,1984.。