数字集成电路反相器的设计

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清华大学《数字集成电路设计》周润德第5章 CMOS反相器

第五章 CMOS 反相器第一节对逻辑门的基本要求（1）鲁棒性（用静态或稳态行为来表示）静态特性常常用电压传输特性（VTC）来表示（即输出与输入的关系），传输特性上具有一些重要的特征点。

逻辑门的功能会因制造过程的差异而偏离设计的期望值。

V(y) 电压传输特性（直流工作特性）VOH fV(y)=V(x)VM开关阈值VOL VOL VOHVOH = f(VOL) VOL = f(VOH) VM = f(VM)V(x)额定电平2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第1页（2）噪声容限：芯片内外的噪声会使电路的响应偏离设计的期望值（电感、电容耦合，电源与地线的噪声）。

一个门对于噪声的敏感程度由噪声容限表示。

可靠性―数字集成电路中的噪声v(t) i(t)V DD电感耦合电容耦合电源线与地线噪声噪声来源：（1）串扰（2）电源与地线噪声（3）干扰（4）失调应当区分：（1）固定噪声源（2）比例噪声源浮空节点比由低阻抗电压源驱动的节点更易受干扰设计时总的噪声容限分配给所预见的噪声源2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第2页噪声容限（Noise Margin）V“1” V OH V IHout OH 斜率 = -1V不确定区斜率 = -1ILV “0” VVOLOL V IL V IH V in2004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第3页噪声容限定义"1"噪声容限（Noise Margin）容许噪声的限度V IH高电平噪声容限VOHNM H未定义区低电平噪声容限V OL "0" NM L V IL抗噪声能力（Noise Immunity）抑止噪声的能力门输出门输入2004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第4页理想逻辑门V outg=∞Ri = ∞ Ro = 0 Fanout = ∞ NMH = NML = VDD/2V in2004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第5页早期的逻辑门5.0 4.0 3.0 2.0 VM 1.0 NM H NM L0.01.02.03.0 V in (V)4.05.02004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第6页（3） “再生”特性：逻辑门的“再生”特性使被干扰的信号能恢复到名义的逻辑电平。

数字集成电路实验-反相器实验报告

第三次实验课反相器（下）实验日期：20142.3 分析如下电路，解答下列问题上面的电路用两种方式实现了反相器，左图只使用了NMOS ，右图则使用了CMOS(NMOS 和PMOS)。

试完成：V F 3.0-=φ1.仿真得到两个电路的VTC 图形答：红色的为仅用NMOS 实现的反相器的VTC 图形；蓝色的为使用CMOS 的反相器的VTC 图形,如图：2.计算两种电路的V OH ，V OL 及V M 。

可参考波形确定管子的工作状态。

答：①当Vin=2.5V 时，N 管导通有在体偏置条件下阀值电压公式：)22(0F SB F T T V V V φφγ-+-+=()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=22220'2011'222'OL OL T in n DS DS T GS M M n d DSAT DSAT T DD M M n DSAT V V V V L W k V V V V L W k I V V V V L W k I （M2速度饱和）将下列数据代人VV V A k V V V D SAT n F T 63.0,/10115,3.0,43.026'0=⨯=-==-φ25.075.0,25.0375.01122==M M M M L W L W解得： V V OL 2875.0=当Vin=0V 时，N 管截止，Vout=OH V =2.5V求解M V :当out in V V =时，由于GS DS V V =，M1工作在饱和区此时流过M1（速度饱和）的电流为：()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=22011'1DSAT DSAT T in M M n DSAT V V V V L W k I （1）流过M2的电流为（速度饱和）()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---=2222'2DSAT DSAT T out DD M M n DSAT V V V V V L W k I (2) )22(0F SB F T T V V V φφγ-+-+=（3）M out in SB V V V V ===联立方程解得M V =1.017V②对于CMOS 器件当Vin=0时，V V V out O H 5.2==当Vin=2.5时，V V V out O L 0==求解M V :当out in V V =时，由于GS DS V V =，NMOS 与PMOS 工作在饱和区由于T M D SAT V V V -<，此时已经发生了速度饱和（参考波形）代入，联立解得：将下列数据V V V V V V V V V A k V A k L W k k L W k k V k V k r r V V V r V V V V V V V V k V V V V k DSATp DSATn Tp Tn p n pp p p nn n n DSATnn DSATpp DSAT TP DD DSAT Tn M DSATp Tp DD M DSATp p DSATn Tn M DSATn n 1,63.04.0,43.0,/1030,/101151)2/()2/(0)2/()2/(26'26'''-==-==⨯-=⨯====+++++==---+----M V =1.132315968V3.哪一种结构的反相器的功能性更好，为什么？(噪声容限，再生性，过渡区增益)答：CMOS 反相器更好。

数字集成电路反相器

一、实验目的：
1、熟悉T-spice的使用，并且熟练掌握。

2、仿真出反相器的输出曲线，并观察它的特性。

二、实验原理：
CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。

通常P 沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。

两个MOS管的开启电压VGS(th)P<0，VGS(th)N >0，通常为了保证正常工作，要求VDD>|VGS(th)P|+VGS(th)N。

若输入vI为低电平(如0V)，则负载管导通，输入管截止，输出电压接近VDD。

若输入vI为高电平(如VDD)，则输入管导通，负载管截止，输出电压接近0V。

三、实验步骤：
1、画出反相器的仿真图
实验小结：
通过这次Hspice仿真反相器的上机实验，我收获颇多。

第一、我更加熟悉了Hspice 仿真环境的使用，对T-spice更加的熟练。

这将对我以后再做其它实验奠定了良好的基础。

第二、以前只在课堂上听老师讲授那些反相器的原理和输出曲线等，但自己的意识当中对反相器的工作还是很疑惑，在做完这个仿真实验后，才恍然大悟，觉得反相器原来就是这么回事。

第三、反相器是我们学习数字集成电路的桥梁，我们后续将会用它进行许多的设计，所以这次实验的重要度是很高的。

我非常的重视这次实验。

集成电路课程设计--cmos反相器的电路设计及版图设计

目录摘要 (3)绪论 (5)1软件介绍及电路原理 (6)1.1软件介绍 (6)1.2电路原理 (6)2原理图绘制 (8)3电路仿真 (10)3.1瞬态仿真 (10)3.2直流仿真 (11)4版图设计及验证 (12)4.1绘制反相器版图的前期设置 (12)4.2绘制反相器版图 (13)4.3 DRC验证 (15)结束语 (17)参考文献 (18)摘要CMOS技术自身的巨大发展潜力是IC高速持续发展的基础。

集成电路制造水平发展到深亚微米工艺阶段，CMOS的低功耗、高速度和高集成度得到了充分的体现。

本文将简单的介绍基于ORCAD和L-EDIT的CMOS反相器的电路仿真和版图设计，通过CMOS反相器的电路设计及版图设计过程，我们将了解并熟悉集成电路CAD的一种基本方法和操作过程。

关键词：CMOS反相器ORCAD L-EDIT版图设计AbstractThe huge development potential of CMOS technology itself is the foundation of sustainable development of IC high speed. The manufacturing level of development of the integrated circuit to the deep sub micron technology, CMOS low power consumption, high speed and high integration have been fully reflected. In this paper, the circuit simulation and layout design of ORCAD and L-EDIT CMOS inverter based on simple introduction, through the circuit design and layout design process of CMOS inverter, we will understand and a basic method and operation process, familiar with IC CAD.Keywords: CMOS inverter layout ORCAD L-EDIT绪论20世纪是IC迅速发展的时代。

四CMOS反相器的设计

四CMOS反相器的设计CMOS反相器是一种使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术制造的电子电路元件，它能够将输入信号反向输出。

由于CMOS反相器具有低功耗、高噪声免疫性、广泛的电源电压范围和快速的切换速度等优点，因此被广泛应用于数字电路中。

接下来，我将详细介绍CMOS反相器的设计过程。

首先，我们需要选择适当的CMOS反相器拓扑结构。

在CMOS技术中，两种常见的CMOS反相器拓扑结构为P型金属氧化物半导体（PMOS）和N型金属氧化物半导体（NMOS）的串联结构，以及PMOS和NMOS的并联结构。

在本文中，我们选择串联结构的CMOS反相器作为设计示例。

接下来，我们需要设计PMOS和NMOS管的尺寸。

在CMOS技术中，尺寸设计对电路性能具有重要影响。

一般来说，PMOS管的尺寸应大于NMOS 管，以提高输出驱动能力。

此外，尺寸设计也需要考虑功耗和响应时间等因素。

在设计过程中，可以使用模拟电路设计工具进行参数优化，以获得最佳的尺寸方案。

接下来是电路的布线设计。

在CMOS反相器的布线设计中，需要考虑动态电压降、互连电容和电感等因素的影响。

在布线设计过程中，应将线宽和间距等参数进行折衷考虑，以满足电路性能和面积效益的要求。

设计完成后，需要进行电路的仿真验证和性能评估。

常用的仿真工具有HSPICE、LTSpice等。

在仿真过程中，可以通过输入不同的信号，并观察输出响应以评估电路的性能。

在CMOS反相器的设计中，还需要考虑到工艺和温度等因素的影响。

由于CMOS工艺受制于设备尺寸和工艺过程的变化，工艺参数的变化会导致电路性能产生偏差。

此外，温度对CMOS电路的性能也有显著影响，因此在设计中需要对工艺和温度进行适当的补偿。

最后，在设计完CMOS反相器后，还需要进行实际的制造和测试验证。

在制造过程中，需要遵循CMOS工艺流程，并进行工艺参数的控制和调整。

在测试验证过程中，可以使用专业的测试设备进行电路性能的测试和评估，以验证设计的正确性和可靠性。

CMOS反相器版图设计

XXXXXXX实验报告课程名称：集成电路设计实验名称：CMOS反相器版图设计学号姓名：指导教师评定：____________________________ 签名：_____________________________一、实验目的1、了解集成电路版图设计流程。

2、利用L-Edit 进行NMOSFET 版图设计。

3、利用L-Edit 进行CMOS反相器设计。

二、实验器材计算机一台，Tanner L-Edit软件三、实验原理CMOS 反相器由PMOS 和NMOS 晶体管组成，利用PMOS晶体管版图和NMOS 晶体管版图可以完成COMS反相器版图的设计。

四、实验步骤1、设计PMOS晶体管版图。

2、设计N MOS晶体管版图。

3、设计CMOS反相器版图：（1）启动版图编辑器L-Edit。

（2）新建文件。

新建一个Layout 文件，文件的设置信息可以从前面创建的文件中复制。

(3) 对文件进行重命名。

将L-Edit 编辑器默认的文件名Layout 改为Inverter。

(4) 设置格点与坐标。

格点与坐标的设定方式与创建PMOS 晶体管时设定的方法一致。

(5) 调用PMOS 和NMOS 晶体管作为例化单元。

使用Cell---Instance 命令来调用PMOS 单元。

在出现的Select Cell to Instance 对话框中，通过点击Browse按钮浏览到“MOS”文件，可以看到该文件下面有PMOS 和NMOS 两个单元，点击PMOS，然后点击“OK”，可以看到Inverter 文件cell0 单元的版图已经添加了PMOS 单元。

利用同样的方法，可以将NMOS 单元也添加进来。

(6) 连接PMOS 和NMOS 晶体管的栅极。

从CMOS 反相器电路可知，PMOS晶体管和NMOS 晶体管的栅极要连在一起作为反相器的输入端，所以在放置这两个晶体管的时候可以将两者的栅极对准，以便连接。

具体操作是，选择Layer的多晶硅(Poly)层和方框绘图工具后，在版图区域中画一个宽度与晶体管栅极相等的多晶硅矩形，如图1 所示。

cmos反相器逻辑电路设计的方法

cmos反相器逻辑电路设计的方法CMOS反相器是基本的逻辑门之一，可以用来构建更复杂的逻辑电路。

以下是设计CMOS反相器逻辑电路的方法：
1.选择合适的器件：CMOS反相器由PMOS和NMOS组成，
需要选择合适的器件来满足电路的要求。

通常，PMOS
的沟道为空穴，具有高电导率，适合作为开关，而NMOS
的沟道为电子，具有低电导率，适合作为负载。

2.设计电路结构：根据反相器的设计要求，设计电路结构，
包括PMOS和NMOS的排列方式、输入和输出的连接方式
等。

3.确定参数：根据电路的要求，确定参数，如阈值电压、
静态电流、动态电流等。

4.进行模拟验证：使用电路模拟软件进行验证，确认电路
的功能和性能是否达到设计要求。

5.进行版图设计：根据电路设计的要求，进行版图设计，
包括器件的排列、布线、电学参数的优化等。

6.进行制造和测试：将版图提交给制造厂家进行制造，并
进行测试，确认电路的性能和可靠性是否符合设计要
求。

需要注意的是，在设计CMOS反相器逻辑电路时，需要考虑电路的稳定性、速度、功耗等因素，以满足实际应用的要求。

同时，还需要遵循基本的电路设计规则和安全规范，如避免电流过大、避免信号过冲等。

数字集成电路设计第5章cmos反相器教材

2019/4/17 32
线性化
Ceq = Keq Cj0
高到低低到高 Keqbp Keqsw Keqbp Keqsw NMOS 0.57 0.61 0.79 0.81
PMOS
0.79
0.86
0.59
0.7
2019/4/17
33
一个0.25umCMOS反相器的电容
2019/4/17
27
即使电源电压很低时，晶体管仍能导通，仍然具有反相器的特性，因为亚阈值电流足以使该门在低电平和高电平之间切换，并提供足够的增益从而得到可接受的VTC。
但使得门的特性变的很差。VOL和VOH不再等于电源的两个电平，并且过渡区的增益接近1。为了能得到足够的增益以用于数字电路，必须使电源为热电势的两倍，否则就只能降低热电势，即降低环境温度，冷却该电路
能量效率：由能耗和功耗决定。
2019/4/17 2
5.2静态CMOS反相器—综述
VDD
Vin CL
Vout
把MOS晶体管当成简单的开关模型。即晶体管只不过是一个具有无限关断电阻和有限导通电阻的开关。(VGS与VT 的关系所决定)
2019/4/17 3
VDD
VDD
VDD
0 0
CL
CL
VDD CL
2019/4/17
7
IDn
IDSp = -IDSn VGSn = Vin ; VGSp = Vin - VDD VDSn = Vout ; VDSp = Vout - VDD
Vout
Vin = 0 Vin = 1.5
Vin = 0 Vin = 1.5
VGSp = -1 VGSp = -2.5
Vin = VDD + VGSp IDn = -IDp

数字集成电路设计第5章 cmos反相器..

t=0.69RCL
使得CL 尽可能小是实现高性能CMOS电路的关键。
假设所有的电容一起集总成一个单个的电容CL
2017/10/21
30
5.4.1计算电容值
假设输入Vin由一个上升和下降时间均为零的理想电压源所驱动
Vin
Vout
CL
Vout2
M2
CG4
M4
Vin
CGD12 P漏
N漏
CDB2 CDB1
2.5 2
Vout (V)
1.5 1
0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5
Vin (V)
2017/10/21
22
5.3.3再谈稳定性
1、器件参数变化
2.5 2
好的 PMOS 差的 NMOS
Vout (V)
1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5
标准情形差的 PMOS 好的 NMOS

瞬态特性（动态响应）：主要由门的输出电容 CL决定。
•它包括NMOS和PMOS晶体管的漏扩散电容、连线电容以及扇出门的输入电容。
2017/10/21
13
VDD
VDD
Rp Vout CL Rn Vout
CL
Vin = 0
Vin = V DD
门的响应时间是由通过电阻Rp和充电电容CL所需要的时间决定的。因此一个快速门的设计是通过减小输出电容或者减小晶体管的导通电阻实现的。
1降低芯片的工作环境温度7适当提高输入信号的斜率3降低电源电压的同时降低阈值电压或采用双阈值电压4使不工作的模块处在待机状态5优化电路逻辑和它的拓扑结构从而减少它的翻转活动性6保持晶体管的尺寸在一定程度上的尽量小可降低c2采用soi技术可使得晶体管实现迅速彻底关断的特性降低亚阈值电流2017101988leakage在典型的cmos电路中电容功耗占90直接通路功耗大概占8漏电功耗约占2clock2017101989

集成电路实验报告反相器与非门设计

集成电路集中上机实验报告——反相器、与非门设计学院：专业：姓名：学号：一、实验目的（一）全面了解Schematic设计环境，并学会运用（二）掌握与非门、或非门、反相器等电路原理图输入方法（三）掌握逻辑符号创建方法二、实验原理启动Schematic Editor后，在命令解释窗口CIW中，打开任意库与单元中的Schematic视图，浏览Schematic Editing窗口，具体介绍如下：图2.1 Schematic Editing窗口菜单栏中可选菜单有Tool、Design、Window、Edit、Add、Check、Sheet、Options等项。

图标栏内的所有命令都可以在菜单栏实现，图标栏提供使用频率较高的一些菜单为快捷方式，旨在提高设计效率。

在设计过程中，除了可以使用图标快捷方式外，还有盲键（Bindkey）快捷方式。

Cadence系统安装过程中已经设置了通用的盲键，但用户可以根据自己的需要自行设置，在CIW窗口中，选择Options→Bindkeys，可以对所有设置的盲键自定义。

Cadence系统支持3D鼠标，左、中、右分别定义为LMB、MMB、RMB。

LMB用于点击和选择之用，MMB用于辅助编辑，RMB与LMB配合使用，在调查元件属性，局域放大，元件旋转等方面都有应用，在具体实验过程中有详细说明。

在所有元件的添加中，必须定义元件的属性。

最后，为了后续设计中执行仿真，每个元件必须具有物理模型（Model），在lab3中将有实例说明。

三、电路原理图设计的一般流程（一）创建库与视图（二）添加元件：在Schematic Editing窗口中，选择Add→Instance。

（三）添加Pins ：在左侧Tool bar图标栏中选择pin icon图标，出现Add form，在Pin names栏中输入。

（四）添加Sources和Ground：选择Add→Instance，在Library column中选择analogLib，再选择vdd并添加到schematic中。

ttl反相器工作原理详解

ttl反相器工作原理详解TTL反相器是一种重要的数字逻辑门电路元件，在电子电路设计中得到广泛应用。

本文将详细介绍TTL反相器的工作原理，并探讨其在数字电子电路设计中的应用。

一、TTL反相器的基本概念TTL反相器是指一种输出电平与输入电平相反的器件。

同其它数字逻辑器件一样，TTL反相器也属于数字集成电路的一种，其主要作用是实现数字信号的反相。

TTL反相器的输出电平可以高电平或低电平，而输入电平通常为高电平或低电平。

输入被传入反相器时，输出将相反于输入。

这意味着，如果输入电平为高电平，则输出电平为低电平；反之，如果输入电平为低电平，则输出电平为高电平。

二、TTL反相器的工作原理TTL反相器的工作原理可以通过晶体管的电路理解。

TTL反相器通常是由四个晶体管组成的，分别是输入端的两个晶体管和输出端的两个晶体管。

这些晶体管的集电极和发射极与电路的正电源和负电源相连。

当输入电平为低电平时，输入晶体管关闭，输出晶体管也关闭，此时输出端的电平为高电平。

反之，当输入电平为高电平时，输入晶体管打开，输出晶体管也打开，因此输出端的电平为低电平。

由此可见，TTL反相器的输出与输入电平是相反的。

三、TTL反相器的特点1. TTL反相器具有高速反应速度和小功耗的特点，因此广泛应用于数字逻辑电路设计中。

2. TTL反相器的输入电阻较低，其输入电流比CMOS 电路更大，在设计电路时需要考虑其功耗问题。

4. TTL反相器的输出稳定性较低，有时需要加入适当的负载电阻来提高其稳定性。

五、TTL反相器的应用TTL反相器在数字电子电路中的应用非常广泛，它常常用于数字信号反相和逻辑运算中。

例如，TTL反相器可用于制作触发器电路、计数器电路、多路选择器等数字电路。

TTL反相器还常常与其它数字逻辑器件一起使用，如与与门相连可以形成反相与门，可帮助完成各种逻辑电路的设计。

六、总结本文详细介绍了TTL反相器的工作原理以及它在数字电子电路设计中的应用。

集成电路版图设计画反相器实验报告

广西机电职业技术学院电气系实验报告学号20100211020实验名称画反相器上机时间实验成绩实验目的：1、熟悉使用版图设计软件Tanner L-EDIT 11.1；2、了解软件的操作流程和基本参数的设置；3、学会修改错误；4、学会看编译文件、电路图等；实验要求：1、计算机；2、Tanner L-EDIT 11.1版图开发软件；实验内容：下面是反相器符号。

1、一、电路图1、新建一个名为“f_x_q.sdb”的工程文件，Module——now新建名为“f_x_q”的电路图2、保存后复制粘贴到新的电路图里命名为“f_x_q_2”添加直流源和交流源3、保存后设置瞬时仿真最大值为1ns 仿真长度为400ns4、输出信号输入端（IN）和信号输出端（out）的瞬时波形得下图5、开始仿真6、相同方法输入信号换成直流信号，命名为“f_x_q_3”二、版图1、打开L-Edit软件新建名为F_X_Q.tdb的文件再里头新建元件有PB(basecontactn)、NB（basecontactn）、PMOS、NMOS、IN(输入端)、OUT(输出端)、PB(basecontactn)NB（basecontactn）PMOSNMOSIN(输入端)OUT(输出端)2、以上元件都要进行DRC错误检查，因为out端少了金属一层，所以提示会出错。

3、新建元件F_X_Q导入以上所有元件并画地和电源并连线，加入节点名称，如下图4、检查没有错误后创建仿真文件。

得按要求添加周期为100ns高电平保持时间为50ns高低跳变时间为5ns幅度电位为0~5v的交流源Va 总电源5v的直流源vvdd加入仿真长度和时间1ns 400ns三、进行电路图和版图的一致性对比结果：。

数字集成电路第5章 CMOS反相器的设计

输入高电平时的噪声容限为
VTH VOH VON VDD VON
输入低电平时的噪声容限为
VNL VOFF VOL VOFF
第一章概
论
5.2CMOS反相器的直流噪声容限
1.由极限输出电平定义的噪声容限
第一章概
论
5.2CMOS反相器的直流噪声容限
2.由单位增益点定义的噪声容限在增益为0和增益很大的输入电平的区域之间必然存在单位增益点，即

第一章概
论
5.1 CMOS反相器的直流特性
在直流情况下，反相器没有输出电流，总满足
I DN I DP
（1）
V V
in
TN
0
（如ab段）
在此范围内，NMOS管截止，PMOS管工作在线性区
I DN I DP 0
KP
V in V TP V DD V in V TP V out 0
KN KP
，则可以得到
3 1 VC1 VDD VT 8 4
VC 2
5 1 VDD VT 8 4
这种情况下，CMOS反相器的输入高电平和输入低电平的噪声容限相等，
VTH VNL
3 1 VDD VT 8 4
第一章概
论
5.2CMOS反相器的直流噪声容限
2.由单位增益点定义的噪声容限
特点：
Vin作为PMOS和NMOS的共栅极； Vout作为共漏极； VDD作为PMOS的源极和体端； GND作为NMOS的源极和体端
第一章概
论
5.1 CMOS反相器的直流特性
第一章概
论
5.1 CMOS反相器的直流特性

cmos实验报告

cmos实验报告CMOS实验报告导言CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种常用的集成电路技术，它广泛应用于数字电路和模拟电路中。

本实验旨在通过设计和实现一个简单的CMOS电路，深入了解CMOS技术的原理和应用。

一、CMOS技术的原理CMOS技术是基于MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）结构的电路设计和制造技术。

MOS结构包括P型和N型金属-氧化物-半导体材料，通过调节金属电极的电压，可以控制电流在半导体材料中的流动情况。

二、CMOS电路的设计在本实验中，我们选择了一个简单的CMOS反相器电路进行设计和实验。

该电路由一个P型MOS管和一个N型MOS管组成，通过控制输入电压的高低，实现输出电压的反相。

三、实验步骤1. 准备工作：检查实验所需器材和元件是否齐全，确保实验环境的安全和稳定。

2. 绘制电路图：根据CMOS反相器电路的原理，绘制出电路图，明确各个元件的连接方式和电压控制方式。

3. 元件选择：选择适当的P型和N型MOS管，并确保其参数符合电路设计要求。

4. 元件连接：按照电路图的要求，将各个元件正确连接在一起，注意保持电路的稳定性和可靠性。

5. 电源接入：将电源正确接入电路，确保电路能够正常工作，并进行必要的电压和电流测量。

6. 输入输出测试：通过改变输入电压的高低，观察输出电压的变化情况，验证电路的反相功能。

7. 数据记录：记录实验过程中的电压、电流和观察到的现象，以备后续分析和总结。

四、实验结果在实验过程中，我们成功设计并实现了一个CMOS反相器电路。

通过改变输入电压的高低，我们观察到输出电压的反相变化，验证了电路的功能。

五、实验分析通过本次实验，我们深入了解了CMOS技术的原理和应用。

CMOS电路由于其低功耗、高集成度和稳定性等优点，被广泛应用于数字电路和模拟电路中。

在今天的信息时代，CMOS技术的发展对于电子产品的性能和功能提升起到了重要作用。

集成电路基础实验cadence反相器设计

题目：反相器分析与设计姓名：白进宝学院：微电子与固体电子学院学号：201722030523签名：教师签名：摘要CMOS指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。

由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。

本次设计的是反相器，通过电路搭建前仿真，实现其功能。

然后进行版图设计，提取寄生参数后进项后仿真。

关键词：CMOS、反相器、低功耗、集成电路版图1、技术指标要求面积：100um2速度：大于1GHz功耗：功耗与电源电压、工作速度、负载等诸多因素有关。

2、电路搭建工艺库：smic18mmrf器件参数：设置NMOS与PMOS宽长比。

电路结构：如图，电路结构。

有两级反相器组成，第二级为负载，因为在实际电路中电路都是带载的。

分别作NMOS和PMOS的直流输出特性曲线，NMOS的阈值电压大约为0.5V左右，PMOS的阈值电压大约为0.6V左右。

3、仿真（1）进行直流传输特性仿真分析图一电源电压为5V，图二电源电压为2V。

可以看到图二的特性比图一好，这是由于降低的电压，从而使特性变好。

继续降低电源电压为1V后，特性更好。

但是当降到200mV时，特性反而变差。

这是由于当电压降到接近于阈值电压或更低时，管子无法导通，性能变差。

（2）瞬态特性分析瞬态特性分析，反相器实现非门的功能。

将时间轴拉长，可以看到当输出反向时，存在一个过冲现象，这是由于栅漏电容造成。

（3）工作频率分析上图为反相器没有带负载的情况下测出的下降时间，下图为带一个反相器测出的下降时间。

从而我们可以得出电路的扇出越多，性能越差，所以在数字电路中，我们尽量将扇出控制在4以内。

更多的扇出将通过组合电路多级实现。

由图可得上升时间为23.85ps，下降时间为29.25ps。

工作频率＝1/（2×max（上升时间，下降时间））＝17GHz（4）功耗分析如以上两幅图，分别在电源电压5V和2V的情况下动态电流分析。

第05章反相器

1.8
2.5
1.7
1.6
2
1.5
Vout(V)
V (V)
M
1.4
1.5
1.3
1.2
1
1.1
1
0.5
0.9
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
V (V)
in
0.8
100
101
Wp/Wn
图5.7，注意其X坐标为对数
开关阈值VM定义为Vin=Vout 此时PMOS和NMOS总是饱和，使通过两个晶体管的电流相等
就可以得到VM的解析表达式。上图说明对器件比值变化不敏感。
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反相器
延迟与 VDD的关系加大工作电压VDD 也可以降低延迟
5.5
5
4.5
4
tp(normalized)
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.8
1
1.2 1.4 1.6 1.8
2
2.2 2.4
V (V)
DD
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图5.17
反相器
改变晶体管尺寸
PMOS
In 多晶硅
Vout
Vin5
Vin4
Vin3
VDD
Vin2 Vin1
VDD Vin0 A
Vin1 Vin2 B
Vout C
0
Vtn
Vin3 D
Vin4 E
Vin5
VDD/2
Vin
V VDD+Vtp DD
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反相器
CMOS 反相器 VTC
特征曲线分析

Lab 9 CMOS反相器版图设计

Lab 9 CMOS反相器版图设计1.实验目的1.1 学会版图自动生成方法1.2 掌握CMOS电路版图设计流程1.3 了解数字模块设计方法2.实验内容版图自动生成如果在lab7与lab8中，绘制nmos、pmos、npn等单元版图存在困难，可使用版图自动生成命令来产生版图，以便后续实验的进行。

nmos版图生成法①在CIW中，选择File→Open，选项设置如下：Library Name designCell Name nmosView Name layout打开nmos的空白视图。

②在CIW中，输入如下命令：hiReplayFile(“LOG/nmos.log”)③按Return键。

④选择Window→Fill All，完成自动生成nmos版图。

⑤存档。

pmos版图生成法①在CIW中，选择File→Open，选项设置如下：Library Name designCell Name pmosView Name layout打开pmos的空白视图。

②在CIW中，输入如下命令：③按Return键。

④选择Window→Fill All，完成自动生成pmos版图。

⑤存档。

npn版图生成法与nmos生成法相同，仅仅在①、②步骤中将nmos改为npn即可。

Inverter版图设计Inverter版图设计规则①单元高度18.0u②power与ground宽度1.8u③ndiff到pdiff间距0.5u④metal1之间间距0.8u⑤metal1宽度0.8u安置mos版图①在CIW中，选择File→Open，设置如下:Library Name designCell Name inverterView Name layout点击OK，弹出Inverter的设计窗口。

②在设计窗口中，选择Create→Instance[i]，在Create Instance窗口中，改变设置如图9.1所示。

图9.1 Create Instance窗口图9.2 Create Shape Pin窗口③设置结束后，在设计窗口中，点击LMB完成添加nmos版图。