兰州交通大学电子专业课程设计,4位与非门的电路设计,2位数值比较器设计

兰州交通大学电子与信息工程学院课程设计报告

课题一：4位与非门的电路设计

课题二：2位数值比较器设计

专业电子科学与技术

班级电子1001班

学号

姓名

一、Hspice简介

Hspice线路模拟软件在早期是美国Meta-Software公司根据Berkeley SPICE26G .6、SPICE3及其他线路模拟软件所发展的工业级线路分析软件。Hspice 在基本功能部分和其他SPICE软件相似，可应用于下列领域的电子电路研究，即稳态（直流分析）。暂态（时间分析）及频率（交流分析）等领域。由于Meta-Software公司在集成电路制程技术持续进步与元件尺寸缩小下，对于MOSFET模型的适用性与精确性的不断耕耘，以及该公司对元件与电路最优化、罗特卡罗与最坏状况分析等进阶段的应用亦有自我突破，使得Hspice逐渐脱颖而出，超过PSPICE、IsSPICE等软件，成为在集成电路设计上最普遍及最佳的晶体管层次线路模拟软件。1997年，计算机辅助设计软件大厂Avant！公司购并了Meta-Software公司，Hspice也成为Avant！公司众多设计软件之一，并改称为STAR-Hspice。2002年，计算机辅助设计软件大厂Synopsys公司并购了Avant！公司。

SPICE是“Simulation Program with Integrated Circuit Emphasisl”之意，原先的目的是为电子系统中集成电路的模拟与设计而发展的软件。然而，随着电子领域应用面的扩大，Hspice也因为Synopsys公司的持续研发，而具有其特色与功能。因此，Hspice已成功地用在直流到高频操作的电子电路设计。

二、Tanner Tools Pro简介

Tanner Tools Pro是一套集成电路设计软件，包括S-Edit、T-Spice、W-Edit、L-Edit与LVS，各软件的主要功能整理如表1.1所示：

编辑出电路图，再将该电路图输出成SPICE文件。接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件，如果模拟结果有错误，再回S-Edit检查电路图，如果T-Spice模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以DRC功能作设计规则检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化为SPICE文件，再利用T-Spice 模拟，若有错误，再回到L-Edit修改布局图。最后利用LVS将电路图输出的SPICE 文件与布局图转化的SPICE文件进行比较，若对比结果不相等，则返回去修正L-Edit或S-Edit的图。直到验证无误后，将L-Edit设计好的布局图输出成GDSII 文件类型，再交由工厂去制作半导体过程中需要的光罩。

图1.1 Tanner Tool的设计流程

三、CMO简介

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物

半导体，电压控制的一种器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。它是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片，是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。因为可读写的特性，所以在电脑主板上来用保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据，这个芯片仅仅是用来存放数据的。采用CMOS 技术可以将成对的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）集成在一块硅片上。CMOS由PMOS管和NMOS管共同构成，它的特点是低功耗。由于CMOS中的一对MOS 组成的门电路在瞬间要么PMOS导通、要么NMOS导通、要么都截止，比线性的三极管（BJT）效率要高的多，因此功耗很低。

相对于其他逻辑系列，CMOS逻辑电路具有以下优点：

1、允许的电源电压范围宽，方便电源电路的设计；

2、逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强；

3、静态功耗低；

4、隔离栅结构使CMOS器件的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门

的能力比其他系列强得多。

发展历史：

早起的CMOS元件和主要的竞争对手BJT相比，很容易受到静电放电（Electro Static Discharge，ESD）的破坏。二新一代的CMOS芯片多半在输出引脚（I/O Pin)和电源及接地端具备ESD保护电路，以避免内部电路元件的闸极或是元件中的PN截面（PN-Junction）被ESD引起的大量电流烧坏。

早期的CMOS设置程序驻留在软盘上的（如IBM的PC/AT），使用很不方便。多数厂家将CMOS设置程序做到了BIOS芯片中，在开机时通过按下某个特定开关键就可以进入CMOS设置程序而非常方便地对系统进行设置，因为这种CMOS设置又通常被叫为BIOS设置。

四、课程设计的目的

1、学习使用电路设计与仿真软件HSPICE，练习用网表文件来描述模拟电路，并熟悉应用HSPICE内部元件库；

2、熟悉用MOS器件来设计四位逻辑输入与非门电路和两位数值比较器，了解用MOS器件设计与TTL与非门的优缺点。

五、课程设计的内容和要求

1、内容：用仿真软件HSPICE，用网表文件来描述模拟电路；

2、要求：用MOS器件来设计四位逻辑输入与非门电路和两位数值比较器。

六、四位逻辑输入与非门电路设计原理

1、两输入与非门：

两位逻辑输入端A、B先运算与再运算非，当两个输入端全为“1”时，输出Y为“0”，当有一个端口为“0”时，输出Y为“1”，其真值表如图1.2

A B Y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

图1.2 两输入与非门真值表

2、四输入与非门符号及原理

A

B

四位逻辑输入端A、B、C、D先运算与再运算非，当四个输入端位全为“1”时，输出端Y为“0”，当四个输入端只要有一位为“0”时，输出“1”，其真值