数字集成电路课程设计报告-4bits超前进位加法器全定制设计
第1章概述1.1 课程设计目的
?综合应用已掌握的知识
?熟悉集成电路设计流程
?熟悉集成电路设计主流工具
?强化学生的实际动手能力
?培养学生的工程意识和系统观念
?培养学生的团队协作能力
1.2 课程设计的主要内容
1.2.1 设计题目
4bits超前进位加法器全定制设计
1.2.2 设计要求
整个电路的延时小于2ns
整个电路的总功耗小于20pw
总电路的版图面积小于60*60um
1.2.3 设计内容
功能分析及逻辑分析
估算功耗与延时
电路模拟与仿真
版图设计
版图数据提交及考核，课程设计总结
第2章功能分析及逻辑分析
2.1 功能分析
74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图2-1所示：
图2-1 74283管脚图
2.2推荐工作条件（根据SMIC 0.18工艺进行修改）
表2-1 SMIC 0.18工艺的工作条件
2.3直流特性（根据SMIC 0.18工艺进行修改）
表2-2 SMIC 0.18直流特性
表2-3SMIC 0.18工艺交流（开关）特性
2.5真值表
表2-4 4位超前进位加法器真值表
2.6表达式
定义两个中间变量Gi和Pi：
所以：
进而可得各位进位信号的罗辑表达如下
2.7电路原理图
超前进位加法器原理：对于一个N位的超前进位组，它的晶体管实现具有N+1个并行
分支且最多有N+1个晶体管堆叠在一起。由于门的分支和晶体管的堆叠较多使性能较差，
所以超前进位计算在实际中至多智能限制于2或4位。为了建立非常快速的加法器，需要
把进位传播和进位产生组织成递推的树形结构，如图2-2所示。一个比较有效的实现方法
是把进位传播层次化地分解成N位的子组合：
Co,0=GO+POCi,0
Co,1=G1+P1G0+P1P0 Ci,0=( G1+P1G0)+(P1P0) Ci,0=G1:0+P1:0 Ci,0
Co,2=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0Ci,0=G2+P2Co,1 2-1 Co,3=G3+P3 G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0Ci,0=(G3+P3G2)+(P3P2)Co,1=G3:2+P3:2Co,1 在公式2-1中，进位传播过程被分解成两位的子组合。Gi:j和Pi:j分别表示一组位
（从第i位至第j位）的进位产生和进位传播函数。因而我们称之为块进位产生和块进位
传播信号。如果该组产生一个进位，则Gi:j等于1，而与输入进位无关。如果一个输入进
位传播通过整个一组，则Pi:j即为1。这一条件等同于前面讨论过的进位批旁路。例如，
当进位产生于第3位或当进位产生于第2位并传播通过第3位时，则G3:2等于1（即
G3:2=G3+P3G2）。当输入进位传播通过这两位时，P3:2为1（即P3:2=P3P2）。
图2-2 4位超前进位加法器镜像实现的电路图
第3章功耗估算与延时3.1电容估算
第一级负载电容：
=(412x55+559x5)x35+237x(2x55+2x3.5)+208x(2x5+2x3.5)
=0.12pf
=(5+2.5+3)x1x2.16x10-3=0.023pf
所以CL1=CPN+Cg=0.143pf
同理可以计算：
输入缓冲级
CPN=0.02pf(最小尺寸反相器的CPN) Cg=0.049pf
输入端两输入与非门,或非门输出端
CPN=0.032pf Cg(最小尺寸反相器的Cg)=0.016pf
中间反相器(设计的所有缓冲级尺寸相当计算时取Wn=7u Wp=14u) CPN=0.02pf Cg=0.045pf
中间缓冲级
CPN=0.049pf Cg=0.027pf
中间与门输入端
CPN=0.02pf Cgn=0.0054pf Cgp(单管)=0.011pf
与门输出端，或非门输入端
CPN(最坏情况)=0.069pf Cgn=0.0054pf Cgp(单管)=0.011pf
或非门输出端
CPN(最坏情况)=0.057pf Cg=0.049pf
异或门输出端
CPN(Z0-Z3)=0.0038pf C PN(Co)=0.0069pf Cg=0.071pf
输出缓冲级
CPN=0.078pf Cg=0.29pf
输出级
CPN=0.122pf CL=15pf
3.2功耗估算
在电路工作的时候AiBi八个输入端到中间缓冲级前面的电容相同，所以计算时候只要求一个输入的电容然后乘以八倍，Ci输入端的电容另外计算；中间的缓冲级及接下来的一级由于逻辑门的种类比较多，计算电容时，N管的Cg一样，P管先算最小尺寸的Cg，然后再乘以扇入数；输出缓冲的前一级的根据输出和或者进位分别计算。
根据以上分析可以得出功耗总电容
CL总=88.852pf
动态功耗计算公式：
对于Vdd=5V，f=15MHz的信号，总功耗为：
=33.3mW
功耗小于200mW，满足设计要求
3.3延时估算
总的延时时间为格机电路的延时之和。故本次延时估算的核心思想是先找出延时最长的路径，再分别算出每一级的延时时间，最后求和。
首先，从电路图我们可以看出延时最长的路径为：
AiBi输入经输入级，输入缓冲级，与非门，反相器，中间缓冲级，反相器，四输入与门，四输入或非门，反相器，异或门，输出缓冲级，输出级最后到达Z3 由电路的知识可以知道，电路的延时时间为：
第一级延时估算：
CL=0.143pf (W/L)n=55 (W/L)p=6 所以Tpl1=160ps
同理可计算其他各级延时：
输入缓冲级：Tpl2=183ps 与非门：Tpl3=97ps
反相器：Tpl4=173ps 中间缓冲级：Tpl5=153ps
反相器：Tpl6=184ps 四输入与门：Tpl7=202ps
四输入或非门：Tpl8=180ps 反相器：Tpl9=138ps
异或门：Tpl10=145ps 输出缓冲级：Tpl11=222ps
输出级：Tpl12=2264ps
总延时：Tpl总=4101ps
满足设计要求
3.4本章小结
通过本次实验，我了解了集成电路设计时候的工程估算，包括功率的估算，延时的估算。这些估算都跟电容有关，所以前提是要计算电路各级的电容。由于之前设计时候没有考虑到电路的内部的逻辑门，导致电路中逻辑门的种类较多，所以电容计算比较繁琐。最终估算结果均满足设计要求。
第4章电路模拟与仿真
4.1 实验目的:
1.介绍cadence的使用方法
2.使用schematic工具建立电路图
3.建立test电路
4.模拟仿真验证
5.输出波形、工作频率和功耗结果
4.2原理图设计
4.2.1建立新库
(1)点选在CIW视窗的上面工具列Tool→Library Manager，会出现视窗LM(Library Manager)；
(2)点选LM视窗上面的工具列File→New→Library；
(3)会产生New Library画面；
(4)在框内填入库名；
(5)点OK确定；
(6)出现技术文件关联视窗（如图4-1所示）:
图4-1 建立新的Library
4.2.2建立schematic view
建立schematic view（包括反相器和其他各类逻辑门电路）如图4-2,4-3,4-4所示:
图4-2 反相器原理图
反相器原理图中，in为输入端，out输出端。
图4-3 与非门原理图在与非门原理图中，A、B为输入端，Y为输出端。
图4-4 异或门原理图
在异或门原理图中，A、B为输入端，Y为输出端。
4.2.3建立symbol
(1)点选在CIW视窗的上面工具列Design→From Cellview；（2）出现Cellview From cellview窗口（如图4-5）；（3）点OK确定；
（4）出现Symbol Generation Options窗口（如图4-6）；（5）点OK确定。
图4-5 Cellview From cellview
图4-6 Symbol Generation Options
图4-7 反相器的symbol
其中，in为输入端，out为输出端。
图4-8 与非门的symbol
其中，A、B为输入端，Y为输出端。
图4-9 异或门的symbol
其中，A、B为输入端，Y为输出端。
其它逻辑门电路同样过程建立schematic view和symbol view。
4.2.4建立总体电路schematic view
如4.2.2的方法画出4位超前加法器主电路的schematic view图。如图4-10。
图4-10 4位超前进位加法器的主电路图
4.2.5建立总体symbol
如4.2.3的方法画出4位超前进位加法器主电路的symbol图。如图4-11所示。
图4-11 4位超前进位加法器主电路的symbol图
其中，A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、Ci0、为输入端，Co3、S0、S1、S2、S3为输出端。
4.2.6测试电路
图4-12主电路图的测试电路图
其中，V9为直流源，V0-V8为交流源。C0-C5=15pF。
4.3功能仿真
图4-13 功能仿真结果
图中从上到下依次是S0,S1,S2,S3,Co3,Ci0,A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4。
4.5仿真结果分析
通过仿真结果可以看出电路逻辑功能正确，能实现加法及进位。从A4到S3的延时为0.6427ns。功耗为50mW。仿真的频率为10MHz。
4.6本章小结
通过本次实验，我了解了cadence的使用，学会了画原理图及仿真，并对仿真结果进行分析。
第5章版图设计
5.1原理
?版图设计时采用层次化，全手工的形式设计版图。整个版图设计的思想是先小后大，即先画出各级的版图，并进行DRC检查，检查无误后进行保存，最后调用这
些单元进行最后的版图设计。另外，本次设计的COMS尺寸有些比较大，故画版
图时多以梳状形式来设计，这样可以减小版图的面积，而又能保持其原来的性能。
?工具Virtuso的使用。
5.2反相器版图
5.2.1 layout view的建立
步骤：Tool-Design Synthesis-Layout XL.
图5-1 layout view的建立
图5-2 layout 界面5.2.2添加器件
图6-3 creat instance
?Length：沟道长度
?Finger width：单指宽度
?Finger：杈指数
?Gate Connection：栅连接
?S/D Connection：源/漏连接
?Bodytietype：体连接类型
5.2.3互连，实现反相器功能
图5-4 反相器Layout版图
互连的时候要注意不同的图层，以及各个图层的规则。所以画图前必须阅读数据手册。同理可画出其他门电路的版图
5.3异或门
图5-5 异或门Layout版图
5.4与非门
图5-6与非门Layout版图
5.5整体版图
图5-7 4位超前进位加法器总体Layout 版图
5.6 本章小结
通过本次实验，我了解了工具Virtuso的使用，学会了画版图及仿真及在绘制版图过程中规则的定义。
总体心得
这次课程设计设计题目是—4位超前进位加法器。相比于其他加法器，超前进位加法器最大优点在于减少了进位等待延迟，大大提高了运算的速度，因此在其他的运算器中得到了广泛应用。
课程设计是为了对课本知识的巩固和加强，由于课本上学到了很多都是理论知识的，不能很好的理解和运用，所以在这次课程设计过程中，对整个数字芯片全定制设计流程有了一个总体的认识。同时也熟练掌握了cadance软件操作。
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。同时，培养了团队合作精神，在这次的课设中遇到了比如在加信号时，关于时间的问题，还有版图设计涉及到VDD和GND的设计，在老师的指导下，和同学间的相互讨论，最后都得到了解决。
用verilog编写的8位扩展超前进位加法器代码
8位扩展超前进位加法器 /* ********************************************************************* ******** Ci+1 = Ai * Bi + Bi * Ci + Ci * Ai = Ai * Bi + ( Ai + Bi ) * Ci Gi = Ai * Bi Pi = Ai + Bi Ci+1 = Gi + Pi * Ci = Gi + Pi * ( Gi-1 + Pi-1 * Ci-1 ) = Gi + Pi * ( Gi-1 + Pi-1 * ( Gi-2 + Pi-2 * Ci-2 ) ) . . . = Gi + Pi * ( Gi-1 + Pi-1 * ( Gi-2 + Pi-2 * ( ... ( G0 + P0 * C0 ) ... ) ) ) = Gi + Pi * Gi-1 + Pi * Pi-1 * Gi-2 + ... + Pi * Pi-1 * ... * P1 * G0 + Pi * Pi-1 * ... * P1 * P0 * C0 Gij = Gi + Pi * Gi-1 + Pi * Pi-1 * Gi-2 + ... + Pi * Pi-1 * ... * Pj+1 * Gj Pij = Pi * Pi-1 * ... * Pj+1 * Pj; Gi,i = Gi; Pi,i = Pi; ********************************************************************* ******** */ module adder_8bits( s, co, a, b, ci ); output [ 7 : 0 ] s; output co; input [ 7 : 0 ] a; input [ 7 : 0 ] b; input ci; wire [ 7 : 0 ] g;
数字集成电路设计_笔记归纳..
第三章、器件 一、超深亚微米工艺条件下MOS 管主要二阶效应： 1、速度饱和效应：主要出现在短沟道NMOS 管，PMOS 速度饱和效应不显著。主要原因是 TH G S V V -太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度（μξν=） ，即载流子迁移率是常数。但在电场强度很高时载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和，不再随电场 强度的增加而线性增加。此时近似表达式为：μξυ=（c ξξ<），c s a t μξυυ==（c ξξ≥） ，出现饱和速度时的漏源电压D SAT V 是一个常数。线性区的电流公式不变，但一旦达到DSAT V ，电流即可饱和，此时DS I 与GS V 成线性关系（不再是低压时的平方关系）。 2、Latch-up 效应：由于单阱工艺的NPNP 结构，可能会出现VDD 到VSS 的短路大电流。 正反馈机制：PNP 微正向导通，射集电流反馈入NPN 的基极，电流放大后又反馈到PNP 的基极，再次放大加剧导通。 克服的方法：1、减少阱/衬底的寄生电阻，从而减少馈入基极的电流，于是削弱了正反馈。 2、保护环。 3、短沟道效应：在沟道较长时，沟道耗尽区主要来自MOS 场效应，而当沟道较短时，漏衬结（反偏）、源衬结的耗尽区将不可忽略，即栅下的一部分区域已被耗尽，只需要一个较小的阈值电压就足以引起强反型。所以短沟时VT 随L 的减小而减小。 此外，提高漏源电压可以得到类似的效应，短沟时VT 随VDS 增加而减小，因为这增加了反偏漏衬结耗尽区的宽度。这一效应被称为漏端感应源端势垒降低。
4、漏端感应源端势垒降低（DIBL）： VDS增加会使源端势垒下降，沟道长度缩短会使源端势垒下降。VDS很大时反偏漏衬结击穿，漏源穿通，将不受栅压控制。 5、亚阈值效应（弱反型导通）：当电压低于阈值电压时MOS管已部分导通。不存在导电沟道时源（n+）体（p）漏（n+）三端实际上形成了一个寄生的双极性晶体管。一般希望该效应越小越好，尤其在依靠电荷在电容上存储的动态电路，因为其工作会受亚阈值漏电的严重影响。 绝缘体上硅（SOI） 6、沟长调制：长沟器件：沟道夹断饱和；短沟器件：载流子速度饱和。 7、热载流子效应：由于器件发展过程中，电压降低的幅度不及器件尺寸，导致电场强度提高，使得电子速度增加。漏端强电场一方面引起高能热电子与晶格碰撞产生电子空穴对，从而形成衬底电流，另一方面使电子隧穿到栅氧中，形成栅电流并改变阈值电压。 影响：1、使器件参数变差，引起长期的可靠性问题，可能导致器件失效。2、衬底电流会引入噪声、Latch-up、和动态节点漏电。 解决：LDD（轻掺杂漏）：在漏源区和沟道间加一段电阻率较高的轻掺杂n-区。缺点是使器件跨导和IDS减小。 8、体效应：衬底偏置体效应、衬底电流感应体效应（衬底电流在衬底电阻上的压降造成衬偏电压）。 二、MOSFET器件模型 1、目的、意义：减少设计时间和制造成本。 2、要求：精确；有物理基础；可扩展性，能预测不同尺寸器件性能；高效率性，减少迭代次数和模拟时间 3、结构电阻：沟道等效电阻、寄生电阻 4、结构电容： 三、特征尺寸缩小 目的：1、尺寸更小；2、速度更快；3、功耗更低；4、成本更低、 方式： 1、恒场律（全比例缩小），理想模型，尺寸和电压按统一比例缩小。 优点：提高了集成密度 未改善：功率密度。 问题：1、电流密度增加；2、VTH小使得抗干扰能力差；3、电源电压标准改变带来不便；4、漏源耗尽层宽度不按比例缩小。 2、恒压律，目前最普遍，仅尺寸缩小，电压保持不变。 优点：1、电源电压不变；2、提高了集成密度 问题：1、电流密度、功率密度极大增加；2、功耗增加；3、沟道电场增加，将产生热载流子效应、速度饱和效应等负面效应；4、衬底浓度的增加使PN结寄生电容增加，速度下降。 3、一般化缩小，对今天最实用，尺寸和电压按不同比例缩小。 限制因素：长期使用的可靠性、载流子的极限速度、功耗。
集成电路课程设计报告
课程设计 班级： 姓名： 学号： 成绩： 电子与信息工程学院 电子科学系
CMOS二输入与非门的设计 一、概要 随着微电子技术的快速发展，人们生活水平不断提高，使得科学技术已融入到社会生活中每一个方面。而对于现代信息产业和信息社会的基础来讲，集成电路是改造和提升传统产业的核心技术。随着全球信息化、网络化和知识经济浪潮的到来，集成电路产业的地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息安全的基础性、战略性产业。 集成电路有两种。一种是模拟集成电路。另一种是数字集成电路。本论文讲的是数字集成电路版图设计的基本知识。然而在数字集成电路中CMOS与非门的制作是非常重要的。 二、CMOS二输入与非门的设计准备工作 1.CMOS二输入与非门的基本构成电路 使用S-Edit绘制的CMOS与非门电路如图1。 图1 基本的CMOS二输入与非门电路
2.计算相关参数 所谓与非门的等效反相器设计，实际上就是根据晶体管的串并联关系，再根据等效反相器中的相应晶体管的尺寸，直接获得与非门中各晶体管的尺寸的设计方法。具体方法是：将与非门中的VT3和VT4的串联结构等效为反相器中的NMOS 晶体管，将并联的VT 1、VT 2等效PMOS 的宽长比(W/L)n 和(W/L)p 以后，考虑到VT3和VT4是串联结构，为保持下降时间不变，VT 3和VT 4的等线电阻必须减小为一半，即他们的宽长比必须为反相器中的NMOS 的宽长比增加一倍，由此得到(W/L)VT3,VT4=2(W/L)N 。 因为考虑到二输入与非门的输入端IN A 和IN B 只要有一个为低电平，与非门输出就为高电平的实际情况，为保证在这种情况下仍能获得所需的上升时间，要求VT 1和VT 2的宽长比与反相其中的PMOS 相同，即(W/L)VT1,VT2=(W/L)P 。至此，根据得到的等效反向器的晶体管尺寸，就可以直接获得与非门中各晶体管的尺寸。 如下图所示为t PHL 和t PLH ，分别为从高到低和从低到高的传输延时，通过反相器的输入和输出电压波形如图所示。给其一个阶跃输入，并在电压值50%这一点测量传输延迟时间，为了使延迟时间的计算简单，假设反相器可以等效成一个有效的导通电阻R eff ，所驱动的负载电容是C L 。 图2 反相器尺寸确定中的简单时序模型 对于上升和下降的情况，50%的电都发生在： L eff C R 69.0=τ 这两个Reff 的值分别定义成上拉和下拉情况的平均导通电阻。如果测量t PHL 和t PLH ，可以提取相等的导通电阻。 由于不知道确定的t PHL 和t PLH ，所以与非门中的NMOS 宽长比取L-Edit 软件中设计规则文件MOSIS/ORBIT 2.0U SCNA Design Rules 的最小宽长比及最小长度值。 3.分析电路性质 根据数字电路知识可得二输入与非门输出AB F =。使用W-Edit 对电路进行仿真后得到的结果如图4和图5所示。
四位超前进位加法器原理
超前进位加法器原理 74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图1所示： 图1 74283管脚图 其真值表如下所示： 表1 4位超前进位加法器真值表
由全加器的真值表可得S i 和C i 的逻辑表达式： 定义两个中间变量G i 和P i ： 当A i ＝B i ＝1时，G i ＝1，由C i 的表达式可得C i ＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i ＝1，则A i ·B i ＝0，C i ＝C i-1 ，即P i ＝1时，低位的进位能传 送到高位的进位输出端，故P i 称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。 将G i 和P i 代入S i 和C i 得： 进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：
根据逻辑表达式做出电路图如下： 逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：
电路网表如下： *xor 2 .subckt xor2 a b c d f mxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4 .ends xor2 *and2 .subckt and2 a b f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4 .ends and2 *and3 .subckt and3 a b c f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6 .ends and3 *and4 .subckt and4 a b c d f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8 .ends and4
《数字电路课程设计》
实验三旋转灯光电路与追逐闪光灯电路 一、实验目的 1．熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。 2．学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。 3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。 二、实验电路与原理 1．旋转灯光电路： 图3-1 旋转灯光电路 将16只发光二极管排成一个圆形图案，按照顺序每次点亮一只发光二极管，形成旋转灯光。实现旋转灯光的电路如图3-1所示，图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。IC2为16进制计数器，输出为4位二进制数，在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。计数器计满后自动回“0”，重新开始计数，如此不断重复。 输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端，但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1，当4位二进制数的高位D为“0”时，IC4的G1为“0”，IC4的使能端无效，IC4无译码输出，而IC3的G2为“0”，IC3使能端全部有效，低3位的CBA数据由IC3译码，输出D＝0时的8个输出，即低8位输出（Y0～Y7）。当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态，IC3无译码输出；IC4的使能端有效，低3位CBA数据由IC4译码，输出D＝1时的8个输出，即高8位输出（Y8～Y15）。 由于输入二进制数不断加“1”，被点亮的发光二极管也不断地改变位置，形成灯光地“移动”。改变振荡器的振荡频率，就能改变灯光的“移动速度”。
注意：74LS138驱动灌电流的能力为8mA，只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。 2. 追逐闪光灯电路 图 3-2 追 逐 闪 光 灯 电 路 （ 1） ． CD 401 7 的 管 脚功能 CD4017集成电路是十进制计数／时序译码器，又称十进制计数／脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。它与时基集成电路555一样，深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C，在国外的产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。 （2）CD4017C管脚功能 CMOSCD40171C采用标准的双列直插式16脚塑封，它的引脚排列如图3-3(a)所示。 CC4017是国标型号，它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。本书均以CD40171C为例进行介绍，其引脚功能如下： ①脚(Y5)，第5输出端；②脚(Y1)，第1输出端，⑧脚(Yo)，第0输出端，电路清零 时，该端为高电平，④脚(Y2)，第2输出端；⑤脚(Y6)，第6输出端；⑥脚(Y7)，第7输出端；⑦脚(Y3)，第3输出端；⑧脚(Vss)，电源负端；⑨脚(Y8)，第8输出端，⑩脚(Y4)，第4输出端；11脚(Y9)，第9输出端，12脚(Qco)，级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。13脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效；14脚(CP)，时钟输入
集成电路课程设计(CMOS二输入及门)
） 课程设计任务书 学生姓名：王伟专业班级：电子1001班 指导教师：刘金根工作单位：信息工程学院题目: 基于CMOS的二输入与门电路 初始条件： 计算机、Cadence软件、L-Edit软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） & 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习Cadence IC软件和L-Edit软件。 （2）设计一个基于CMOS的二输入的与门电路。 （3）利用Cadence和L-Edit软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。 | 学习Cadence IC和L-Edit软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 对二输入与门电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 # 摘要 (2) 绪论…....………………………………………….………………….. ..3 一、设计要求 (4) 二、设计原理 (4) 三、设计思路 (4) 3.1、非门电路 (4) 3.2、二输入与非门电路 (6) 、二输入与门电路 (8) } 四、二输入与门电路设计 (9) 4.1、原理图设计 (9) 4.2、仿真分析 (10) 4.3、生成网络表 (13) 五、版图设计........................ (20) 、PMOS管版图设计 (20) 、NMOS管版图设计 (22) 、与门版图设计 (23)
超前进位加法器设计报告
存档资料成绩： 华东交通大学理工学院 课程设计报告书 所属课程名称EDA课程设计 题目超前进位加法器设计 分院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2013 年7月2日
目录 第一章设计内容与要求 (3) 第二章超前进位加法器设计原理 (3) 第三章详细设计流程 (4) 3.1.创建工程文件 (4) 3.2.程序的编译 (5) 3.3.波形的仿真 (7) 第四章设计结果分析 (11) 第五章源程序代码 (12) 第六章心得体会 (14) 第七章参考文献 (15)
第一章设计内容与要求 加法运算是最重要也是最基本的运算，所有的其他基本运算，如减、乘、除运算最终都能归结为加法运算。但因为加法运算存在进位问题，使得某一位计算结果的得出和所有低于他的位相关。因此为了减少进位传输所消耗的时间，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如跳跃进位加法器、进位选择加法器、超前进位加法器等。本设计采用的是超前进位加法器。通过Verilog 设计一个超前8位加法器。 要求在Quartus II软件下，利用Verilog编程完成层次式电路设计，电路中的元件可以用Verilog设计也可以用库元件连线构成再封装。8位超前进位加法器，借助EDA工具中的综合器，适配器，时序仿真器和编程器等工具进行相应处理。适配采用Cyclone系列的EP1C6Q240C8。 要求综合出RTL电路，并进行仿真输入波形设计并分析电路输出波形. 试比较并阐述数据类型reg型和wire型的区别。 第二章超前进位加法器设计原理 将n个全加器相连可得n位加法器，但是加法时间较长。解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加法。超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的 首先对于1位加法器基本位值和与进位输出为1；如果a,b有一个为1，则进位输出等于cin; 令G=ab,P=a+b,则有： Cout==ab+(a+b)cin=G+P?cin 由此可以G和P来写出4位超前进位链如下（设定四位被加数和加数为A
数电课程设计题目汇总..
数电课程设计题目选 一、设计并制作一数字式温度计 〖基本要求〗采用电桥法，利用PT~100热电阻对0~200℃测温范围进行测量并送LED 数码管显示，要求测量分辨率为0.1℃,数据测量间隔时间为5秒。 〖提高要求〗1)针对不同的铂热电阻讨论不同的温度信号测量办法 2)利用电路对测温电路进行非线性校正，提高测温精度(电路非线性校正和EPROM 查表法非线性校正两种方法) 3)讨论误差的形成因素和减少误差的措施 4)进行简单的温度开关控制 〖参考原理框图〗系统参考原理框图如下： 〖主要参考元器件〗 MCl4433(1)，LM324(1)，七段数码管(4)，CD4511(1),MC1413(1),铂热电阻使用普通 精密电位器代替。 二、十二小时电子钟 〖基本要求〗利用基本数字电路制作小时电子钟，要求显示时分秒；并能实现校时和校分的功能。 〖提高要求〗1)针对影响电子钟走时精度的因素提出改进方案 2)增加日期显示 3)实现倒计时功能 4)整点报时(非语音报时) 5)定时功能 〖参考原理框图〗： 〖主要参考元器件〗：CD4060，74LS74，74LS161，74LS248 电桥电路 供电电路 时钟电路 放大电路 A/D 转换 显示电路 时校 分校 秒校 24进制时计数器 单次或连续的脉冲 60进制分计数器 分频器 60进制秒计数器 译码电路 晶体振荡器 显示电路 译码电路 显示电路 显示电路 译码电路
三、电平感觉检测仪 〖基本要求〗：采用光电式摇晃传感器，其检测范围为±90℃，每摇晃一度传感器就输出一个脉冲信号给计数单元，在给定时间内测量到的脉冲数目就能表明该人的电平感觉，测试时采用头戴式传感器、闭上双目，单脚立地：保持静止，开始测试。定时时间为1分钟 〖提高要求〗 〖参考原理、框图〗： 〖主要参考元器件〗CD4060，555，74LS74 四、便携式快速心律计 基本要求〗利用数字电路制作一便携式快速心律计，用于在较短时间内测量脉搏跳动速率：并使用LED 显示。 〖提高要求〗1）提高测量精度的方法 2)设计能比较准确测量1S 内心跳的电路 〖参考原理框图〗 〖主要参考元器件〗CD4060，4528，4518；4511，14526 五、数字式定时开关 〖基本要求〗设计并制作一数字式定时开关，此开关采用BCD 拨盘预置开关时间，其最大定时时间为9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED 数码管显示。此开关预置时间以后通过另一按钮控 制并进行倒计时，当时间显示为0时，开关发出开关信号，输出端呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时，倒计时又开始。计时时间到驱动扬声器报警。 〖提高要求〗 l)输出部分加远距离(100m)继电器进行控制 2）延长定时时间 3)探讨提高定时精度的方法 〖参考原理框图〗 外部操作开关 〖主要参考元器〗：CC4511,CC14522,CD4060 传感器 基准时间产生电路 倍频器 放大与整形 控制电路 计数译码 显 示电 路 秒脉冲发生器 计时器 译码显示 控制电路 报警电路
CMOS模拟集成电路课程设计
电子科学与技术系 课程设计 中文题目：CMOS二输入与非门的设计 英文题目: The design of CMOS two input NAND gate 姓名：张德龙 学号： 1207010128 专业名称：电子科学与技术 指导教师：宋明歆 2015年7月4日
CMOS二输入与非门的设计 张德龙哈尔滨理工大学电子科学与技术系 [内容摘要]随着微电子技术的快速发展，人们生活水平不断提高，使得科学技术已融入到社会生活中每一个方面。而对于现代信息产业和信息社会的基础来讲，集成电路是改造和提升传统产业的核心技术。随着全球信息化、网络化和知识经济浪潮的到来，集成电路产业的地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息安全的基础性、战略性产业。 集成电路有两种。一种是模拟集成电路。另一种是数字集成电路。本次课程设计将要运用S-Edit、L-edit、以及T-spice等工具设计出CMOS二输入与非门电路并生成spice文件再画出电路版图。 [关键词]CMOS二输入与非门电路设计仿真
目录 1.概述 (1) 2.CMOS二输入与非门的设计准备工作 (1) 2-1 .CMOS二输入与非门的基本构成电路 (1) 2-2.计算相关参数 (2) 2-3.电路spice文件 (3) 2-4.分析电路性质 (3) 3、使用L-Edit绘制基本CMOS二输入与非门版图 (4) 3-1.CMOS二输入与非门设计的规则与布局布线 (4) 3-2.CMOS二输入与非门的版图绘制与实现 (5) 4、总结 (6) 5、参考文献 (6)
1．概述 本次课程设计将使用S-Edit画出CMOS二输入与非门电路的电路图，并用T-spice生成电路文件，然后经过一系列添加操作进行仿真模拟，计算相关参数、分析电路性质，在W-edit中使电路仿真图像，最后将电路图绘制电路版图进行对比并且做出总结。 2.CMOS二输入与非门的设计准备工作 2-1 .CMOS二输入与非门的基本构成电路 使用S-Edit绘制的CMOS与非门电路如图1。 图1 基本的CMOS二输入与非门电路 1
西安邮电大学Verilog 四位超前进位全加器
西安邮电大学Verilog HDL实验报告（二） ——带超前进位的四位全加器 学院名称：电子工程学院 班级：电子 学生姓名： 学号：
实验题目带超前进位的四位全加器 一、实验内容 设计的一个带超前进位的四位全加器。 二、实验步骤 1、在ModelSim软件中对激励模块和设计模块进行书写和编译； 2、对编译好的模块进行仿真。 三、源代码: 1、主程序 module fulladd4(sum, c_out, a, b, c_in); output [3:0] sum; output c_out; input [3:0] a,b; input c_in; wire p0,g0,p1,g1,p2,g2,p3,g3; wire c4,c3,c2,c1; xor a1(p0,a[0],b[0]); xor a2(p1,a[1],b[1]); xor a3(p2,a[2],b[2]); xor a4(p3,a[3],b[3]); and b1(g0,a[0],b[0]); and b2(g1,a[1],b[1]); and b3(g2,a[2],b[2]); and b4(g3,a[3],b[3]); and d1(e1,p0,c_in); or f1(c1,e1,g0); and d2(e2,p1,g0);and d3(e3,p1,p0,c_in);or f2(c2,g1,e2,e3); A nd d4(e4,p2,g1);and d5(e5,p2,p1,g0);and d6(e6,p2,p1,c_in);or f3(c3,g2,e4,e5,e6); and d7(e7,p3,g2);and d8(e8,p3,p2,g1);and d9(e9,p3,p2,p1,g0);and d10(e10,p3,p2,p1,p0,c_in);or f4(c4,g3,e7,e8,e9,e10); xor m0(sum[0],p0,c_in); xor m1(sum[1],p1,c1); xor m2(sum[2],p2,c2); xor m3(sum[3],p3,c3); and n1(c_out,c4,c4); endmodule 2、激励程序 module fulladd4_tb;
集成电路课程设计范例
集成电路课程设计 范例 1
集成电路课程设计 1.目的与任务 本课程设计是《集成电路分析与设计基础》的实践课程，其主要目的是使学生在熟悉集成电路制造技术、半导体器件原理和集成电路分析与设计基础上，训练综合运用已掌握的知识，利用相关软件，初步熟悉和掌握集成电路芯片系统设计→电路设计及模拟→版图设计→版图验证等正向设计方法。 2.设计题目与要求 2.1设计题目及其性能指标要求 器件名称：含两个2-4译码器的74HC139芯片 要求电路性能指标： （1）可驱动10个LSTTL电路（相当于15pF电容负载）； （2）输出高电平时，|I OH|≤20μA，V OH，min=4.4V； （3）输出底电平时，|I OL|≤4mA，V OL，man=0.4V； （4）输出级充放电时间t r=t f，t pd＜25ns； （5）工作电源5V，常温工作，工作频率f work=30MHz，总功耗P max＝150mW。 2.2设计要求 1.独立完成设计74HC139芯片的全过程； 2.设计时使用的工艺及设计规则： MOSIS:mhp_n12；
3.根据所用的工艺，选取合理的模型库； 4.选用以lambda(λ)为单位的设计规则； 5.全手工、层次化设计版图； 6.达到指导书提出的设计指标要求。 3.设计方法与计算 3.174HC139芯片简介 74HC139是包含两个2线-4线译码器的高速CMOS数字电路集成芯片，能与TTL集成电路芯片兼容，它的管脚图如图1所示，其逻辑真值表如表1所示： 图1 74HC139芯片管脚图 表1 74HC139真值表 片选输入数据输出 C s A1 A0 Y0 Y1Y2Y3 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1
4位超前进位加法器设计讲解学习
4位超前进位加法器 设计
、、 模拟集成电路分析与设计课程设计报告 题目4位超前进位加法器设计 学院（部）电控学院 专业电子科学与技术 班级 学生姓名 学号
前言 20世纪是IC迅速发展的时代。计算机等信息产业的飞速发展推动了集成电路（Integrated Circuit—IC）产业。大多数超大规模集成电路（Very Large Scale IC—VLSI）在日常生活中有着广泛的应用。在这些广泛应用的运算中，加法器是组成这些运算的基本单元。在高性能微处理器和DSP处理器中，加法器的运算时间至关重要。加法器运算常常处于高性能处理器运算部件的关键路径中，特别是在算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决定性的作用。随着微处理器的运算速度越来越快，对快速加法器的需求也越来越高。 当今，加法器的设计面临两大课题，首先是如何降低功耗。随着便携式IC产品例如MP3播放器，手机和掌上电脑等的广泛使用，要求IC工程师对现有运算模块的性能作进一步改进，尤其是在电路的功耗和尺寸方面。由于现在相应的电池技术难以和微电子技术的发展速度匹敌，这使得IC设计师遇到了许多限制因素，比如高速，大吞吐量，小尺寸，低功耗等。因此，这使得研究低功耗高性能加法单元持续升温。另一方面就是如何提高加法器的运算速度。因为加法运算存在进位问题，使得某一位计算结果的得出和所有低于它的位相关。因此，为了减少进位传输所耗的时间，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如超前进位加法器曼彻斯特加法器、进位旁路加法器、进位选择加法器等。它们都是利用各位之间的状态来预先产生高位的进位信号，从而减少进位从低位向高位传递的时间。 本文首先介绍了的加法器的类型以及其工作原理，然后重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及
集成电路课程设计模板及参考资 [1]...
集成电路课程设计报告 设计课题: 数字电子钟的设计 姓名: 专业: 电子信息工程 学号: 日期 20 年月日——20 年月日指导教师: 国立华侨大学信息科学与工程学院
目录 1．设计的任务与要求 (1) 2.方案论证与选择 (1) 3.单元电路的设计和元器件的选择 (5) 3.1 六进制电路的设计 (6) 3.2 十进制计数电路的设计 (6) 3.3 六十进制计数电路的设计 (6) 3.4双六十进制计数电路的设计 (7) 3.5时间计数电路的设计 (8) 3.6 校正电路的设计 (8) 3.7 时钟电路的设计 (8) 3.8 整点报时电路的设计 (9) 3.9 主要元器件的选择 (10) 4.系统电路总图及原理 (10) 5.经验体会 (10) 参考文献 (11) 附录A：系统电路原理图 (12)
数字电子钟的设计 1. 设计的任务与要求 数字钟是一种…。 此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步了解…。 1.1设计指标 1. 时间以12小时为一个周期； 2. 显示时、分、秒； 3. 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 4. 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时； 5. 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。1.2 设计要求 1. 画出电路原理图（或仿真电路图）； 2. 元器件及参数选择（或开发板的考虑）； 3. 编写设计报告，写出设计的全过程，附上有关资料和图纸(也可直接写在 相关章节中)，有心得体会。 2. 方案论证与选择 2.1 数字钟的系统方案 数字钟实际上是…
作业-基于verilog HDL的八位超前进位加法器
基于verilog HDL的八位超前进位加法器 Verilog 综合作业陈孙文 2011-10-25 指导老师：邓婉玲老师目录： 1. 超前进位加法器原理 2. 算法代码 3. modelsim SE软件实现功能仿真 4. synplify pro软件实现综合 正文： 一、原理 （1）、全加器 列出真值表如表所示，若Ai、Bi两个一位二进制数相加，以Ci表示来自低位的的进位，Si表示和，Ci表示向高位的进位，可以看出该电路考虑来低位的进位，是一个一位数的全加器电路，其逻辑符号如图所示。 串并行超前进位加法器的特点是：各级进位信号同时产生，减小或消除因进位信号逐级传递所用的时间。每一位的进位信号不依赖于从低位逐级传递，而是—开始就能确定。 全加器真值可以得到逻辑表达式： 为表达简单，定义两个中间变量Gi和Pi 得出 得到各位进位信号的逻辑表达式为：
当实际位数较多时，往往将全部数位按4位一组分成若干组，组内采用超前进位，组间采用串行进价，组成所谓的串并行进位加法器。 二、算法代码：有4bits.v、8bits.v、testbench.v三个文件； 4bits.v实现输入为4位数的加法器；8bits.v中调用4bits.v中的函数来实现8位数相加；testbench.v 为测试代码； 实现四位加法4bits.v部分： module fast_adder4b(ina,inb,carry_in,sum_out,clk,rst_n); parameter ADDER_WIDTH=4; parameter SUM_WIDTH=5; input [ADDER_WIDTH-1:0]ina; //输入数ina，8位 input [ADDER_WIDTH-1:0]inb; //输入数inb，8位 input carry_in; input rst_n; input clk; output [SUM_WIDTH-1:0] sum_out; reg [SUM_WIDTH-1:0] sum_out; wire [ADDER_WIDTH-1:0]sg; wire [ADDER_WIDTH-1:0]sp; wire [ADDER_WIDTH-1:0]sc; assign sg[0]=ina[0]&inb[0]; //中间变量G0=ina0&inb0; assign sg[1]=ina[1]&inb[1]; assign sg[2]=ina[2]&inb[2]; assign sg[3]=ina[3]&inb[3]; assign sp[0]=ina[0]^inb[0]; //中间变量P0=ina0^inb0; assign sp[1]=ina[1]^inb[1]; assign sp[2]=ina[2]^inb[2]; assign sp[3]=ina[3]^inb[3]; assign sc[0]=sg[0]|(sp[0]&carry_in); //进位位C0 assign sc[1]=sg[1]|(sp[1]&(sg[0]|(sp[0]&carry_in))); assign sc[2]=sg[2]|(sp[2]&(sg[1]|(sp[1]&(sg[0]|(sp[0]&carry_in))))); assign sc[3]=sg[3]|(sp[3]&(sg[2]|(sp[2]&(sg[1]|(sp[1]&(sg[0]|(sp[0]&carry_in))))))); always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) sum_out<=5'b00000; else
数字集成电路课程设计74hc138
目录 1．目的与任务 (1) 2.教学内容基要求 (1) 3.设计的方法与计算分析 (1) 3.1 74H C138芯片简介 (1) 3.2 电路设计 (3) 3.3功耗与延时计算 (6) 4.电路模拟 (14) 4.1直流分析 (15) 4.2 瞬态分析 (17) 4.3功耗分析 (19) 5.版图设计 (19) 5.1 输入级的设计 (19) 5.2 内部反相器的设计 (19) 5.3输入和输出缓冲门的设计 (22) 5.4内部逻辑门的设计 (23) 5.5输出级的设计 (24) 5.6连接成总电路图 (24) 5.3版图检查 (24) 6.总图的整理 (26) 7.经验与体会 (26) 8.参考文献 (26) 附录 A 电路原理图总图 (28) 附录B总电路版图 (29)
集成 1. 目的与任务 本课程设计是《集成电路分析与设计基础》的实践课程，其主要目的是使学生在熟悉集成电路制造技术、半导体器件原理和集成电路分析与设计基础上，训练综合运用已掌握的知识，利用相关软件，初步熟悉和掌握集成电路芯片系统设计→电路设计及模拟→版图设计→版图验证等正向设计方法。 2. 教学内容基本要求 2.1课程设计题目及要求 器件名称：3-8译码器的74HC138芯片 要求电路性能指标： ⑴可驱动10个LSTTL 电路（相当于15pF 电容负载）； ⑵输出高电平时，OH I ≤20uA, min ,OH V =4.4V; ⑶输出低电平时， OL I ≤4mA ， man OL V , =0.4V ⑷输出级充放电时间r t = f t ， pd t ＜25ns ； ⑸工作电源5V ，常温工作，工作频率work f =30MHZ ，总功耗 max P =15mW 。 2.2课程设计的内容 1. 功能分析及逻辑设计； 2. 电路设计及器件参数计算； 3. 估算功耗与延时； 4. 电路模拟与仿真； 5. 版图设计； 6. 版图检查：DRC 与LVS ； 7. 后仿真(选做)； 8. 版图数据提交。 2.3课程设计的要求与数据 1. 独立完成设计74HC138芯片的全过程； 2. 设计时使用的工艺及设计规则： MOSIS:mhp_ns5； 3. 根据所用的工艺，选取合理的模型库； 4. 选用以lambda(λ)为单位的设计规则； 3. 设计的方法与计算分析 3.1 74HC138芯片简介
集成电路课程设计
集成电路课程设计报告 课题：二输入或非门电路与版图设计 专业 电子科学与技术 学生姓名 严 佳 班 级 B 电科121 学号 1210705128 指导教师 高 直 起止日期 2015.11.16-2015.11.29
摘要 集成电路是一种微型电子器件或部件。它是采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管等有源器件和电阻、电容等无源器件及布线互连在一起，制作在一小块半导体晶片上，封装在一个管壳内，执行特定电路或系统功能的微型结构。在整个集成电路设计过程中，版图设计是其中重要的一环。它是把每个原件的电路表示转换成集合表示，同时，元件间连接的线也被转换成几何连线图形。对于复杂的版图设计，一般把版图设计划分成若干个子版图进行设计，对每个子版图进行合理的规划和布图，子版图之间进行优化连线、合理布局，使其大小和功能都符合要求。 越来越多的电子电路都在使用MOS管，特别是在音响领域更是如此。MOS 管与普通晶体管相比具有输入阻抗高、噪声系数小、热稳定性好、动态范围大等优点，且它是一种压控器件，有与电子管相似的传输特性，因而在集成电路中也得到了广泛的应用。 关键词：CMOS门电路或非门集成电路
绪论 目前，集成电路经历了小规模集成、中规模集成、大规模集成和超大规模集成。单个芯片上已经可以制作包含臣大数量晶体管的、完整的数字系统。在整个集成电路设计过程中，版图设计是其中重要的一环。它是把每个原件的电路表示转换成集合表示，同时，元件间连接的线也被转换成几何连线图形。对于复杂的版图设计，一般把版图设计划分成若干个子版图进行设计，对每个子版图进行合理的规划和布图，子版图之间进行优化连线、合理布局，使其大小和功能都符合要求。版图设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。在版图设计过程中，要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。 1.设计要求 （1）学习Multisim软件和L-Edit软件 （2）设计一个基于CMOS的二输入或非门电路。 （3）利用Multisim和L-Edit软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 2.设计目的 （1）熟悉Multisim软件的使用。 （2）L-Edit软件的使用。 （3）培养自己综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练，加深对集成电路版图设计的了解。 3.设计原理 能够实现B =“或非”逻辑关系的电路均称为“或非门”。二输入或 A L+ 非门有两个输入端A和B以及一个输出端L，只有当A端和B端同时为高电平时输出才为低电平，否则输出都为高电平。在一个或门的输出端连接一个非门就构成了“或非门”，如图1.1所示，逻辑符号如图1.2所示，真值表如图1.3所示。
设计示例432位先行进位加法器的设计
设计示例4：32位先行进位加法器的设计 1、功能概述： 先行进位加法器是对普通的全加器进行改良而设计成的并行加法器，主要是针对普通全加器串联时互相进位产生的延迟进行了改良。超前进位加法器是通过增加了一个不是十分复杂的逻辑电路来做到这点的。 设二进制加法器第i位为A i，B i，输出为S i，进位输入为C i，进位输出为C i+1，则有：S i=A i⊕B i⊕C i （1-1） C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i（1-2） 令G i = A i * B i , P i = A i+B i，则C i+1= G i+ P i *C i 当A i和B i都为1时，G i = 1，产生进位C i+1 = 1 当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+1= C i 因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i是多少；当G i=0而P i=1时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。 下面推导4位超前进位加法器。设4位加数和被加数为A和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i·B i ,进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci，有： C0 = C in C1=G0 + P0·C0 C2=G1 + P1·C1 = G1 + P1·G0 + P1·P0?C0 C3=G2 + P2·C2 = G2 + P2·G1 + P2·P1·G0 + P2·P1·P0·C0 C4=G3 + P3·C3 = G3 + P3·G2 + P3·P2·G1 + P3·P2·P1·G0 + P3·P2·P1·P0·C0 （1-3） C out=C4 由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi和Cin有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，因此减小了进位产生的延迟。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。实现上述逻辑表达式（1-3）的电路称为超前进位部件（Carry Lookahead Unit），也称为CLA 部件。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。 从公式（1-3）可知，更多位数的CLA部件只会增加逻辑门的输入端个数，而不会增加门的级数，因此，如果采用超前进位方式实现更多位的加法器，从理论上讲，门延迟不变。但是由于CLA部件中连线数量和输入端个数的增多，使得电路中需要具有大驱动信号和大扇入门，这会大大增加门的延迟，起不到提高电路性能的作用。因此更多位数的加