D触发器的设计.docx

目录

第一章绪论0

简介0

集成电路0

版图设计1

软件介绍1

标准单元版图设计1

标准单元版图设计的概念1

标准单元版图设计的历史1

标准单元的版图设计的优点2

标准单元的版图设计的特点2

第二章 D 触发器的介绍2

简介2

维持阻塞式边沿 D 触发器3

电路工作过程3

状态转换图和时序图3

同步 D 触发器3

电路结构3

逻辑功能4

真单相时钟（ TSPC）动态 D 触发器4

第三章工艺基于 TSPC原理的 D 触发器设计5

电路图的设计5

创建库与视图5

基于 TSPC原理的 D 触发器电路原理图5

创建 D 触发器版图6

设计步骤6

器件规格7

设计规则的验证及结果8

第四章课程设计总结9

参考文献 9

第一章绪论

简介

集成电路

集成电路（ Integrated Circuit,简称 IC）是 20 世纪 60 年代初期发展起来的一种新型

半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集

成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采

用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件

及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个

整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

版图设计

版图 (Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何

图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，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。版图在设计的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。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能， Cadence 的 Virtuoso 的版图设计软件帮助设计者在图形方式下绘制版图。

对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行：

（1）划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。

（2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。

（3）布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。

（4）压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。

软件介绍

目前大部分 IC 公司采用的是 UNIX 系统，使用版本是 SunSolaris。版图设计软件

通常为 Cadence ，它是一个大型的 EDA 软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC 设计、FPGA设计和PCB 设计。软件操作界面人性化，使用方便，安全可靠，但价格较昂贵。

标准单元版图设计

标准单元版图设计的概念

标准单元 ,也叫宏单元。它先将电路设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元的版

图 , 按照最佳设计的一定的外形尺寸要求 , 精心绘制好并存入单元库中。实际设计ASIC 电路时 , 只需从单元库中调出所要的元件版图 , 再按照一定的拼接规则拼接 ,

留出规则而宽度可调的布线通道 , 即可顺利地完成整个版图的设计工作了。

基本逻辑单元的逻辑功能不同 , 其版图面积也不可能是一样大小的。但这些单元版图的设计必须满足一个约束条件 , 这就是在某一个方向上它们的尺寸必须是完全一致的 , 比如说它们可以宽窄不一 , 但它们的高度却必须是完全相等的 , 这就是所谓的“等高不等宽” 原则。这一原则是标准单元设计法得以实施的根本保证。

标准单元版图设计的历史

随着集成电路产业迅猛的发展 ,工艺水平不断提高 ,集成电路特征尺寸循着摩尔定律

不断缩小。设计芯片时需要考虑的因素越来越多 ,芯片设计的复杂程度也越来越高。

因而尽可能复用一些已经通过工艺验证的 IP 核可以提高设计的效率 ,降低芯片设计

的成本。

标准单元库是 IP 核中很基础也是很重要的一个组成部分。传统的标准单元库设计

方案有一套很复杂的设计流程 ,不但耗时耗力 ,而且投入巨大 ,同时也会在一定程度

上制约新工艺的推广。一种解决办法就是将工艺升级的相关参数通过一定的算法

转换成比例因子 ,用该比例因子对旧工艺条件下设计成熟的标准单元库进行

缩放 ,使工艺升级的效果体现到原来的 IP 核中 ,令其可以复用到新的工艺上 ,这样不但可以大幅度的提高设计效率还可以促进新工艺的推广。

标准单元的版图设计的优点

基于标准单元的设计风格是最流行的全定制设计风格中的一种，这种设计要求开发一套全定制掩膜。在这种设计中，我们把所有常用的逻辑单元都开发出来，明确其特性，并存储在一个标准单元库中。一个典型的存储库可能包含诸如反相器，与非门，或门，与或非门，或与非门， D 闩锁和 D 触发器等几百种单元。每种们都可以通过多种方式来实现，以便于为不同扇出提供足够的驱动能力。例如，反相器可以有标准尺寸，双倍尺寸和四倍尺寸，可供芯片开发者选择合适的尺寸来实现较高的电路速度和版图密度。

标准单元的版图设计的特点

需要全套掩膜版，属于定制设计方法；

（1）门阵列方法：合适的母片，固定的单元数、压焊块数和通道间距；

（2）标准单元方法：可变的单元数、压焊块数、通道间距，布局布线的自由

度增大；

（3）较高的芯片利用率和连线布通率；

（4）依赖于标准单元库， SC 库建立需较长的周期和较高的成本，尤其工艺更

新时。

第二章 D 触发器的介绍

简介

锁存器是一种基本的记忆器件，它能够储存一位元的数据。由于它是一种时序性的电路，所存器是一种基本的记忆器件，它能够储存一位元的数据。由于它是一种时序性的电路，所以触发器不同于锁存器，它是一种时钟控制的记忆器件，触发器具有一个控制输入讯号 (CLOCK)。CLOCK讯号使触发器只在特定时刻才按输入讯号改变输出状态。若触发器只在时钟 CLOCK由 L 到 H (H 到 L) 的转换时刻才接收输入，则称这种触发器是上升沿 (下降沿 ) 触发的。

D 触发器可用来储存一位的数据。通过将若干个触发器连接在一起可储存多位元

的数据，它们可用来表示时序器的状态、计数器的值、电脑记忆体中的ASCII码