超大規(guī)模集成電路課程設(shè)計(jì)2_4譯碼器

1、.專業(yè)整理 .集成電路專項(xiàng)實(shí)踐任務(wù)書學(xué)生：專業(yè)班級(jí)：電子指導(dǎo)教師：金根工作單位：信息工程學(xué)院題目: 2-4譯碼器設(shè)計(jì)初始條件：計(jì)算機(jī)、 ORCAD軟件、 L-EDIT 軟件要求完成的主要任務(wù): （包括集成電路專項(xiàng)實(shí)踐工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、集成電路專項(xiàng)實(shí)踐工作量：1 周2、技術(shù)要求：（1）學(xué)習(xí) ORCAD軟件和 L-EDIT 軟件。（2）設(shè)計(jì)一個(gè) 2-4 譯碼器電路。（3）利用 ORCAD軟件和 L-EDIT 軟件對(duì)該電路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)、模擬和仿真工作。3、查閱至少 5 篇參考文獻(xiàn)。按理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文

2、用 A4 紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)。時(shí)間安排：2015.6.19 布置集成電路專項(xiàng)實(shí)踐 任務(wù)、選題；講解 集成電路專項(xiàng)實(shí)踐 具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求； 集成電路專項(xiàng)實(shí)踐 答疑事項(xiàng)。2015.6.19-6.20學(xué)習(xí) ORCAD軟件和 L-EDIT 軟件，查閱相關(guān)資料，復(fù)習(xí)所設(shè)計(jì)容的基本理論知識(shí)。2015.6.21-6.25對(duì) 2-4 譯碼器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真工作， 完成集成電路專項(xiàng)實(shí)踐 報(bào)告的撰寫。2015.6.30提交集成電路專項(xiàng)實(shí)踐 報(bào)告，進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .摘要譯碼器是組合邏輯電路中的重要器件，實(shí)現(xiàn)編碼的逆過程。

3、分為顯示譯碼和變量譯碼兩類。其中變量譯碼輸入較少，而輸出較多，一般分為2n譯碼和 8421BCD譯碼， 2-4 譯碼器屬于前一種，有兩個(gè)輸入，四個(gè)輸出。本文記敘了 2-4 譯碼器原理圖的輸入和仿真以及版圖的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：集成電路，譯碼器，CMOS.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .目錄摘要 . .21軟件說明 . .42電路設(shè)計(jì)過程 . .52.1 2-4譯碼器電路設(shè)計(jì) .52.2 2-4譯碼器仿真及分析 .63版圖設(shè)計(jì) . .73.1與非門版圖設(shè)計(jì) .73.2反相器版圖設(shè)計(jì) . .93.3整體版圖設(shè)計(jì) . .114總結(jié)與體會(huì) . .125參考文獻(xiàn) . .13.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .1 軟件說明本次課

4、程設(shè)計(jì)主要使用了ORCAD軟件，進(jìn)行原理圖的輸入和仿真，版圖設(shè)計(jì)則運(yùn)用了L-EDIT 軟件。ORCAD是一個(gè)混合名詞，反映了軟件的發(fā)源地：俄勒岡（Oregon）+計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）。它一套在個(gè)人電腦的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化套裝軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)繪制電路原理圖以及制作PCB和可編程邏輯設(shè)計(jì)提供連續(xù)性的仿真信息，是當(dāng)今世界最流行的原理圖輸入軟件之一。專門用來讓電子工程師設(shè)計(jì)電路圖及相關(guān)圖表，設(shè)計(jì)印刷電路板所用的印刷圖，以及電路的模擬之用。L-EDIT 軟件是 Tanner EDA 軟件公司出品的一個(gè)IC 設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的高性能軟件系統(tǒng)模塊，具有高效率、交互式等特點(diǎn)，強(qiáng)大而且完善的功能包括從 IC 設(shè)計(jì)到輸

5、出，以及最后的加工服務(wù)。本次課設(shè)運(yùn)用它完成了相應(yīng)的版圖設(shè)計(jì)任務(wù)。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2 電路設(shè)計(jì)過程2.1 2-4譯碼器電路設(shè)計(jì)變量譯碼器是一個(gè)將n 個(gè)輸入變?yōu)?2 的 n 次方個(gè)輸出的組合邏輯電路，2-4 譯碼器有兩個(gè)輸入， 4 個(gè)輸出，由反相器和與非門構(gòu)成，AB輸入取不同組合時(shí)，每個(gè)輸出為零的情況僅有一次，即為最小項(xiàng)輸出。其原理圖如下圖 1，A1為 1 時(shí)， A2為 0，B1為 1 時(shí)， B2 為 0，B2A2輸入分別為 00、01、10、11 時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出最小項(xiàng)Y0、Y1、Y2。在用 ORCAD進(jìn)行原理圖輸入時(shí)，輸入A1 的周期設(shè)置為 1s，輸入 B1 的周期設(shè)置為 2s。在原理圖

6、輸入環(huán)節(jié)中，曾發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，一開始對(duì)于輸入端分別設(shè)置為 A、A、 B、B，結(jié)果第一次仿真生成網(wǎng)表時(shí)，顯示“a badname on U1A”, 后來對(duì)原理圖進(jìn)行修改，生成網(wǎng)表成功。修改后的原理圖如下圖 1 所示，數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)源直接接 A2 和 B2，同時(shí)經(jīng)過反相器接 A1 和 B1，從而實(shí)現(xiàn) B2A2四種組合 00、01、10、11 的輸入，四個(gè)與非門組成 Y0Y1Y2Y3四個(gè)輸出， 2-4 譯碼器電路基本設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)完成。接下來是原理圖的仿真分析，若瞬態(tài)分析圖與真值表相對(duì)應(yīng)，則電路能實(shí)現(xiàn)其基本邏輯功能，設(shè)計(jì)成功。2-4譯碼器真值表如表1 所示。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 1 2-4譯碼器原理

7、圖2-4 譯碼器真值表：表 12-4譯碼器真值表輸入輸出B2A2Y3Y2Y1Y00011100111011010111101112.2 2-4譯碼器仿真及分析.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .下圖為譯碼器的瞬態(tài)分析圖：圖 2 2-4譯碼器瞬態(tài)仿真圖由圖 2 可知， B2A2輸入為 00 時(shí)，輸只有 Y0 輸出為低電平； B2A2輸入為 01 時(shí)，只有 Y1 輸出為低電平； B2A2輸入為 10 時(shí)，只有 Y2 輸出為低電平； B2A2輸入為 11 時(shí)，只有 Y3 輸出為低電平 , 與真值表一致，設(shè)計(jì)成功。由瞬態(tài)仿真圖可知， 電路沒有明顯時(shí)延現(xiàn)象， 原理圖中設(shè)置器件參數(shù)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)源的 delay

8、設(shè)置為 0，因此輸入無時(shí)延為正?，F(xiàn)象。 輸出沒有明顯時(shí)延，可能是因?yàn)樵撾娐肪哂辛己玫膶?duì)稱性，器件造成的時(shí)延較小，無法從仿真圖上明顯展示出來。3 版圖設(shè)計(jì)3.1與非門版圖設(shè)計(jì).學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 3 為與非門原理圖，分別由兩個(gè)PMOS和兩個(gè) NMOS組成，用 CMOS實(shí)現(xiàn)反相器電路， PMOS和 NMOS管進(jìn)行全互補(bǔ)連接方式，柵極相連作為輸入，電路上面是兩個(gè)PMOS并聯(lián)， PMOS的漏極與下面NMOS的漏極相連作為輸出，POMS管的源極和襯底相連接高電平，NMOS管的源極與襯底相連接低電平。在該電路圖中，前一級(jí)為在該電路圖中，前一級(jí)為一個(gè)正常的輸出電路，后一級(jí)為一個(gè)反相器，對(duì)前一級(jí)的輸出

9、取反。當(dāng)A,B 輸入低電平時(shí)，下面兩個(gè) NMOS截止，上面兩個(gè) PMOS導(dǎo)通，輸出為 1，經(jīng)反相器取反后，輸出為0；當(dāng) A,B 輸入為 0,1 時(shí)，與地相連的 NMOS導(dǎo)通，與 A 相連的 PMOS導(dǎo)通，此時(shí)輸出仍為 1，取反后輸出為 0；當(dāng) A,B 輸入為 1，0 時(shí)，與 A 相連的 NMOS 導(dǎo)通，與 B 相連的 PMOS導(dǎo)通，此時(shí)輸出為 1，取反后為 0；只有當(dāng) A,B 輸入均為 1,1 時(shí)，下面兩個(gè) NMOS同時(shí)導(dǎo)通，輸出為 0，經(jīng)反相器取反后，輸出為 1。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 3與非門原理圖圖 4與非門版圖版圖設(shè)計(jì)如下圖4 所示，用 L-Edit版圖繪制軟件對(duì)與門電路進(jìn)行版圖

10、繪制。首先要進(jìn)行一些參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置完成后點(diǎn)擊左側(cè)的工具欄可以對(duì)應(yīng)畫出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中主要是繪制有源區(qū)avtive,柵極 A,B，Nselect和 Pselect, 接觸孔 contact 以及 metal1 和輸出 Y, 電源 Vdd 和地 Gnd，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則，可以畫出版圖。版圖畫好后，點(diǎn)擊 DRC，檢查電路版圖是否正確，然后生成網(wǎng)表。3.2 反相器版圖設(shè)計(jì)CMOS具有功耗小、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸特性好和集成度高等特點(diǎn)。其工作原理簡(jiǎn)單， 當(dāng)輸入為高電平時(shí)， PMOS截止，相當(dāng)于一個(gè)無窮到的PMOS截止電阻， NMOS導(dǎo)通，相當(dāng)于一個(gè)有限的NMOS導(dǎo)通電阻，二者共同構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)分壓電路，

11、U0輸出為低電平；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，同理，PMOS導(dǎo)通，相當(dāng)于一個(gè)有限的PMOS導(dǎo)通電阻， NMOS截止，相當(dāng)于一個(gè)無窮大的截止電阻，兩者構(gòu)成分壓電路，此時(shí)輸出為高電平。由此輸出總是輸入反相的，實(shí)現(xiàn)倒相原理。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .反相器的原理圖和版圖如下所示。圖 5 反相器原理圖圖 6 反相器版圖版圖的繪制與上述與非門的版圖繪制小異，先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后利用工具欄繪制相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行DRC檢測(cè)并生成網(wǎng)表。其實(shí)也可以直接引用畫好的PMOS或 NMOS構(gòu)成 CMOS，這樣方便得多。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .3.3 整體版圖設(shè)計(jì)整體版圖設(shè)計(jì)如圖7 所示， DRC檢測(cè)如圖 8 所示。圖 7 2

12、-4譯碼器版圖.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖8DRC檢測(cè)如圖 7 所示，版圖設(shè)計(jì)使用的Lambda法則。紅色為信號(hào)線，上下兩根藍(lán)色分別為電源線和地線。在版圖設(shè)計(jì)中，遇到最多的問題就是線與線之間的距離太近，這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該修正距離重新畫。4 總結(jié)與體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，我掌握了ORCAD和 L-EDIT 軟件的用法，對(duì)于原理圖輸入及仿真更為熟悉，能畫出相應(yīng)的版圖。經(jīng)過一周的學(xué)習(xí)和調(diào)試，我對(duì)版圖工藝有了進(jìn)一步的了解。再借助典型器件特性的探討，tanner軟件模擬電路的原理圖繪制，熟悉了tanner 軟件在此方面的應(yīng)用，而且最重要的是增強(qiáng)了我對(duì)學(xué)習(xí)的信心。這一周的設(shè)計(jì)讓我明白，紙上得來終覺淺，覺知此事要

13、躬行的道理。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .設(shè)計(jì)過程中，我遇到一個(gè)難題，就是電路與版圖不匹配，版圖是經(jīng)過DRC驗(yàn)證無誤的，電路也是出了波形的，可是就是對(duì)不上。經(jīng)過仔細(xì)的檢查，我發(fā)現(xiàn)問題出在版圖上， DRC只是檢驗(yàn)尺寸的合理性， 它與電路圖沒有必然聯(lián)系，而且我的輸入輸出接反了，導(dǎo)致不過關(guān)，修改后，終于匹配了。我們?cè)跁旧纤鶎W(xué)得理論知識(shí)只是給實(shí)踐做指導(dǎo)，理論必須應(yīng)用于實(shí)踐。綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，使我更進(jìn)一步熟悉了專業(yè)知識(shí)，并深入掌握仿真方法和工具、同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。這次課設(shè)培養(yǎng)了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，獨(dú)立分析和解決工程技術(shù)問題的能力；培養(yǎng)了在理論計(jì)算、制圖、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)、查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)

14、與資料以及應(yīng)用工具等方面的能力，逐步樹立正確的設(shè)計(jì)思想。同時(shí)我要感謝我的指導(dǎo)老師老師以及熱心幫助我的同學(xué)們。在此過程中，我遇到過很多困難，比如，雖然原理圖十分簡(jiǎn)單，可是在輸入時(shí)我還是不小心犯下錯(cuò)誤導(dǎo)致不能仿真，可是我沒有放棄，從網(wǎng)表文件中找到錯(cuò)誤所在并修改，最終仿真成功。對(duì)于版圖設(shè)計(jì)，一開始十分生疏，后來通過不斷演練和請(qǐng)教同學(xué)，我成功畫好了版圖，很有成就感。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我的軟件使用能力得到了很大的提升，對(duì)于我這是最有意義的。5 參考文獻(xiàn)1 之廉等：超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)導(dǎo)論 （第 2 版），清華大學(xué)出.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .版；2Martin,K.：DigitalIntegrate

15、dCircuitDesign ，電子工業(yè)， 2002年出版；3 權(quán)海洋：超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 ，電子科技大學(xué)， 2012 年出版；4 飛虎 . 基于 OrCAD/Pspice9 的電路優(yōu)化設(shè)計(jì) . 裝備制造與技術(shù) , 2010,（5）5 鐘文耀 , 美珠 .CMOS電路模擬與設(shè)計(jì)基于 Hspice. 全華科技圖書股份有限公司印行 ,2011 ；6 高美蓉 . 基于 Pspice 的電路性能分析方法的研究與應(yīng)用. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2012，（9）7 高保嘉：MOS VLSI分析與設(shè)計(jì)，電子工業(yè)， 2011 年出版；.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名專業(yè)、班級(jí)朱慧性別女電子科學(xué)與技術(shù)1202 班課程設(shè)計(jì)題目：2-4 譯碼器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：1. 仿真圖為什么沒由延時(shí)？答：因?yàn)樵谠O(shè)置參數(shù)時(shí)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)源的 d