CMOS反相器版圖設計與仿真報告

PAGEPAGE2專業(yè)集成電路基礎課程設計報告CMOS反相器版圖設計與仿真報告在此次實例設計中采用TannerPro軟件中的L-Edit組件設計CMOS反相器的版圖，進而掌握L-Edit的基本功能和使用方法。 操作流程如下：進入L-Edit—>建立新文件—>環(huán)境設定—>編輯組件—>繪制多種圖層形狀—>設計規(guī)則檢查—>修改對象—>設計規(guī)則檢查—>電路轉(zhuǎn)化—>電路仿真。一、繪制反相器版圖1）打開L-Edit程序，并將新文件另存以合適的文件名存儲在一定的文件夾下：在自己的計算機上一定的位置處打開L-Edit程序，此時L-Edit自動將工作文件命名為Layout1.sdb并顯示在窗口的標題欄上。而在本例中則在L-Edit文件夾中新建立“反相器版圖”文件夾，并將新文件以文件名“Ex11”存與此文件夾中。如圖一圖SEQ圖\*CHINESENUM3一打開L-Edit，并另存文件為Ex112）取代設定：選擇File->ReplaceSetup命令，在彈出的對話框中單擊瀏覽按鈕，按照路徑..\Samples\SPR\example1\lights.tdb找到“l(fā)ights.tdb”文件，單擊OK即可。此時可將lights.tdb文件的設定選擇性的應用到目前編輯的文件中。如圖二所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3二取代設定3）編輯組件：L-Edit編輯方式是以組件（Cell）為單位而不是以文件為單位，一個文件中可以包含多個組件，而每一個組件則表示一種說明或者一種電路版圖。每次打開一個新文件時便自動打開一個組件并命名為“Cell0”；也可以重命名組件名。方法是選擇Cell->Rename命令，在彈出的對話框中的Renamecellas文本框中輸入符合實際電路的名稱，如本設計中采用組件名“inv”即可,之后單擊OK按鈕。圖SEQ圖\*CHINESENUM3三重命名組件為inv4）設計環(huán)境設定：繪制布局圖必須要有確實的大小，因此要繪圖前先要確認或設定坐標與實際長度的關系。選擇Setup->Design命令，打開SetDesign對話框，在Technology選項卡中出現(xiàn)使用技術的名稱、單位與設定。本設計中的技術單位是Lambda。而Lambda單位與內(nèi)部單位InternalUnit的關系可在TechnologySetup選項組中設定。此次設計設定1個Lambda為1000個InternalUnit，也設定1個Lambda等于1個Micron。如圖四所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3四技術設定 接著選擇Grid選項卡，其中包括使用格點顯示設定、鼠標停格設定與坐標單位設定。此次設計設定1個顯示的格點等于1個坐標單元，設定當格點距離小于8個像素時不顯示；設定鼠標光標顯示為Smooth類型，設定鼠標鎖定的格點為0.5個坐標單位；設定1個坐標單位為1000個內(nèi)部單位。如圖五所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3五格點設定 設定結(jié)果為1個格點距離等于1個坐標單位，也等于1個Micron。5）編輯PMOS組件：按照NWell層、PSelect層、Active層、Ploy層、Mental1層、Activecontact層的流程編輯PMOS組件。其中，NWell層寬為24個格點、高為15個格點，PSelect層寬為18個格點、高為10個格點，Active層寬為14個格點、高為5個格點，Ploy層寬為2個格點、高為20個格點，Mental1層寬為4個格點、高為4個格點，Activecontact層寬為2個格點、高為2個格點。在設計各個圖層時，一定要配合設計規(guī)則檢查（DRC），參照設計規(guī)則反復修改對象。這樣才可以高效的設計出符合規(guī)則的版圖。PMOS組件的編輯結(jié)果如圖六所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3六PMOS組件結(jié)果圖利用L-Edit觀察截面的功能來觀察該布局圖設計出的組件的制作流程與結(jié)果。單擊命令行上的Cross-Selection按鈕打開GenerateCross-Section對話框，在Processdefinitionfile文本框中輸入..\Samples\SPR\example1\lights.xst文件；之后單擊Pick按鈕，在編輯畫面選則要觀察的位置，再單擊OK即可。如圖七所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3七觀看各圖層的生長順序6）新建NMOS組件：選擇Cell->New命令．打開CreateNewCell對話框,在其中的Cellname文本框中輸入組件名“noms”，單擊確定按鈕即可。如圖八所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3八新建nmos組件7）編輯NMOS組件：按照NSelect層、Active層、Ploy層、Mental1層、Activecontact層的流程編輯NMOS組件。其中，NSelect層寬為18個格點、高為9個格點，Active層寬為14個格點、高為5個格點，Ploy層寬為2個格點、高為9個格點，Mental1層寬為4個格點、高為4個格點，Activecontact層寬為2個格點、高為2個格點。NMOS組件的編輯結(jié)果如圖九所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3九nmos組件版圖 同樣，利用L-Edit觀察截面的功能來觀察該布局圖設計出的組件的制作流程與結(jié)果。結(jié)果如圖十所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十NMOS制作流程8）新增并編輯PMOS基板節(jié)點組件Basecontactp：按照NWell層、NSelect層、Active層、Mental1層、Activecontact層的流程編輯PMOS基板節(jié)點組件。其中，NWell層寬為15個格點、高為15個格點，NSelect層寬為9個格點、高為9個格點，Active層寬為5個格點、高為5個格點，Mental1層寬為4個格點、高為4個格點，Activecontact層寬為2個格點、高為2個格點。PMOS基板節(jié)點組件的編輯結(jié)果如圖十一所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十一PMOS基板組件 利用L-Edit觀察截面的功能來觀察該布局圖設計出的組件的制作流程與結(jié)果。結(jié)果如圖十二所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十二PMOS基板組件制作流程9）新增并編輯NMOS基板接觸點組件Basecontactn：按照PSelect層、Active層、Mental1層、Activecontact層的流程編輯NMOS基板接觸點組件。其中，PSelect層寬為9個格點、高為9個格點，Active層寬為5個格點、高為5個格點，Mental1層寬為4個格點、高為4個格點，Activecontact層寬為2個格點、高為2個格點。NMOS基板接觸點組件的編輯結(jié)果如圖十三所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十三NMOS基板接觸點 利用L-Edit觀察截面的功能來觀察該布局圖設計出的組件的制作流程與結(jié)果。結(jié)果如圖十四所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十四NMOS基板接觸點制作流程10）引用Basecontactn、Basecontactp、nmos、pmos組件：選擇Cell->Instance命令，在彈出的對話框中選擇Basecontactn組件，單擊OK按鈕即可。用相同的方法可引用Basecontactp組件，pmos組件和nmos組件。11）DRC檢查：引用后，將Basecontactn和Basecontactp組件分別放到nmos組件和pmos左邊。單擊命令行的DRC按鈕進行檢查，結(jié)果如圖十五所示。由圖可知，不違背設計規(guī)則。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十五DRC檢查11）連接閘極Ploy和汲極Mental1：由于反相器的pmos和nmos的閘極是連通的，故可以直接以Ploy圖層將pmos與nmos的Ploy相連接；而且它們的汲極也是連通的，故可以用Mental1相連接。如圖十六所示。經(jīng)DRC檢查無錯誤。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十六連接閘極和汲極12）繪制電源線：由于反相器需要有Vdd和GND電源，所以需要繪制以Mental1來表示的電源線，即利用Mental1在pmos上方與nmos下方各繪制一個寬為39個格點，高為3個格點的電源圖樣。如圖十七所示，經(jīng)DRC檢查無錯誤。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十七繪制電源線13）標注Vdd和GND節(jié)點，連接電源與接觸點：為了便于電源的區(qū)分與表示，可以采用標注節(jié)點的方法將上下兩個電源區(qū)別開來，即在命令工具條中單擊插入節(jié)點按鈕，再回到編輯窗口在電源部分拖曳選中，之后在彈出的對話框的Portname文本框中輸入節(jié)點名稱。為了使電源加載到反相器上，必須將電源和接觸點連接。此時可使用Mental1層金屬，即分別將PMOS的左接觸點與Basecontactp組件的接觸點用Mental1層和Vdd電源相接，及將NMOS的左接觸點與Basecontactn組件接觸點用Mental1層和GND電源相接。結(jié)果如圖十八所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十八標注節(jié)點，連線14）加入輸入節(jié)點：由于反相器有一個輸入端口，輸入信號是從閘極輸入，又由于此次設計的規(guī)則要求，輸入信號必須由Mental2傳入，故反相器輸入端口需要繪制mental2層、Via層、Mental1層、PloyContact層和Poly層，才能將信號從Mental2層傳至Poly層。即在編輯窗口的空白處按照Poly層、Mental1層、Mental2層、PolyContact層、Via層的順序繪制各個圖層。其中，Poly層寬為5個格點、高為5個格點，Mental1層寬為9.5個格點、高為4個格點，Mental1層寬為5個格點、高為5個格點，Mental2層寬為5個格點、高為5個格點，PolyContact層寬為2個格點、高為2個格點，Via層寬為2個格點、高為2個格點。配合DRC檢查無誤后，可將此輸入端口群組起來，即選中輸入端口部分，再選擇Draw->Group命令，在彈出的對話框的GroupCellname中輸入名字如“portA”，即可與當前文件中新增加一個portA組件。組件portA的版圖如圖十九所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十九輸入端口版圖15）加入輸出端口：反相器有一個輸出端口，輸出信號從汲極輸出，由于設計規(guī)則的限制，輸出信號必須由Mental2輸出，故輸出端口要繪制Mental1層、Mental2層和Via層才能將信號輸出，即按照Mental1層、Mental2層和Via層的順序繪制個個圖層，其中Mental1層、Mental2層寬高均為4個格點和Via層寬高均為2個格點。同樣的方法將輸出端口群組為端口OUT。結(jié)果如圖二十所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3二十輸出端口版圖加入輸入輸出端口后的最終的反相器版圖及輸入輸出端口處的圖層如圖二十一所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3二十一最后版圖設計展示16）更改組件名稱，并轉(zhuǎn)化為Spice文件：將反相器版圖改名為inv，即選擇Cell->RenameCell命令，在彈出的對話框中的Renamecellas文本框的輸入“inv”即可。同時可使用菜單欄中Tools->Extract選項可將版圖轉(zhuǎn)化為Spice文件。如圖二十二所示。圖圖SEQ圖\*CHINESENUM3二十二更改組件名稱，轉(zhuǎn)化文件二、使用T-Spice進行版圖設計仿真1）打開T-Spice程序，打開反相器版圖的Spice文件“inv.spc”并按照如下流程在Spice文件中插入命令：加載包含文件->Vdd電源電壓值設定->輸入信號A設定->分析設定->輸出設定->進行模擬。設定后在文件中加入如下命令行：.include"D:\Tanner\tanner\TSpice70\models\ml2_125.md"，vvddVddGND5，vaAGNDPULSE(0550n5n5n50n100n)，.tran/op1n400nmethod=bdf，.printtranv(A)v(OU