CMOS反相器版圖設(shè)計(jì)與仿真報(bào)告

PAGEPAGE2專業(yè)集成電路基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告CMOS反相器版圖設(shè)計(jì)與仿真報(bào)告在此次實(shí)例設(shè)計(jì)中采用TannerPro軟件中的L-Edit組件設(shè)計(jì)CMOS反相器的版圖，進(jìn)而掌握L-Edit的基本功能和使用方法。 操作流程如下：進(jìn)入L-Edit—>建立新文件—>環(huán)境設(shè)定—>編輯組件—>繪制多種圖層形狀—>設(shè)計(jì)規(guī)則檢查—>修改對(duì)象—>設(shè)計(jì)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(chǔ)在一定的文件夾下：在自己的計(jì)算機(jī)上一定的位置處打開L-Edit程序，此時(shí)L-Edit自動(dòng)將工作文件命名為Layout1.sdb并顯示在窗口的標(biāo)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(shè)定：選擇File->ReplaceSetup命令，在彈出的對(duì)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(shí)可將lights.tdb文件的設(shè)定選擇性的應(yīng)用到目前編輯的文件中。如圖二所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3二取代設(shè)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(gè)文件中可以包含多個(gè)組件，而每一個(gè)組件則表示一種說明或者一種電路版圖。每次打開一個(gè)新文件時(shí)便自動(dòng)打開一個(gè)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(duì)話框中的Renamecellas文本框中輸入符合實(shí)際電路的名稱，如本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)定：繪制布局圖必須要有確實(shí)的大小，因此要繪圖前先要確認(rèn)或設(shè)定坐標(biāo)與實(shí)際長度的關(guān)系。選擇Setup->Design命令，打開SetDesign對(duì)話框，在Technology選項(xiàng)卡中出現(xiàn)使用技術(shù)的名稱、單位與設(shè)定。本設(shè)計(jì)中的技術(shù)單位是Lambda。而Lambda單位與內(nèi)部單位InternalUnit的關(guān)系可在TechnologySetup選項(xiàng)組中設(shè)定。此次設(shè)計(jì)設(shè)定1個(gè)Lambda為1000個(gè)InternalUnit，也設(shè)定1個(gè)Lambda等于1個(gè)Micron。如圖四所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3四技術(shù)設(shè)定 接著選擇Grid選項(xiàng)卡，其中包括使用格點(diǎn)顯示設(shè)定、鼠標(biāo)停格設(shè)定與坐標(biāo)單位設(shè)定。此次設(shè)計(jì)設(shè)定1個(gè)顯示的格點(diǎn)等于1個(gè)坐標(biāo)單元，設(shè)定當(dāng)格點(diǎn)距離小于8個(gè)像素時(shí)不顯示；設(shè)定鼠標(biāo)光標(biāo)顯示為Smooth類型，設(shè)定鼠標(biāo)鎖定的格點(diǎn)為0.5個(gè)坐標(biāo)單位；設(shè)定1個(gè)坐標(biāo)單位為1000個(gè)內(nèi)部單位。如圖五所示。圖SEQ圖\*CHINESENUM3五格點(diǎn)設(shè)定 設(shè)定結(jié)果為1個(gè)格點(diǎn)距離等于1個(gè)坐標(biāo)單位，也等于1個(gè)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(gè)格點(diǎn)、高為15個(gè)格點(diǎn)，PSelect層寬為18個(gè)格點(diǎn)、高為10個(gè)格點(diǎn)，Active層寬為14個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，Ploy層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為20個(gè)格點(diǎn)，Mental1層寬為4個(gè)格點(diǎn)、高為4個(gè)格點(diǎn)，Activecontact層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為2個(gè)格點(diǎn)。在設(shè)計(jì)各個(gè)圖層時(shí)，一定要配合設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），參照設(shè)計(jì)規(guī)則反復(fù)修改對(duì)象。這樣才可以高效的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(gè)格點(diǎn)、高為9個(gè)格點(diǎn)，Active層寬為14個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，Ploy層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為9個(gè)格點(diǎn)，Mental1層寬為4個(gè)格點(diǎn)、高為4個(gè)格點(diǎn)，Activecontact層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為2個(gè)格點(diǎn)。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(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)組件。其中，NWell層寬為15個(gè)格點(diǎn)、高為15個(gè)格點(diǎn)，NSelect層寬為9個(gè)格點(diǎn)、高為9個(gè)格點(diǎn)，Active層寬為5個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，Mental1層寬為4個(gè)格點(diǎn)、高為4個(gè)格點(diǎn)，Activecontact層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為2個(gè)格點(diǎn)。PMOS基板節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)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(diǎn)組件Basecontactn：按照PSelect層、Active層、Mental1層、Activecontact層的流程編輯NMOS基板接觸點(diǎn)組件。其中，PSelect層寬為9個(gè)格點(diǎn)、高為9個(gè)格點(diǎn)，Active層寬為5個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，Mental1層寬為4個(gè)格點(diǎn)、高為4個(gè)格點(diǎn)，Activecontact層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為2個(gè)格點(diǎn)。NMOS基板接觸點(diǎn)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(diǎn) 利用L-Edit觀察截面的功能來觀察該布局圖設(shè)計(jì)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(diǎn)制作流程10）引用Basecontactn、Basecontactp、nmos、pmos組件：選擇Cell->Instance命令，在彈出的對(duì)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(jìn)行檢查，結(jié)果如圖十五所示。由圖可知，不違背設(shè)計(jì)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(cuò)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(gè)寬為39個(gè)格點(diǎn)，高為3個(gè)格點(diǎn)的電源圖樣。如圖十七所示，經(jīng)DRC檢查無錯(cuò)誤。圖SEQ圖\*CHINESENUM3十七繪制電源線13）標(biāo)注Vdd和GND節(jié)點(diǎn)，連接電源與接觸點(diǎn)：為了便于電源的區(qū)分與表示，可以采用標(biāo)注節(jié)點(diǎn)的方法將上下兩個(gè)電源區(qū)別開來，即在命令工具條中單擊插入節(jié)點(diǎn)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(duì)話框的Portname文本框中輸入節(jié)點(diǎn)名稱。為了使電源加載到反相器上，必須將電源和接觸點(diǎn)連接。此時(shí)可使用Mental1層金屬，即分別將PMOS的左接觸點(diǎn)與Basecontactp組件的接觸點(diǎn)用Mental1層和Vdd電源相接，及將NMOS的左接觸點(diǎn)與Basecontactn組件接觸點(diǎn)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(biāo)注節(jié)點(diǎn)，連線14）加入輸入節(jié)點(diǎn)：由于反相器有一個(gè)輸入端口，輸入信號(hào)是從閘極輸入，又由于此次設(shè)計(jì)的規(guī)則要求，輸入信號(hào)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(hào)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(gè)圖層。其中，Poly層寬為5個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，Mental1層寬為9.5個(gè)格點(diǎn)、高為4個(gè)格點(diǎn)，Mental1層寬為5個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，Mental2層寬為5個(gè)格點(diǎn)、高為5個(gè)格點(diǎn)，PolyContact層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為2個(gè)格點(diǎn)，Via層寬為2個(gè)格點(diǎn)、高為2個(gè)格點(diǎn)。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(duì)話框的GroupCellname中輸入名字如“portA”，即可與當(dāng)前文件中新增加一個(gè)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(gè)輸出端口，輸出信號(hào)從汲極輸出，由于設(shè)計(jì)規(guī)則的限制，輸出信號(hào)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(hào)輸出，即按照Mental1層、Mental2層和Via層的順序繪制個(gè)個(gè)圖層，其中Mental1層、Mental2層寬高均為4個(gè)格點(diǎn)和Via層寬高均為2個(gè)格點(diǎn)。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(shè)計(jì)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(duì)話框中的Renamecellas文本框的輸入“inv”即可。同時(shí)可使用菜單欄中Tools->Extract選項(xiàng)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(jìn)行版圖設(shè)計(jì)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(shè)定->輸入信號(hào)A設(shè)定->分析設(shè)定->輸出設(shè)定->進(jìn)行模擬。設(shè)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