《基于Tanner的集成電路版圖設計技術》課件第六章 CMOS與非門的版圖設計實例

功能定義6.1利用S-Edit進行電路圖設計6.2目錄利用L-Edit進行版圖設計6.3利用T-Spice進行仿真驗證6.4LVS驗證6.56.1功能定義6.1功能定義當所有給定條件中至少有一個條件不滿足時，結果才能出現，這種邏輯關系就是“與非”的邏輯關系，實現“與非”的邏輯關系的門電路就叫做與非門（NANDGate）。設計目標：（1）使用Tanner軟件中的S-Edit對電路原理圖進行繪制；（2）使用Tanner軟件中的L-Edit進行版圖繪制，并進行DRC驗證；（3）使用Tanner軟件中的T-Spice對電路進行仿真并分析波形；（4）完成課程設計報告。6.2利用S-Edit進行電路圖設計6.2利用S-Edit進行電路圖設計

CMOS兩輸入的與非門的邏輯表達式為，其真值表如表6.1所示。輸入輸出ABF001011101110表6.1兩輸入與非門的真值表6.2利用S-Edit進行電路圖設計通過真值表可以發現，當兩個輸入同時為“1”的時候，輸出為“0”，這可以通過將兩個NMOS晶體管串聯來實現；當有一個輸入為“0”的時候，輸出為“1”，這可以通過將兩個PMOS晶體管并聯來實現。利用S-Edit進行電路設計的具體步驟如下：（1）啟動S-Edit編輯器，雙擊圖標即可。（2）新建設計

選擇File→New→NewDesign命令，出現CreateNewDesign對話框，如圖6.1所示。在Filename中輸入名字“NAND”點擊OK即可。（3）顏色設置可以根據個人的喜好，來進行顏色設置，只要能區分開就可以。具體的顏色設置。（4）設置網格6.2利用S-Edit進行電路圖設計（5）從元件庫中調用元件器通過View→SchematicMode命令，確定工作區顯示在電路圖模式，然后通過Module→SymbolBrowser命令來實現可用元器件的瀏覽和放置，也可以通過點擊“”快捷鍵，出現符號瀏覽對話框如圖所示。選擇需要的Modules，點擊Place即可。設置CMOS與非門的電路圖，需要的元器件有MOSFET_N（NMOS晶體管），MOSFET_P（PMOS晶體管），Vdd（電源），Gnd（接地），分別進行Place（放置）即可。SymbolBrowser對話框6.2利用S-Edit進行電路圖設計（6）元器件布局調用完元器件以后，選擇需要移動的元器件，通過選中該器件，按Alt+鼠標左鍵或者中鍵可以進行移動，放到對應的位置即可。CMOS與非門電路圖的布局如圖6.5所示。圖6.2元器件布局圖6.2利用S-Edit進行電路圖設計（7）添加端口通過點擊“”按鈕，添加輸入端口，出現對話框，輸入“A”點擊OK即可。同理，再輸入“B”點擊OK即可。通過點擊“”按鈕，添加輸出端口，出現對話框，輸入“F”點擊OK即可。CMOS與非門添加端口的電路圖如圖6.3所示。圖6.3添加端口的電路圖

6.2利用S-Edit進行電路圖設計（8）連線添加端口完成以后，通過點擊“”按鈕將各個端點進行連接，需要注意的是，如果兩條導線連接在一起，只有出現實心的圓圈才表示連接是正確的。CMOS與非門電路圖如圖6.4所示，點擊保存即可。圖6.4CMOS與非門電路圖6.2利用S-Edit進行電路圖設計（9）符號通過View→SymbolMode命令，確定工作區顯示在符號視圖模式，通過注釋圖形的繪制工具欄，繪制出如圖6.5所示的CMOS與非門符號視圖。值得注意的是，畫弧形的時候，需要改變柵格的設置可以利用多段直線畫出弧形，柵格設置可選擇Setup→Grid命令，打開SetupGridParameter對話框，設置MouseSnapGrid文本框的值為“1”。圖6.5CMOS與非門的符號視圖6.2利用S-Edit進行電路圖設計（10）輸出網表通過選擇File→Export命令，輸出網表對話框如圖6.6所示，在OutputFilename的文本框輸入“NAND.sp”，點擊OK即可。圖6.6輸出網表6.3利用L-Edit進行版圖設計6.3利用L-Edit進行版圖設計利用L-Edit進行版圖設計具體的步驟如下：（1）打開L-Edit程序，選擇快捷鍵（2）另存為新文件：選擇File→SaveAs命令。打開對話框“另存為”，在“保存在”下拉列表框中選擇存儲目錄，在“文件名”文本框中輸入新文件的名稱，例如NAND.tdb。（3）代替設定（4）設計環境設定6.3利用L-Edit進行版圖設計（5）根據CMOS與非門的電路圖，可以知道，需要兩個PMOS進行并聯，兩個NMOS進行串聯，并將并聯的PMOS放在上面，串聯的NMOS放在下面，在擺放晶體管的時候需要注意DRC設計規則。需要注意的是，兩個晶體管的Poly繪圖層，也就是柵極要對齊擺放，有利于接下來的布線，晶體管的布局圖，如圖6.7所示。圖6.7晶體管的布局圖6.3利用L-Edit進行版圖設計（6）連接NMOS和PMOS晶體管的柵極：根據CMOS與非門的電路圖可以得到，PMOS晶體管和NMOS晶體管的柵極是連接在一起的，作為CMOS與非門的輸入端，通過選擇Poly多晶硅繪圖層，使用方形繪圖工具，將四個晶體管的柵極分別連接一起，如圖6.8所示。圖6.8晶體管的柵極連接6.3利用L-Edit進行版圖設計（7）連接PMOS源極和NMOS漏極：根據CMOS與非門的電路圖可以得到，PMOS晶體管的源極和NMOS晶體管的漏極是連接在一起的，作為CMOS與非門的輸出端F，通過選擇Metal金屬繪圖層，使用方形繪圖工具，將PMOS晶體管的源極和NMOS晶體管的漏極連接一起，金屬線的寬度與該金屬線上流過的電流以及金屬本身的電流密度等有關，如圖6.9所示。圖6.9連接PMOS源極和NMOS漏極6.3利用L-Edit進行版圖設計（8）繪制電源線和地線：根據CMOS與非門的電路圖可以得到，CMOS與非門需要連接電源VDD和地GND，通過選擇Metal金屬繪圖層，使用方形繪圖工具，先繪制電源線，放置在并聯PMOS的上方，然后再繪制接地線，放置在串聯NMOS的下方，金屬線的寬度應滿足DRC設計規則的要求，而且金屬線的寬度與該金屬線上流過的電流以及金屬本身的電流密度等有關，如圖6.10所示。圖6.10電源線和地線6.3利用L-Edit進行版圖設計（9）連接電源線：根據CMOS與非門的電路圖可以得到，并聯PMOS晶體管的漏極都需要連接到電源線上，作為CMOS與非門的電源端VDD，通過選擇Metal金屬繪圖層，使用方形繪圖工具，將并聯PMOS晶體管的漏極與電源線連接一起，金屬線的寬度與該金屬線上流過的電流以及金屬本身的電流密度等有關，如圖6.11所示。圖6.11連接電源線6.3利用L-Edit進行版圖設計（10）連接地線：根據CMOS與非門的電路圖可以得到，NMOS晶體管的源極需要連接到地線上，作為CMOS與非門的接地端GND，通過選擇Metal金屬繪圖層，使用方形繪圖工具，先繪制接地線，然后將NMOS晶體管的源極與接地線連接一起，金屬線的寬度與該金屬線上流過的電流以及金屬本身的電流密度等有關，如圖6.12所示。圖6.12連接地線6.3利用L-Edit進行版圖設計（11）引出輸入端：將并聯PMOS晶體管和串聯NMOS晶體管的柵極是通過多晶硅繪圖層分別連接在一起，作為CMOS與非門的輸入端，但是若想真正的引出信號線，需要通過選擇Metal金屬繪圖層作為輸入端A和輸入端B，因此在繪制的過程中，我們首先通過選擇Poly多晶硅繪圖層將柵極引出來，但是多晶硅和金屬這兩個繪圖層不能夠直接進行連接，因此需要通過選擇PolyContact多晶硅接觸繪圖層，使用方形繪圖工具，來實現多晶硅和金屬層之間的連接，從而將兩個輸入端信號引出來，需要注意的是，兩個輸入端可以是上下排列，也可以是左右排列，如圖6.13所示。圖6.13引出輸入端6.3利用L-Edit進行版圖設計（12）添加節點：根據CMOS與非門電路圖，分別添加節點VDD、GND、A、B、F五個節點。通過選擇命令圖標“”來實現，點擊按鈕會出現如圖6.14所示的對話框。在“on”的文本框里，選擇添加的繪圖層，例如電源VDD需要連接在金屬層上，因此選擇Metal1。這一點需要十分注意，不會影響到DRC的驗證，但是會直接影響到芯片的功能，以及仿真的結果。在“Portname”的文本框里，輸出節點的名字VDD。圖6.14添加節點的對話框6.3利用L-Edit進行版圖設計同樣的道理，添加分別添加其余節點GND、A、B、F。CMOS與非門的版圖就繪制完成了，并且已添加了節點，如圖6.15所示。圖6.15CMOS與非門的版圖6.3利用L-Edit進行版圖設計CMOS與非門的版圖設計完成之后，單擊保存按鈕，并選擇Tools→DRC菜單命令，運行DRC規則驗證，如果出現錯誤，修改版圖編輯，直至DRC驗證0errors（沒有錯誤）為止，如圖6.16所示。圖6.16DRC驗證無誤6.3利用L-Edit進行版圖設計（13）輸出網表通過選擇Tools→Extract命令，輸出網表對話框如圖6.17所示，在SPICEextractoutputFile的文本框輸入“NAND.spc”，點擊OK即可。圖6.17輸出網表6.4利用T-Spice進行仿真驗證6.3利用T-Spice進行仿真驗證CMOS與非門版圖（電路圖）仿真的步驟如下：（1）啟動T-Spice編輯器，雙擊圖標即可。（2）打開文件。選擇File→Open命令，打開版圖輸出文件（.spc）或者打開電路圖輸出文件（.sp）。例如打開NAND.spc如圖6.18所示。圖6.18打開NAND.spc文件6.4利用T-Spice進行仿真驗證（3）加載包含文件選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇Files選項。單擊Includefile選項，此時單擊Brouse按鈕，通過路徑找到文件ml2_125.md，如圖6.19所示。圖6.19當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（4）設定參數值選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇Settings選項。單擊Parameters選項，通過在Parametername的文本框中輸入1，在Parametervalue的文本框中輸入0.5u，點擊Add按鈕，如圖6.20所示。圖6.20當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（5）電源設定選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇VoltageSource選項。單擊Constant選項，通過在Voltagesourcename的文本框中輸入vvdd，在Positiveterminal的文本框中輸入VDD，在Negativeterminal的文本框中輸入GND，在DCvalue的文本框中輸入5.0，如圖6.21所示。圖6.21當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（6）輸入信號A設定選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇VoltageSource選項。單擊Pulse選項，通過在Voltagesourcename的文本框中輸入va，在Positiveterminal的文本框中輸入A，在Negativeterminal的文本框中輸入GND，在Initial的文本框中輸入0，在Peak的文本框中輸入5.0，在Risetime的文本框中輸入0n，在Falltime的文本框中輸入0n，在Pulsewidth的文本框中輸入50n，在Pulseperiod的文本框中輸入100n，在Initialdelay的文本框中輸入20n，如圖6.22所示。圖6.22輸入信號A設定6.4利用T-Spice進行仿真驗證點擊InsertCommand按鈕，插入命令即可，出現如圖6.23所示的當前工作窗口。圖6.23當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（7）輸入信號B設定選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇VoltageSource選項。單擊Pulse選項，通過在Voltagesourcename的文本框中輸入vb，在Positiveterminal的文本框中輸入B，在Negativeterminal的文本框中輸入GND，在Initial的文本框中輸入0，在Peak的文本框中輸入5.0，在Risetime的文本框中輸入0n，在Falltime的文本框中輸入0n，在Pulsewidth的文本框中輸入100n，在Pulseperiod的文本框中輸入200n，在Initialdelay的文本框中輸入20n，如圖6.24所示。圖6.24輸入信號B設定6.4利用T-Spice進行仿真驗證點擊InsertCommand按鈕，插入命令即可，出現如圖6.25所示的當前工作窗口。圖6.25當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（8）分析設定選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇Analysis選項。單擊Transient選項，通過在Maximumtimestep的文本框中輸入1n，在Simulationlength的文本框中輸入400n。點擊InsertCommand按鈕，插入命令即可，出現如圖6.26所示的當前工作窗口。圖6.26當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（9）輸出設定選擇命令Edit→InsertCommand命令，在出現的對話框中的列表框選擇Output選項。單擊Transientresults選項，通過在Nodename的文本框中輸入F，點擊Add按鈕，接下來在Nodename的文本框中輸入B，點擊Add按鈕，再在Nodename的文本框中輸入A，點擊Add按鈕，如圖6.27所示。圖6.27輸出設定6.4利用T-Spice進行仿真驗證點擊InsertCommand按鈕，插入命令即可，出現如圖6.28所示的當前工作窗口。圖6.28當前工作窗口6.4利用T-Spice進行仿真驗證（10）進行仿真CMOS與非門版圖的指令設定如下：.include"D:\ProgramFiles(x86)\TannerEDA\T-Spice10.1\models\ml2_125.md".param1=0.5uvvddVDDGND5.0vaAGNDPULSE(05.020n0n0n50n100n)vbBGNDPULSE(05.020n0n0n100n200n).tran1n400n.printtranv(F)v(B)v(A)完成指定設定后，開始進行仿真。通過選擇Simulation→StartSimulation命令，或者單擊“”按鈕圖標，打開RunSimulation對話框，如圖6.29所示。6.4利用T-Spice進行仿真驗證圖6.29仿真運行的對話框6.4利用T-Spice進行仿真驗證單擊StartSimulation按鈕，則會出現仿真結果的報告窗口，并自動打開W-Edit窗口來觀看仿真波形圖，如圖6.30所示。圖6.30仿真波形圖6.5

LVS驗證6.5LVS驗證LVS驗證具體的步驟如下：（1）啟動LVS編輯器，雙擊圖標即可。（2）建立文件。選擇File→New命令，會出現如圖6.31所示的對話框，選擇LVSSetup點擊確定，出現如圖6.32所示文件設置的對話框。圖