数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题 第五章 CMOS反相器

数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题 第五章 CMOS反相器
数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题 第五章 CMOS反相器

C H A P T E R

5

T H E C M O S I N V E R T E R Quantification of integrity,performance,and energy metrics of an inverter

Optimization of an inverter design

5.1Exercises and Design Problems

5.2The Static CMOS Inverter—An Intuitive

Perspective

5.3Evaluating the Robustness of the CMOS

Inverter:The Static Behavior

5.3.1Switching Threshold

5.3.2Noise Margins

5.3.3Robustness Revisited

5.4Performance of CMOS Inverter:The Dynamic

Behavior

5.4.1Computing the Capacitances

5.4.2Propagation Delay:First-Order

Analysis

5.4.3Propagation Delay from a Design

Perspective

5.5Power,Energy,and Energy-Delay

5.5.1Dynamic Power Consumption

5.5.2Static Consumption

5.5.3Putting It All Together

5.5.4Analyzing Power Consumption Using

SPICE

5.6Perspective:Technology Scaling and its

Impact on the Inverter Metrics

180

Section 5.1Exercises and Design Problems 181

5.1Exercises and Design Problems

1.[M,SPICE,3.3.2]The layout of a static CMOS inverter is given in Figure 5.1.(λ=0.125

μm).

a.Determine the sizes of the NMOS and PMOS transistors.

b.Plot the VTC (using HSPICE)and derive its parameters (V OH ,V OL ,V M ,V IH ,and V IL ).

c.Is the VTC affected when the output of the gates is connected to the inputs of 4similar

gates?.

d.Resize the inverter to achieve a switching threshold of approximately 0.75V .Do not lay-out the new inverter,use HSPICE for your simulations.How are the noise margins affected by this modification?2.Figure 5.2shows a piecewise linear approximation for the VTC.The transition region is

approximated by a straight line with a slope equal to the inverter gain at V M .The intersection

of this line with the V OH and the V OL lines defines V IH and V IL .

a.The noise margins of a CMOS inverter are highly dependent on the sizing ratio,r =k p /k n ,

of the NMOS and PMOS https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,e HSPICE with V Tn =|V Tp |to determine the value

of r that results in equal noise margins?Give a qualitative explanation.

b.Section 5.3.2of the text uses this piecewise linear approximation to derive simplified

expressions for NM H and NM L in terms of the inverter gain.The derivation of the gain is

based on the assumption that both the NMOS and the PMOS devices are velocity saturated

at V M .For what range of r is this assumption valid?What is the resulting range of V M ?

c.Derive expressions for the inverter gain at V M for the cases when the sizing ratio is just

above and just below the limits of the range where both devices are velocity saturated.

What are the operating regions of the NMOS and the PMOS for each case?Consider the

effect of channel-length modulation by using the following expression for the small-signal

resistance in the saturation region:r o,sat =1/(λI D ).

Figure 5.1CMOS inverter layout.In

Out

GND V DD =2.5V.

Poly Metal1NMOS

PMOS

Poly

Metal1

182

THE CMOS INVERTER Chapter 5

3.[M,SPICE,3.3.2]Figure 5.3shows an NMOS inverter with resistive load.

a.Qualitatively discuss why this circuit behaves as an inverter.

b.Find V OH and V OL calculate V IH and V IL .

c.Find NM L and NM H ,and plot the VTC using HSPICE.

d.

Compute the average power dissipation for:(i)V in =0V and (ii)V in =2.5V

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,e HSPICE to sketch the VTCs for R L =37k,75k,and 150k on a single graph.

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,ment on the relationship between the critical VTC voltages (i.e.,V OL ,V OH ,V IL ,V IH )and the load resistance,R L .

g.Do high or low impedance loads seem to produce more ideal inverter characteristics?4.

[E,None,3.3.3]For the inverter of Figure 5.3and an output load of 3pF:a.Calculate t plh ,t phl ,and t p .b.Are the rising and falling delays equal?Why or why not?https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,pute the static and dynamic power dissipation assuming the gate is clocked as fast as possible.5.The next figure shows two implementations of MOS inverters.The first inverter uses only

NMOS transistors.

V OH V OL in

V out

Figure 5.2A different approach to derive V IL and V IH .

V out

V in M 1W/L =1.5/0.5

+2.5V

Figure 5.3Resistive-load inverter

R L =75k Ω

Section 5.1Exercises and Design Problems

183

a.Calculate V OH ,V OL ,V M for each case.

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,e HSPICE to obtain the two VTCs.You must assume certain values for the source/drain areas and perimeters since there is no layout.For our scalable CMOS process,λ =0.125μm,and the source/drain extensions are 5λfor the PMOS;for the NMOS the source/drain contact regions are 5λx5λ.

c.Find V IH ,V IL ,NM L and NM H for each inverter and comment on the results.How can you increase the noise margins and reduce the undefined region?

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,ment on the differences in the VTCs,robustness and regeneration of each inverter.6.Consider the following NMOS inverter.Assume that the bulk terminals of all NMOS device

are connected to GND.Assume that the input IN has a 0V to 2.5V swing.

a.

Set up the equation(s)to compute the voltage on node x .Assume γ=0.5.b.

What are the modes of operation of device M2?Assume γ=0.c.

What is the value on the output node OUT for the case when IN =0V?Assume γ=0.d.Assuming γ=0,derive an expression for the switching threshold (V M )of the inverter.

Recall that the switching threshold is the point where V IN =V OUT .Assume that the device

sizes for M1,M2and M3are (W/L)1,(W/L)2,and (W/L)3respectively.What are the limits

on the switching threshold?

For this,consider two cases:

i)(W/L)1>>(W/L)2

V DD =2.5V V IN V OUT

V DD =2.5V V IN V OUT M 2M 1M 4M 3W/L=0.375/0.25W/L=0.75/0.25W/L=0.375/0.25

W/L=0.75/0.25

Figure 5.4Inverter Implementations

V DD =2.5V OUT

M1

IN M2

M3

V DD =2.5V

x

184THE CMOS INVERTER Chapter 5

ii)(W/L)2>>(W/L)1

7.Consider the circuit in Figure 5.5.Device M1is a standard NMOS device.Device M2has all

the same properties as M1,except that its device threshold voltage is negative and has a value

of -0.4V.Assume that all the current equations and inequality equations (to determine the

mode of operation)for the depletion device M2are the same as a regular NMOS.Assume that

the input IN has a 0V to 2.5V swing.

a.Device M2has its gate terminal connected to its source terminal.If V IN =0V ,what is the output voltage?In steady state,what is the mode of operation of device M2for this input?

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,pute the output voltage for V IN =2.5V .You may assume that V OUT is small to simplify your calculation.In steady state,what is the mode of operation of device M2for this input?

c.Assuming Pr (IN =0)=0.3,what is the static power dissipation of this circuit?

8.[M,None,3.3.3]An NMOS transistor is used to charge a large capacitor,as shown in Figure

5.6.

a.Determine the t pLH of this circuit,assuming an ideal step from 0to 2.5V at the input node.

b.Assume that a resistor R S of 5k Ωis used to discharge the capacitance to ground.Deter-

mine t pHL .

c.Determine how much energy is taken from the supply during the charging of the capacitor.

How much of this is dissipated in M1.How much is dissipated in the pull-down resistance

during discharge?How does this change when R S is reduced to 1k Ω.

d.The NMOS transistor is replaced by a PMOS device,sized so that k p is equal to the k n of

the original NMOS.Will the resulting structure be faster?Explain why or why not.

9.The circuit in Figure 5.7is known as the source follower configuration.It achieves a DC level

shift between the input and the output.The value of this shift is determined by the current I 0.

Assume x d =0,γ=0.4,2|φf |=0.6V ,V T 0=0.43V ,k n ’=115μA/V 2and λ=0.

V DD =2.5V

OUT

M1(4μm/1μm)

IN M2(2μm/1μm),V Tn =-0.4V

Figure 5.5A depletion load NMOS

inverter

V DD =2.5V

Out

Figure 5.6Circuit diagram with annotated W/L ratios

=5pF

Section 5.1Exercises and Design Problems 185

a.Suppose we want the nominal level shift between V i and V o to be 0.6V in the circuit in Figure 5.7(a).Neglecting the backgate effect,calculate the width of M2to provide this level shift (Hint:first relate V i to V o in terms of I o ).

b.Now assume that an ideal current source replaces M2(Figure 5.7(b)).The NMOS transis-tor M1experiences a shift in V T due to the backgate effect.Find V T as a function of V o for V o ranging from 0to 2.5V with 0.5V intervals.Plot V T vs.V o

c.Plot V o vs.V i as V o varies from 0to 2.5V with 0.5V intervals.Plot two curves:one neglecting the body effect and one accounting for it.How does the body effect influence the operation of the level converter?

d.At V o (with body effect)=2.5V,find V o (ideal)and thus determine the maximum error introduced by the body effect.10.For this problem assume:

V DD =2.5V ,W P /L =1.25/0.25,W N /L =0.375/0.25,L =L eff =0.25μm (i.e.x d =0μm),C L =C inv-gate ,k n ’=115μA/V 2,k p ’=-30μA/V 2,V tn0=|V tp0|=0.4V,λ =0V -1, γ=0.4,2|φf |=0.6V ,and t ox =https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,e the HSPICE model parameters for parasitic capacitance given below (i.e.C gd0,C j ,

C jsw ),and assume that V SB =0V for all problems except part (e).

Figure 5.7NMOS source follower configuration V DD =2.5V V i

V o

V DD =2.5V

V i V o

V bias =

(a)

(b)

I o

1um/0.25um M1

186THE CMOS INVERTER Chapter 5

##Parasitic Capacitance Parameters (F/m)##NMOS:CGDO=3.11x10-10,CGSO=3.11x10-10,CJ=2.02x10-3,CJSW=2.75x10-10PMOS:CGDO=2.68x10-10,CGSO=2.68x10-10,CJ=1.93x10-3,CJSW=2.23x10-10a.What is the V m for this inverter?b.What is the effective load capacitance C Leff of this inverter?(include parasitic capacitance,refer to the text for K eq and m .)Hint:You must assume certain values for the source/drain areas and perimeters since there is no layout.For our scalable CMOS process,λ =0.125μm,and the source/drain extensions are 5λfor the PMOS;for the NMOS the source/drain contact regions are 5λx5λ.c.Calculate t PHL ,t PLH assuming the result of (b)is ‘C Leff =6.5fF’.(Assume an ideal step input,i.e.t rise =t fall =0.Do this part by computing the average current used to charge/dis-charge C Leff .)d.Find (W p /W n )such that t PHL =t PLH .e.Suppose we increase the width of the transistors to reduce the t PHL ,t PLH .Do we get a pro-portional decrease in the delay times?Justify your answer.f.Suppose V SB =1V,what is the value of V tn ,V tp ,V m ?How does this qualitatively affect C Leff ?

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,ing Hspice answer the following questions.

a.Simulate the circuit in Problem 10and measure t P and the average power for input V in :

pulse(0V DD 5n 0.1n 0.1n 9n 20n),as V DD varies from 1V -2.5V with a 0.25V interval.[t P =(t PHL +t PLH )/2].Using this data,plot ‘t P vs.V DD ’,and ‘Power vs.V DD ’.

Specify AS,AD,PS,PD in your spice deck,and manually add C L =6.5fF.Set V SB =0V

for this problem.

b.For Vdd equal to 2.5V determine the maximum fan-out of identical inverters this gate can

drive before its delay becomes larger than 2ns.

c.Simulate the same circuit for a set of ‘pulse’inputs with rise and fall times of t in_rise,fall =1ns,2ns,5ns,10ns,20ns.For each input,measure (1)the rise and fall times t out_rise and

V DD =2.5V

V IN V OUT

C L =C inv-gate

L =L P =L N =0.25μm

V SB

-+(W p /W n =1.25/0.375)Figure 5.8CMOS inverter with capacitive

Section 5.1Exercises and Design Problems 187

t out_fall of the inverter output,(2)the total energy lost E total ,and (3)the energy lost due to short circuit current E short .Using this data,prepare a plot of (1)(t out_rise +t out_fall )/2vs.t in_rise,fall ,(2)E total vs.t in_rise,fall ,(3)E short vs.t in_rise,fall and (4)E short /E total vs.t in_rise,fall.d.Provide simple explanations for:(i)Why the slope for (1)is less than 1?(ii)Why E short increases with t in_rise,fall ?(iii)Why E total increases with t in_rise,fall ?

12.Consider the low swing driver of Figure 5.9:

a.What is the voltage swing on the output node (V out )?Assume γ=0.

b.Estimate (i)the energy drawn from the supply and (ii)energy dissipated for a 0V to 2.5V transition at the input.Assume that the rise and fall times at the input are 0.Repeat the analysis for a 2.5V to 0V transition at the input.

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,pute t pLH (i.e.the time to transition from V OL to (V OH +V OL )/2).Assume the input rise time to be 0.V OL is the output voltage with the input at 0V and V OH is the output volt-age with the input at 2.5V .

https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,pute V OH taking into account body effect.Assume γ =0.5V 1/2for both NMOS and PMOS.13.Consider the following low swing driver consisting of NMOS devices M1and M2.Assume

an NWELL implementation.Assume that the inputs IN and IN have a 0V to 2.5V swing and

that V IN =0V when V IN =2.5V and vice-versa.Also assume that there is no skew between IN

and IN (i.e.,the inverter delay to derive IN from IN is zero).

a.What voltage is the bulk terminal of M2connected to?V in V out V DD =2.5V W L 3μm 0.25μm =p 2.5V

0V C L =100fF

W L 1.5μm 0.25μm

=n Figure 5.9Low Swing Driver

V LOW =0.5V

Out

M1

IN

IN M225μm/0.25μm 25μm/0.25μm

C L =1pF

Figure 5.10Low Swing Driver

188THE CMOS INVERTER Chapter 5

b.What is the voltage swing on the output node as the inputs swing from 0V to 2.5V .Show

the low value and the high value.

c.Assume that the inputs IN and IN have zero rise and fall times.Assume a zero skew

between IN and IN.Determine the low to high propagation delay for charging the output

node measured from the the 50%point of the input to the 50%point of the output.Assume

that the total load capacitance is 1pF,including the transistor parasitics.

d.Assume that,instead of the 1pF load,the low swing driver drives a non-linear capacitor,

whose capacitance vs.voltage is plotted https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,pute the energy drawn from the low

supply for charging up the load capacitor.Ignore the parasitic capacitance of the driver cir-

cuit itself.

14.The inverter below operates with V DD =0.4V and is composed of |V t |=0.5V devices.The

devices have identical I 0and n.

a.Calculate the switching threshold (V M )of this inverter.

b.Calculate V IL and V IH of the inverter.

15.Sizing a chain of inverters.

a.In order to drive a large capacitance (C L =20pF)from a minimum size gate (with input

capacitance C i =10fF),you decide to introduce a two-staged buffer as shown in Figure

5.12.Assume that the propagation delay of a minimum size inverter is 70ps.Also assume

V DD =0.4V

V IN V OUT

Figure 5.11Inverter in Weak Inversion Regime

Section 5.1Exercises and Design Problems 189

that the input capacitance of a gate is proportional to its size.Determine the sizing of the

two additional buffer stages that will minimize the propagation delay.

b.If you could add any number of stages to achieve the minimum delay,how many stages would you insert?What is the propagation delay in this case?

c.Describe the advantages and disadvantages of the methods shown in (a)and (b).

d.Determine a closed form expression for the power consumption in the circuit.Consider only gate capacitances in your analysis.What is the power consumption for a supply volt-age of 2.5V and an activity factor of 1?16.[M,None,3.3.5]Consider scaling a CMOS technology by S >1.In order to maintain compat-

ibility with existing system components,you decide to use constant voltage scaling.

a.In traditional constant voltage scaling,transistor widths scale inversely with S,W ∝1/S.

To avoid the power increases associated with constant voltage scaling,however,you

decide to change the scaling factor for W .What should this new scaling factor be to main-

tain approximately constant power.Assume long-channel devices (i.e.,neglect velocity

saturation).

b.How does delay scale under this new methodology?

c.Assuming short-channel devices (i.e.,velocity saturation),how would transistor widths

have to scale to maintain the constant power requirement?1In

Added Buffer Stage

OUT

C L =20pF C i =10fF

‘1’is the minimum size inverter.

??Figure 5.12Buffer insertion for driving large loads.

190THE CMOS INVERTER Chapter5

DESIGN PROBLEM

Using the0.25μm CMOS introduced in Chapter2,design a static CMOS

inverter that meets the following requirements:

1.Matched pull-up and pull-down times(i.e.,t pHL=t pLH).

2.t p=5nsec(±0.1nsec).

The load capacitance connected to the output is equal to4pF.Notice that this

capacitance is substantially larger than the internal capacitances of the gate.

Determine the W and L of the transistors.To reduce the parasitics,use

minimal lengths(L=0.25μm)for all transistors.Verify and optimize the design

using SPICE after proposing a first design using manual https://www.360docs.net/doc/e85502397.html,-

pute also the energy consumed per transition.If you have a layout editor(such

as MAGIC)available,perform the physical design,extract the real circuit

parameters,and compare the simulated results with the ones obtained earlier.

数字集成电路设计_笔记归纳..

第三章、器件 一、超深亚微米工艺条件下MOS 管主要二阶效应: 1、速度饱和效应:主要出现在短沟道NMOS 管,PMOS 速度饱和效应不显著。主要原因是 TH G S V V -太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度(μξν=) ,即载流子迁移率是常数。但在电场强度很高时载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和,不再随电场 强度的增加而线性增加。此时近似表达式为:μξυ=(c ξξ<),c s a t μξυυ==(c ξξ≥) ,出现饱和速度时的漏源电压D SAT V 是一个常数。线性区的电流公式不变,但一旦达到DSAT V ,电流即可饱和,此时DS I 与GS V 成线性关系(不再是低压时的平方关系)。 2、Latch-up 效应:由于单阱工艺的NPNP 结构,可能会出现VDD 到VSS 的短路大电流。 正反馈机制:PNP 微正向导通,射集电流反馈入NPN 的基极,电流放大后又反馈到PNP 的基极,再次放大加剧导通。 克服的方法:1、减少阱/衬底的寄生电阻,从而减少馈入基极的电流,于是削弱了正反馈。 2、保护环。 3、短沟道效应:在沟道较长时,沟道耗尽区主要来自MOS 场效应,而当沟道较短时,漏衬结(反偏)、源衬结的耗尽区将不可忽略,即栅下的一部分区域已被耗尽,只需要一个较小的阈值电压就足以引起强反型。所以短沟时VT 随L 的减小而减小。 此外,提高漏源电压可以得到类似的效应,短沟时VT 随VDS 增加而减小,因为这增加了反偏漏衬结耗尽区的宽度。这一效应被称为漏端感应源端势垒降低。

4、漏端感应源端势垒降低(DIBL): VDS增加会使源端势垒下降,沟道长度缩短会使源端势垒下降。VDS很大时反偏漏衬结击穿,漏源穿通,将不受栅压控制。 5、亚阈值效应(弱反型导通):当电压低于阈值电压时MOS管已部分导通。不存在导电沟道时源(n+)体(p)漏(n+)三端实际上形成了一个寄生的双极性晶体管。一般希望该效应越小越好,尤其在依靠电荷在电容上存储的动态电路,因为其工作会受亚阈值漏电的严重影响。 绝缘体上硅(SOI) 6、沟长调制:长沟器件:沟道夹断饱和;短沟器件:载流子速度饱和。 7、热载流子效应:由于器件发展过程中,电压降低的幅度不及器件尺寸,导致电场强度提高,使得电子速度增加。漏端强电场一方面引起高能热电子与晶格碰撞产生电子空穴对,从而形成衬底电流,另一方面使电子隧穿到栅氧中,形成栅电流并改变阈值电压。 影响:1、使器件参数变差,引起长期的可靠性问题,可能导致器件失效。2、衬底电流会引入噪声、Latch-up、和动态节点漏电。 解决:LDD(轻掺杂漏):在漏源区和沟道间加一段电阻率较高的轻掺杂n-区。缺点是使器件跨导和IDS减小。 8、体效应:衬底偏置体效应、衬底电流感应体效应(衬底电流在衬底电阻上的压降造成衬偏电压)。 二、MOSFET器件模型 1、目的、意义:减少设计时间和制造成本。 2、要求:精确;有物理基础;可扩展性,能预测不同尺寸器件性能;高效率性,减少迭代次数和模拟时间 3、结构电阻:沟道等效电阻、寄生电阻 4、结构电容: 三、特征尺寸缩小 目的:1、尺寸更小;2、速度更快;3、功耗更低;4、成本更低、 方式: 1、恒场律(全比例缩小),理想模型,尺寸和电压按统一比例缩小。 优点:提高了集成密度 未改善:功率密度。 问题:1、电流密度增加;2、VTH小使得抗干扰能力差;3、电源电压标准改变带来不便;4、漏源耗尽层宽度不按比例缩小。 2、恒压律,目前最普遍,仅尺寸缩小,电压保持不变。 优点:1、电源电压不变;2、提高了集成密度 问题:1、电流密度、功率密度极大增加;2、功耗增加;3、沟道电场增加,将产生热载流子效应、速度饱和效应等负面效应;4、衬底浓度的增加使PN结寄生电容增加,速度下降。 3、一般化缩小,对今天最实用,尺寸和电压按不同比例缩小。 限制因素:长期使用的可靠性、载流子的极限速度、功耗。

模拟cmos集成电路设计实验

模拟cmos集成电路设计实验 实验要求: 设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。单级放大器设计在课堂检查,两级运算放大器设计需要于学期结束前,提交一份实验报告。实验报告包括以下几部分内容: 1、电路结构分析及公式推导 (例如如何根据指标确定端口电压及宽长比) 2、电路设计步骤 3、仿真测试图 (需包含瞬态、直流和交流仿真图) 4、给出每个MOS管的宽长比 (做成表格形式,并在旁边附上电路图,与电路图一一对应) 5、实验心得和小结 单级放大器设计指标 两级放大器设计指标

实验操作步骤: a.安装Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart

c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host:202.38.81.119 Protocol: SSH Username/password: 学号(大写)/ 学号@567& (大写)Command : Linux type 2 然后点击run运行。会弹出xterm窗口。 修改密码

输入passwd,先输入当前密码,然后再输入两遍新密码。 注意密码不会显示出来。 d.设置服务器节点 用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况,尽量选择负载轻的机器登陆,(注:mgt和rack01不要选取) 选择节点,在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写,??为节点名) 如选择13号节点,则输入ssh –X c01n13 e.文件夹管理 通常在主目录中,不同工艺库建立相应的文件夹,便于管理。本实验采用SMIC40nm工艺,所以在主目录新建SMIC40文件夹。 在xterm中,输入mkdir SMIC40 然后进入新建的SMIC40文件夹, 在xterm中,输入cd SMIC40.

【书】模拟CMOS集成电路设计 毕查德.拉扎维著

【简介】模拟集成电路的设计与其说是一门技术,还不如说是一门艺术。它比数字集成电路设计需要更严格的分析和更丰富的直觉。严谨坚实的理论无疑是严格分析能力的基石,而设计者的实践经验无疑是诞生丰富直觉的源泉。这也正足初学者对学习模拟集成电路设计感到困惑并难以驾驭的根本原因。. 美国加州大学洛杉机分校(UCLA)Razavi教授凭借着他在美国多所著名大学执教多年的丰富教学经验和在世界知名顶级公司(AT&T,Bell Lab,HP)卓著的研究经历为我们提供了这本优秀的教材。本书自2000午出版以来得到了国内外读者的好评和青睐,被许多国际知名大学选为教科书。同时,由于原著者在世界知名顶级公司的丰富研究经历,使本书也非常适合作为CMOS模拟集成电路设计或相关领域的研究人员和工程技术人员的参考书。... 本书介绍模拟CMOS集成电路的分析与设计。从直观和严密的角度阐述了各种模拟电路的基本原理和概念,同时还阐述了在SOC中模拟电路设计遇到的新问题及电路技术的新发展。本书由浅入深,理论与实际结合,提供了大量现代工业中的设计实例。全书共18章。前10章介绍各种基本模块和运放及其频率响应和噪声。第11章至第13章介绍带隙基准、开关电容电路以及电路的非线性和失配的影响,第14、15章介绍振荡器和锁相环。第16章至18章介绍MOS器件的高阶效应及其模型、CMOS制造工艺和混合信号电路的版图与封装。

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数字集成电路设计流程介绍

2002 年版权,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室(设计流程1) 数字集成电路设计流程介绍 唐长文 2002年7月8日

2002 年版权,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室(设计流程2) 内容 一、设计流程介绍1、流程图及设计步骤2、EDA软件 二、硬件描述语言简介 1、传统自下向上的设计方法 2、基于硬件描述语言的自顶向下的设计方法 3、硬件描述语言--VHDL介绍 4、VHDL语言设计实例 三、数字系统的结构设计-行为级或RTL级设计1、系统规范2、系统框架 3、系统源代码设计 4、系统行为级仿真 四、数字系统的电路设计--门级电路设计1、FPGA逻辑综合2、ASIC逻辑综合3、综合后仿真 五、数字系统的版图设计1、FPGA器件实现 2、基于标准单元ASIC版图的自动化生成 3、版图后仿真 六、版图验证和管子级仿真1、DRC&LVS 2、Star_sim管子级仿真

一、设计流程介绍 C语言仿真Matlab仿真COSSAP仿真

2002 年版权,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室(设计流程4) 数字集成电路设计主要分为四大步:1、行为级、RTL 级源代码设计2、电路设计-门级电路设计(1)FPGA 逻辑综合(2)ASIC 逻辑综合3、版图设计 (1)FPGA 版图布局布线设计(器件实现) (2)ASIC 版图布局布线设计(基于标准单元库)4、版图验证(DRC&LVS) ?设计的步骤

2002 年版权,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室 (设计流程5) ?EDA 软件 (1)FPGA 设计需要的软件源代码设计和仿真9Active-HDL FPGA 逻辑综合 9Synopsys FPGA Express 、Synplicity Synplify 、 Examplar LeonardoSpectrum 、XST(Xilinx Synthesis Tech)FPGA 器件实现 9Xilinx Foundation ISE 、Altera MaxplusII

用集成电路设计数字模拟电路芯片

设计目的: 1.掌握CMOS反相器和两级CMOS运算放大器的电路图基本原理。 2.熟练掌握并运用tanner作图软件。 3. 基本能根据仿真图对电路进行基本分析 一.CMOS反相器 1.工作原理 1).基本电路结构 2).开启电压|UTP|=UTN,且小于VDD。当uI= UIL=0V时,VTN截止,VTP导通, uO = UOH≈VDD当uI =UIH = VDD ,VTN导 通,VTP截止,uO =UOL≈0V 3.)工作特点 VTP和VTN总是一管导通而另一管截止,流过 VTP和VTN的静态电流极小(纳安数量级),因而 CMOS反相器的静态功耗极小。这是CMOS电路最 突出的优点之一。 2.用Tanner仿真 1)cmos反相器电路图

2)反相器 瞬时分析 生成t-spice文件如下: 进行仿真: 仿真状态窗口:

仿真结果报告文件:

3)反 相器 瞬时 分析 在 W-Ed it中 观看 仿真 结果 4)反相 器直流 分析在 W-Edit 中观看 仿真结 果 3.用Tanner画CMOS反相器版图

二.两级CMOS运算放大器设计 设计原理分析: 单级有源负载差动放大器的增益一般可达几十到几百倍左右。但作为运算放大器,这个增益是不够的,因此还需要多级级联。下面我们来分析两级CMOS运算放大器。 两级CMOS运算放大器的基本电路图如下:

V 9 V 3U r I D3 I D1 V 1 V 4U i I D4I D2V 2 V 5 U DD ?à??213¥C c A U o I SS V 8 V 7 V 6 U SS 图一 电路图 下面我们根据题设指标,tanner 下进行仿真,并进行分析: 已知: K N=μn C ox=25 μA /V2, K P=μpCox=12.5 μA /V2, Cc=5 pF ,功耗Pm ≤10 mW ,U DD=9 V , λN=0.01 V-1,λP=0.015 V-2,U TH=1V 。 要求:Aud>5000,单位增益带宽GB=3MHz ,压摆率SR=2V/us 。 1. 根据总功率Pm=10mW ,Udd=9V ,可求出允许总电流I=Pm/Udd=1100uA 2. 根据压摆率SR=2V/us,算出第一级偏置电流Iss. SR=Io1(max)/Cc ,Io1=Id4-Id2=Id1-Id2,Id1最大值为Iss,Id2最小值为0,故Io1(max)=Iss 。Iss=SR*Cc=10uA 。 区Iss=100uA,Id1q=Id2=50uA.

数字IC设计流程及工具介绍

数字IC设计流程及工具介绍 IC的设计过程可分为两个部分,分别为:前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计),这两个部分并没有统一严格的界限,凡涉及到与工艺有关的设计可称为后端设计。 前端设计的主要流程: 1、规格制定 芯片规格,也就像功能列表一样,是客户向芯片设计公司(称为Fabless,无晶圆设计公司)提出的设计要求,包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。 2、详细设计 Fabless根据客户提出的规格要求,拿出设计解决方案和具体实现架构,划分模块功能。 3、HDL编码 使用硬件描述语言(VHDL,Verilog HDL,业界公司一般都是使用后者)将模块功能以代码来描述实现,也就是将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述出来,形成RTL(寄存器传输级)代码。 4、仿真验证 仿真验证就是检验编码设计的正确性,检验的标准就是第一步制定的规格。看设计是否精确地满足了规格中的所有要求。规格是设计正确与否的黄金标准,一切违反,不符合规格要求的,就需要重新修改设计和编码。设计和仿真验证是反复迭代的过程,直到验证结果显示完全符合规格标准。仿真验证工具Mentor 公司的Modelsim,Synopsys的VCS,还有Cadence的NC-Verilog均可以对RTL 级的代码进行设计验证,该部分个人一般使用第一个-Modelsim。该部分称为前仿真,接下来逻辑部分综合之后再一次进行的仿真可称为后仿真。 5、逻辑综合――Design Compiler 仿真验证通过,进行逻辑综合。逻辑综合的结果就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表netlist。综合需要设定约束条件,就是你希望综合出来的电路在面积,时序等目标参数上达到的标准。逻辑综合需要基于特定的综合库,不同的库中,门电路基本标准单元(standard cell)的面积,时序参数是不一样的。所以,选用的综合库不一样,综合出来的电路在时序,面积上是有差异的。一般来说,综合完成后需要再次做仿真验证(这个也称为后仿真,之前的称为前仿真)逻辑综合工具Synopsys的Design Compiler,仿真工具选择上面的三种仿真工具均可。 6、静态时序分析——STA Static Timing Analysis(STA),静态时序分析,这也属于验证范畴,它主要是在时序上对电路进行验证,检查电路是否存在建立时间(setup time)和保持时间(hold time)的违例(violation)。这个是数字电路基础知识,一个寄存器出现这两个时序违例时,是没有办法正确采样数据和输出数据的,所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。STA工具有Synopsys的Prime Time。 7、形式验证

数字集成电路知识点整理

Digital IC:数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统 第一章引论 1、数字IC芯片制造步骤 设计:前端设计(行为设计、体系结构设计、结构设计)、后端设计(逻辑设计、电路设计、版图设计) 制版:根据版图制作加工用的光刻版 制造:划片:将圆片切割成一个一个的管芯(划片槽) 封装:用金丝把管芯的压焊块(pad)与管壳的引脚相连 测试:测试芯片的工作情况 2、数字IC的设计方法 分层设计思想:每个层次都由下一个层次的若干个模块组成,自顶向下每个层次、每个模块分别进行建模与验证 SoC设计方法:IP模块(硬核(Hardcore)、软核(Softcore)、固核(Firmcore))与设计复用Foundry(代工)、Fabless(芯片设计)、Chipless(IP设计)“三足鼎立”——SoC发展的模式 3、数字IC的质量评价标准(重点:成本、延时、功耗,还有能量啦可靠性啦驱动能力啦之类的) NRE (Non-Recurrent Engineering) 成本 设计时间和投入,掩膜生产,样品生产 一次性成本 Recurrent 成本 工艺制造(silicon processing),封装(packaging),测试(test) 正比于产量 一阶RC网路传播延时:正比于此电路下拉电阻和负载电容所形成的时间常数 功耗:emmmm自己算 4、EDA设计流程 IP设计系统设计(SystemC)模块设计(verilog) 综合 版图设计(.ICC) 电路级设计(.v 基本不可读)综合过程中用到的文件类型(都是synopsys): 可以相互转化 .db(不可读).lib(可读) 加了功耗信息

数字ic设计实验报告

数字集成电路设计 实验报告 实验名称二输入与非门的设计 一.实验目的 a)学习掌握版图设计过程中所需要的仿真软件

b)初步熟悉使用Linux系统 二.实验设备与软件 PC机,RedHat,Candence 三.实验过程 Ⅰ电路原理图设计 1.打开虚拟机VMware Workstation,进入Linux操作系统RedHat。 2.数据准备,将相应的数据文件拷贝至工作环境下,准备开始实验。 3.创建设计库,在设计库里建立一个schematic view,命名为,然后进入电路 图的编辑界面。 4.电路设计 设计一个二输入与非门,插入元器件,选择PDK库(xxxx35dg_XxXx)中的nmos_3p3、 pmos_3p3等器件。形成如下电路图,然后check and save,如下图。 图1.二输入与非门的电路图 5.制作二输入与非门的外观symbol Design->Create Cellview -> From Cellview,在弹出的界面,按ok后出现symbol Generation options,选择端口排放顺序和外观,然后按ok出现symbol编辑界面。按照需 要编辑成想要的符号外观,如下图。保存退出。

图2.与非门外观 6.建立仿真电路图 方法和前面的“建立schemtic view”的方法一样,但在调用单元时除了调用analogL 库中的电压源、(正弦)信号源等之外,将之前完成的二输入与非门调用到电路图中,如下图。 图3.仿真电路图 然后设置激励源电压输出信号为高电平为3.5v,低电平为0的方波信号。 7.启动仿真环境 在ADE中设置仿真器、仿真数据存放路径和工艺库,设置好后选择好要检测的信号在电路中的节点,添加到输出栏中,运行仿真得到仿真结果图。

数字集成电路设计实验报告

哈尔滨理工大学数字集成电路设计实验报告 学院:应用科学学院 专业班级:电科12 - 1班 学号:32 姓名:周龙 指导教师:刘倩 2015年5月20日

实验一、反相器版图设计 1.实验目的 1)、熟悉mos晶体管版图结构及绘制步骤; 2)、熟悉反相器版图结构及版图仿真; 2. 实验内容 1)绘制PMOS布局图; 2)绘制NMOS布局图; 3)绘制反相器布局图并仿真; 3. 实验步骤 1、绘制PMOS布局图: (1) 绘制N Well图层;(2) 绘制Active图层; (3) 绘制P Select图层; (4) 绘制Poly图层; (5) 绘制Active Contact图层;(6) 绘制Metal1图层; (7) 设计规则检查;(8) 检查错误; (9) 修改错误; (10)截面观察; 2、绘制NMOS布局图: (1) 新增NMOS组件;(2) 编辑NMOS组件;(3) 设计导览; 3、绘制反相器布局图: (1) 取代设定;(2) 编辑组件;(3) 坐标设定;(4) 复制组件;(5) 引用nmos组件;(6) 引用pmos组件;(7) 设计规则检查;(8) 新增PMOS基板节点组件;(9) 编辑PMOS基板节点组件;(10) 新增NMOS基板接触点; (11) 编辑NMOS基板节点组件;(12) 引用Basecontactp组件;(13) 引用Basecontactn 组件;(14) 连接闸极Poly;(15) 连接汲极;(16) 绘制电源线;(17) 标出Vdd 与GND节点;(18) 连接电源与接触点;(19) 加入输入端口;(20) 加入输出端口;(21) 更改组件名称;(22) 将布局图转化成T-Spice文件;(23) T-Spice 模拟; 4. 实验结果 nmos版图

集成电路(IC)设计完整流程详解及各个阶段工具简介

IC设计完整流程及工具 IC的设计过程可分为两个部分,分别为:前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计),这两个部分并没有统一严格的界限,凡涉及到与工艺有关的设计可称为后端设计。 前端设计的主要流程: 1、规格制定 芯片规格,也就像功能列表一样,是客户向芯片设计公司(称为Fabless,无晶圆设计公司)提出的设计要求,包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。 2、详细设计 Fabless根据客户提出的规格要求,拿出设计解决方案和具体实现架构,划分模块功能。 3、HDL编码 使用硬件描述语言(VHDL,Verilog HDL,业界公司一般都是使用后者)将模块功能以代码来描述实现,也就是将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述出来,形成RTL(寄存器传输级)代码。 4、仿真验证 仿真验证就是检验编码设计的正确性,检验的标准就是第一步制定的规格。看设计是否精确地满足了规格中的所有要求。规格是设计正确与否的黄金标准,一切违反,不符合规格要求的,就需要重新修改设计和编码。设计和仿真验证是反复迭代的过程,直到验证结果显示完全符合规格标准。仿真验证工具Mentor 公司的Modelsim,Synopsys的VCS,还有Cadence的NC-Verilog均可以对RTL 级的代码进行设计验证,该部分个人一般使用第一个-Modelsim。该部分称为前仿真,接下来逻辑部分综合之后再一次进行的仿真可称为后仿真。 5、逻辑综合――Design Compiler 仿真验证通过,进行逻辑综合。逻辑综合的结果就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表netlist。综合需要设定约束条件,就是你希望综合出来的电路在面积,时序等目标参数上达到的标准。逻辑综合需要基于特定的综合库,不同的库中,门电路基本标准单元(standardcell)的面积,时序参数是不一样的。所

数字集成电路设计与分析

问答: Point out design objects in the figure such as :design, cell, reference, port, pin, net, then write a command to set 5 to net A Design: top Reference: ADD DFF Cell: U1 U2 Port: A B clk sum Pin: A B D Q Net: A B SIN Set_load 5 [get_nets A] why do we not choose to operate all our digital circuits at these low supply voltages? 答:1)不加区分地降低电源电压虽然对减少能耗能正面影响,但它绝对会使门的延时加大 2)一旦电源电压和本征电压(阈值电压)变得可比拟,DC特性对器件参数(如晶体管 阈值)的变化就变得越来越敏感 3)降低电源电压意味着减少信号摆幅。虽然这通常可以帮助减少系统的内部噪声(如串扰引起的噪声),但它也使设计对并不减少的外部噪声源更加敏感) 问道题: 1.CMOS静态电路中,上拉网络为什么用PMOS,下拉网络为什么用NMOS管 2.什么是亚阈值电流,当减少VT时,V GS =0时的亚阈值电流是增加还是减少? 3.什么是速度饱和效应 4.CMOS电压越低,功耗就越少?是不是数字电路电源电压越低越好,为什么? 5.如何减少门的传输延迟? P203 6.CMOS电路中有哪些类型的功耗? 7.什么是衬垫偏置效应。 8.gate-to-channel capacitance C GC,包括哪些部分 VirSim有哪几类窗口 3-6. Given the data in Table 0.1 for a short channel NMOS transistor with V DSAT = 0.6 V and k′=100 μA/V2, calculate V T0, γ, λ, 2|φf|, and W / L:

数字集成电路设计流程

《ic设计流程与使用工具介绍》 我认为IC设计流程按照功能和应用场合不同大致可以划分为三个部分进行介绍,分别是数字IC、模拟IC和FPGA。这三者之间既有相同点又有相异点。在进行设计时,所使用的软件工具也有相同和不同的。 1、数字Asic设计流程前端到后端使用工具 通用型数字Asic(从上到下) 在验证算法时一般使用C语言或者verilog来对系统算法进行建模,使用行为级描述来对算法功能的正确与否进行仿真。一般比较常用的方法是使用C语言在Matlab软件环境下进行算法验证。 算法验证完成之后,需要进行的工作就是将算法转化为对应的行为级或者寄存器传输级描述,并且对其进行功能仿真验证。在该阶段可以使用的工具有很多,常用的有Active—HDL、Mentor的Modelsim 系列软件和QuestaSim系列(前者使用三个核进行仿真,后者使用一个核,因此后者可以对不同语言环境下的描述进行混合仿真)。 完成功能仿真之后需要进行的工作就是根据foundry提供的标准数字单元工艺库,对前面得到的表述一定功能的代码进行综合,得到代码对应的由标准单元库中的门电路组成的实际电路映射。在综合的过程中,要根据设计规范来制定各种约束以使综合得到的电路映射能够满足设计的要求,同时也要注意综合报告中所给出的违反约束的各个信息,并且利用这些信息来修改代码或者算法。在综合的过程中使用的工具最主要是Synopsys的DC和PC。 做完综合之后,利用综合得到的实际电路映射、时序约束与foundry提供的与版图有关的工艺库就可以进行自动布局布线的操做了。此时常用的软件有Synopsys的ASTRO和Cadence的Se工具。 自动布局布线完成后就可以根据产生的版图文件信息提取寄生参数来进行包含寄生参数与互联延迟的后仿真了。一般常用的寄生参数提取工具有A V ANTI的STAR-RC和Cadence的DRECULA或Diva,两者都需要将自动布局布线得到的版图和工艺库文件导入软件中进行寄生参数提取。Cadence的软件还可以通过导入版图,来对自动布局布线得到的版图中不满意的地方进行修补。 寄生参数提取结束后将得到的寄生参数信息与自动布局布线得到的网表导入PT进行包含寄生参数的时序参数提取,然后利用所提取的时序参数在底层网表中反标进行后仿真,观察后仿真的时序是否满足设计规范的要求。如果满足则设计基本完成,不满足还需要进行迭代修改。产生反标需要的时序文件的软件是PT,而将时序反标文件反标回综合后的网表并且进行后仿真的软件比较多,比如Modelsim 和Nclaunch(NC主要针对大型系统,而Modelsim则主要是针对小的设计,因为前者的工作平台是工作站后者是PC)。 全定制数字Asic或者混合信号ASIC(从下到上与从上到下结合) 当需要制作全定制的数字芯片时,传统的从上到下的设计流程就不完全奏效了。其中最大的不同就是全定制芯片为了实现更小的体积与功耗,更高的集成度将可能不采用厂家提供的标准数字单元库而是通过与foundry沟通自己设计满足自己需要的工艺库。比如Xilinx的FPGA芯片的设计采用的就是全定制的设计方法。 对于全定制设计而言,也需要采用算法验证、功能描述与仿真验证、综合、寄生参数提取与后仿真的过程,但是相对通用型Asic的设计而言,在做后仿真时全定制可以使用模拟仿真的方法进行后仿真而不需要进行时序反标的过程,因为在设计全定制Asic时使用的不是foundry提供的标准数字工艺库而是根据设计需要自己设计的数字工艺库。因此对于全定制的Asic设计而言,它的后仿真需要采用foundry提供的标准模拟库,由于不使用时序的反标而采用模拟仿真的方法后仿真得到最终版图对应信息,因此耗时可能比设计通用型的Asic更长。 全定制设计流程的使用软件有,算法验证与功能仿真的软件同通用型使用的基本相同。但是在综合这

cmos模拟集成电路设计_实验报告

北京邮电大学 实验报告 实验题目:cmos模拟集成电路实验 姓名:何明枢 班级:2013211207 班内序号:19 学号:2013211007 指导老师:韩可 日期:2016 年 1 月16 日星期六

北京邮电大学电子工程学院2013211207班何明枢CMOS模拟集成电路与设计实验报告 目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三:电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五:共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (15) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六:两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27)

实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图(schematic)设计输入方法; 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真; 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析,绘制曲线; 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys,建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果,绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图

集成电路设计流程

集成电路设计流程 . 集成电路设计方法 . 数字集成电路设计流程 . 模拟集成电路设计流程 . 混合信号集成电路设计流程 . SoC芯片设计流程 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 集成电路设计流程 . 集成电路设计方法 . 数字集成电路设计流程 . 模拟集成电路设计流程 . 混合信号集成电路设计流程 . SoC芯片设计流程 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 正向设计与反向设计 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 自顶向下和自底向上设计 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University Top-Down设计 –Top-Down流程在EDA工具支持下逐步成为 IC主要的设计方法 –从确定电路系统的性能指标开始,自系 统级、寄存器传输级、逻辑级直到物理 级逐级细化并逐级验证其功能和性能 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University Top-Down设计关键技术 . 需要开发系统级模型及建立模型库,这些行 为模型与实现工艺无关,仅用于系统级和RTL 级模拟。 . 系统级功能验证技术。验证系统功能时不必 考虑电路的实现结构和实现方法,这是对付 设计复杂性日益增加的重要技术,目前系统 级DSP模拟商品化软件有Comdisco,Cossap等, 它们的通讯库、滤波器库等都是系统级模型 库成功的例子。 . 逻辑综合--是行为设计自动转换到逻辑结构 设计的重要步骤 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University

数字IC设计——整理

数字集成电路设计整理 一、概念 1. ASIC——Application Specific Integrated Circuit专用集成电路 ASIC在批量生产时与通用集成电路(IC)相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。 ASIC分为全定制和半定制。全定制设计需要设计者完成所有电路的设计,半定制使用库里的标准逻辑单元(Standard Cell),设计时可以从标准逻辑单元库中选择SSI(门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如ALU、存储器、总线等)、存储器甚至系统级模块(如乘法器、微控制器等)和IP核,这些逻辑单元已经布局完毕,而且设计得较为可靠,设计者可以较方便地完成系统设计。 全定制能够比半定制的ASIC芯片运行速度更快。 2.IP——Intellectual Property知识产权 3.数字后端 指将前端设计产生的门级网表通过EDA设计工具进行布局布线和进行物理验证并最终产生供制造用的GDSII数据的过程。其主要工作职责有:芯片物理结构分析、逻辑分析、建立后端设计流程、版图布局布线、版图编辑、版图物理验证、联络代工厂并提交生产数据。作为连接设计与制造的桥梁,合格的版图设计人员既要懂得IC 设计、版图设计方面的专业知识,还要熟悉制程厂的工作流程、制程原理等相关知识。 4.Standard Cell——标准单元库 5.RTL——寄存器传输级 描述通过一个寄存器到另一个寄存器的逻辑变换和传输来描述设计。逻辑值被存储在寄存器中,通过一些组合逻辑对其要求值,随后将结果存储于下一个寄存器。 RTL的功能类似于软件与硬件之间的桥梁。是与工艺无关的网表的文本结构描述。 6.布局(Place)布线(Route) 布图规划floorplan比布局更重要。规划包括指令,macro的放置,电源线的设计power plan。floorplan一旦确定,芯片的面积就定下来了,也与整个设计的timming和布通率有很大关系。

集成电路设计基础

集成电路设计基础复习提纲 一EDA常用命令 ls 显示当前目录下的文件和路径。Pwd显示当前文件的绝对路径.。Cd进入指定目录。More显示文件内容。Cp拷贝。Mkdir创建目录。tar 打包。zip压缩。unzip解压。ftp传送文件。 二基本概念 1版图设计 CIW命令解释窗口, Library 库,Reference Library相关库, Library Path库路径,Cell单元,View视图,Techfiler.tf工艺文件, cds.lib库管理文件, techfile.cds ASCII 文件,LSW图层选择窗口,display.drf图层显示文件。LayerPurpose Pair层次用途配对,Cellview Attributes and Properties单元视图属性,Instance单元,Snap Mode 光标按钮画线条或图形的模型。Stream。数据流(一个标准数据格式用在cad系统间传递物理设计数据) parameterized cells,参数化单元。Flatten,打平 设计方法 1 CIC设计流程 ①设计规划。②建库。③原理图输入。④电路仿真。⑤单元模块版图。⑥TOP 版图。⑦验证。⑧输出GDSII。⑨制掩膜。⑩流片封装测试。 2CIC建库的步骤,工艺文件和显示文件的使用。 建库进入设计项目所在的文件夹,打开名利窗口输入icfb,在ciw菜单栏中选择file-creat-creat new library,选择要连接的Techfiler.tf或者选择相应库作为链接库,后根据指示完成余下的操作 工艺文件p1-40说明图层连接,等效连接,不可被重叠,自动布线,设计规则等情况 ciw-technology-file-dump ,design,layout definations,ascll 命名.Tf,ok;/techpurposes /techlayers;/techdisplays;/techlayerpurposepriorities(图层目的优先);:q!(保存退出):wq!(写后保存退出);/ptap File-load 显示文件的使用:在显示资源编辑窗口里编辑并保存(display。drf)长期有效 添加新包,先编辑显示文件再在显示资源编辑窗口里编辑其填充等;file—save;tools-display resources-mergefile;分配图层目的配对。 3单元版图绘图方法及编辑基本方法, 新建,根据设计要求选择图层用不同的绘图命令绘制和按参数编辑、连接,测试4绘图及编辑常用命令的使用: Create— Rectangle 。create-rectangle left点拉升点 Instance、create-instance(名字不可改)填写库cell view 坐标等 Path、create-path 1点2点+回车/双击 Pcell、edit-hierarchy(分层)-make cell 填写,画长方形区域,ok Polygon、create- Polygon(F3),选择图层,点,点等,回车 Conics create-arc,点,点,点回车

数字集成电路设计课程教学大纲

数字集成电路设计课程教学大纲 英文名称:Digital Integrated Circuits 课程编码:B09062 课程类别:必修 学分数:48 学时数(理论、实验分别表示):48/0 周学时:3 课内学时/课外学时:1/1 授课学期:第六学期 适用专业:电子科学与技术 先修课程:微电子物理基础、数字电路与系统 考核方式:闭卷考试 一、教学目的要求。 本课程是电子科学与技术专业四年制本科生的一门必修课。通过学习,使学生能掌握数字CMOS 集成电路的基本原理及其分析与设计方法,了解集成电路的发展动态,初步熟悉集成电路的设计流程。 二、课程主要内容及基本要求。(标“*”者为重点内容;标“△”者为难点)(一)TTL集成电路 分析:TTL集成电路的基本电路。 (二)TTL集成电路版图设计*△ TTL集成电路版图设计规则、设计要求。 (三)NMOS逻辑集成电路 NMOS的直流特性、瞬态特性和功耗。 (四)CMOS逻辑电路△* CMOS逻辑门的构成特点;CMOS与非门和或非门的分析及其设计;组合逻辑电路的设计;类NMOS电路;传输门逻辑电路计。 (五)MOS集成电路版图设计△ MOS集成电路版图设计、设计要求。

(六)双极电路的基本器件结构 双极电路的基本器件结构、应用举例。 (七)MOS电路的基本器件结构* MOS电路的基本器件结构、举例分析。 (八)MOS电路的分析△* MOS电路的直流分析、交流分析等。 (九)版图设计*△ VLSI的设计方法;门阵列和标准单元设计方法;版图设计。 三、课程主要环节及时数分配见下表: 四、教学的深度与广度 通过本课程的授课,使学生掌握双极和MOS两种工艺条件下的数字电路的设计和分析方法。分析部分包括器件结构、电气参数和电路功能的分析;设计部分包括双极和MOS基本组合电路和时序电路的设计及其对应的版图设计。五、对知识、能力结构、综合素质的要求 了解数字集成电路的设计与分析,包括TTL集成电路、TTL集成电路版图设计、NMOS逻辑集成电路、CMOS逻辑电路、MOS集成电路版图设计、对双

数字IC设计经典笔试题

数字IC设计经典笔试题 张戎王舵蒋鹏程王福生袁波 摘要 本文搜集了近年来数字IC设计公司的经典笔试题目,内容涵盖FPGA、VerilogHDL编程和IC设计基础知识。 Abstract This article includes some classical tests which have been introduced into interview by companies in digital IC designing in recent years. These tests are varied from FPGA,verlog HDL to base knowledge in IC designing. 关键词 FPGA VerilogHDL IC设计 引言 近年来,国内的IC设计公司逐渐增多,IC公司对人才的要求也不断提高,不仅反映在对相关项目经验的要求,更体现在专业笔试题目难度的增加和广度的延伸。为参加数字IC 设计公司的笔试做准备,我们需要提前熟悉那些在笔试中出现的经典题目。 IC设计基础 1:什么是同步逻辑和异步逻辑? 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 同步时序逻辑电路的特点:各触发器的时钟端全部连接在一起,并接在系统时钟端,只有当时钟脉冲到来时,电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来,此时无论外部输入 x 有无变化,状态表中的每个状态都是稳定的。 异步时序逻辑电路的特点:电路中除可以使用带时钟的触发器外,还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件,电路中没有统一的时钟,电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。 2:同步电路和异步电路的区别: 同步电路:存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源,因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。 异步电路:电路没有统一的时钟,有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连,只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步,而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。 3:时序设计的实质: 时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的要求。 4:建立时间与保持时间的概念?

数字集成电路设计实验-

数字集成电路设计实验--反相器

数字集成电路设计实验 ——反相器电路实验 系部名称:电子工程学院 班级:微电子07 学生姓名: 班内序号: 学号:

一、S-EDIT原理图绘制: 二、T-SPICE: 2.1程序: * SPICE netlist written by S-Edit Win32 7.03 * Written on Nov 19, 2010 at 12:11:51 * Waveform probing commands .probe .options probefilename="not_gate.dat" +

probesdbfile="D:\Tanner\tanner\TSpice70\fei\n ot_gate.sdb" + probetopmodule="Module0" * Main circuit: Module0 M1 output in Gnd Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M2 output in Vdd Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u v3 Vdd Gnd 5.0 v4 in Gnd pulse(0.0 5.0 0 2n 2n 100n 200n) .include "D:\Tanner\tanner\TSpice70\models\ml2_125.m d" .tran/op 5n 600n method=bdf .print tran v(in) v(output) End of main circuit: Module0 2.2仿真报告:

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