静态CMOS与非门数字电路

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1、静态CMOS与非门数字电路分析及版图设计一、摘要本文通过对CMOS管与非门数字电路的电路分析、仿真以及版图的设计，阐述了CMOS集成电路的一些设计方法，并论证了CMOS与非门数字电路的实现原理及过程。文中还使用了LTspiceIV电路设计仿真软件和LASI电路版图设计软件，这样能让读者更直观的了解CMOS与非门的工作原理及组成结构。二、引言以MOS管作为开关元件的门电路称为MOS门电路。由于MOS型集成门电路具有制造工艺简单、集成度高、功耗小以及抗干扰能力强等优点，因此它在数字集成电路产品中占据相

2、当大的比例。与TTL门电路相比，MOS门电路的速度较低。MOS门电路有三种类型：使用P沟道管的PMOS电路、使用N沟道管的NMOS电路和同时使用PMOS和NMOS管的CMOS电路。其中CMOS性能更优，因此CMOS门电路是应用较为普遍的逻辑电路之一。利用CMOS逻辑电路就可以设计出各种功能的逻辑电路，与非门就是其中比较简单的一种。下面对静态CMOS与非门进行分析：三、静态CMOS非门电路设计分析及仿真1、电路分析；(1)与非门逻辑符号如下：(2)电路图：下图所示的是一个N沟道增强型MOS管TN和一

3、个P沟道增强型MOS管TP组成的CMOS非门。6  (3)电路工作原理：两管的栅极相连作为输入端，两管的漏极相连作为输出端。TN的源极接地，TP的源极接电源。为了保证电路正常工作，VDD需要大于TN管开启电压VTN和TP管开启电压VTP的绝对值的和，即UDD>UTN+

4、UTP

5、。当Ui=0V时，TN截止，TP导通，Uo≈UDD为高电平；当Ui=UDD时，TN导通，TP截止，Uo≈0V为低电平。因此实现了非逻辑功能。CMOS非门除了有较好的动态特性外，由于CMOS非门电路工作时总有一个管子导通，所以

6、当带电容负载时，给电容充电和放电都比较快。CMOS非门的平均传输延迟时间约为10ns。另外由于它处在开关状态下总有一个管子处于截止状态，因而电流极小，电路的静态功耗很低，一般为微瓦（mW）数量级。由上可知该电路实现的逻辑功能为：2、电路仿真(1)步骤：a、打开LTspice软件，建立一个新文件；b、在软件界面里选取所需元件，放入画图界面；c、用导线连接各电路元器件；d、根据是实验的要求，为各元器件设定参数；e、电路设计完成后，点击“RUN”，进行仿真；f、将测量表笔放在各个测试点测试，就可以得出仿

7、真结果。(2)使用LTspice软件仿真电路图如下：6(3)仿真结果：输入1:周期为4ms的矩形波输入2:周期为8ms的矩形波6输出：四、静态CMOS非门电路版图设计1、步骤如下：(1)打开Lasi版图设计软件，创建一个新文件；(2)画出有源区：首先点击Add，在Layr中．选中active，在窗口中画一个宽为3．6u，长为6u的矩形。这里我们为了定标，必须得用到标尺；(3)画栅：在Layr中，选中poly，在有源区上画出栅极；(4)画整个pmos；(5)衬底连接(6)布线：根据电路图把要各级连接

8、起来。6注：nmos的版图的设计方法同上2、版图设计结果如下:如图，Vdd为直流电源，Vss为接地，in1和in2是两个输入端，输出端在这里没给出，可以参考原电路图。五、总结完成此次是作业是一件很有意义的事。首先是熟悉了两个很专业的设计软件（LTspice6IV电路设计仿真软件和LASI电路版图设计软件），通过自己动手亲身实践，感觉效果很好，效率很高。而且对电路原理有了进一步的认识，这是在课本上学不到的东西。这样既可以开发我的潜力，又可以培养我们的兴趣。实验中，我们还可以很直观的观察到实验现象，这

9、样一些很抽象课本知识就变的十分容易。我觉的这次作业对我们来说是一个挑战，特别是Lasi7版图设计软件的应用。在我看来，这是一个相当专业的软件。对我们来说，使用它不是很困难，但是要熟练掌握那是一件很不容易的事。因为有关它的使用教程都是英文版的，这几天设计版图就只能硬着头皮的读英文。遇到不懂的地方就查字典，我觉得这样虽然很辛苦，但很值得，因为只有拥有目标，才会拥有动力。6