基于CMOS传输门结构的基本D触发器详解.docx
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基于CMOS传输门结构的基本D触发器详解
学院：
电子科学与应用物理学院
班级：
姓名：
合作者：
完成时间：
2018年12月29日
集成电路版图课程设计
设计项目：
基于CMOS传输门结构的基本D触发器版图设计
目录
一、设计的目的和意义3
二、设计的主要内容和要求4
三、设计采用的硬件和软件环境和条件4
四、实验原理4
五、设计步骤8
六、设计心得9
七、参考文献10
1、设计的目的和意义
设计目的：
1．熟悉L-Edit电路图编辑环境、模块的编辑和引用；
2．掌握L-Edit菜单使用方法
3．掌握并认识版图设计规则检测；
4．了解如何分析所绘制的电路图的功能能够达到原来预计的效果；
5．熟悉IC制造工艺文件；
6．熟练运用软件设计电路和版图。
设计意义：
1.配合CMOS数字集成电路设计基础、集成电路设计硬件描述语言、超大规模集成电路CAD、器件模型CAD、集成电路版图设计，培养IC设计的实践能力；
2.进一步掌握基本的数字集成电路与器件设计和调试的方法与步骤；
3.掌握设计输入、编译、模拟、仿真等IC设计的基本过程；
4.进一步巩固所学IC设计相关的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际集成电路工程设计问题的能力；
5.经过查找资料、方案的设计与选择、设计仿真器件或电路、检查版图设计、撰写设计报告等一系列实践过程，实现一次较全面的IC版图设计工程实践训练
6.通过理论与实际相结合初步感悟工程设计与理论设计的不同点，提高和培养创新和实践能力，为后续课程的学习打下坚实基础。
7.提高团队合作能力。
2、设计的主要内容和要求
利用S-Edit软件画出传输门结构的D触发器，然后用L-Edit画出其版图，并作DRC验证。
3、设计采用的硬件和软件环境和条件
1．主要设备是电脑
2．软件环境：
TannerPro13.1
4、实验原理
触发器是具有记忆功能的基本存储单元，有静态和动态两种实现方法，静态主要是利用双稳态原理：
一对交叉耦合的反相器形成一个双稳态元件并且因此可以用来记忆二进制值。
这种方法的优点是只要电源电压加在该电路上，他所保持得值就一直有效，因此称为静态电路。
与此对应的动态门将数据（电荷）暂存在电路节点的寄生电容上。
这种电路的优点是电路简单、高效。
我们这次的设计要求主要是静态实现，基于CMOS传输门结构的基本D触发器版图设计，现在我主要分析静态基于CMOS传输门主从结构的正沿D触发器。
D触发器状态激励表
Qn
Qn+1
D
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
步骤一在分析基于CMOS传输门主从结构的正沿D触发器在前，先分析下图（图1）
图1基于传输门的正锁存器晶体管级实现
上图是基于传输门的正锁存器晶体管级实现，属于多路开关型锁存器，这是实现一个锁存器最稳妥和最常用的技术。
当clk为高电平时，左上角的传输门开启，左下角的关闭，数据（datain）输入；当clk为低电平时，左上角的传输门关闭，左下角的开启，数据被保存在两个交叉耦合的反相器形成一个双稳态元件中；由于是clk为高电平时，数据输入，所以被称为正锁存器。
步骤二将两级正锁存器（如图1）连接起来，得到主从结构D触发器如图2。
图2基于CMOS传输门主从结构的正沿D触发器
上图是基于CMOS传输门主从结构的正沿D触发器，也就是我们这次的设计目标，当clk为高电平时，主锁存器的数据（datain）输入，从锁存器的数据保持，主正锁存器的输出为datain的反；当clk为低电平时，主锁存器的数据保持，从锁存器出于透明模式，所以数据datain被正确的传送到Q端。
由于该触发器是由两级正锁存器连接起来的，所以属于主从结构；由于当clk为正延时，数据datain被传送到Q端，所以被称为正沿D锁存器。
棒状图是版图的一种描述形式，它仅仅是为了描述器件的相对位置，以及所
采用的基本结构形式，并不描述期间版图的具体尺寸和形状但它可以帮助我们更直观的了解原理图所对应的版图形式，而且在棒状图中可以采用源漏共用等方法为版图设计节省面积，方便进一步的优化。
利用电路结构可画出棒状图结构如图3。
图3
再根据棒状图画出版图。
版图如图4。
图4
5、设计步骤
1．打开L-Edit程序：
建立新文件，命名为DFF_2.tdb.
2．取代设定：
选择File---ReplaceSetup命令，单击出现的对话框的Fromfile下拉列表右侧的Browser按钮，选择1ights．tdb文件，再单击OK按钮，就可将lights．tdb文件的设定选择性应用在目前编辑的文件，包括格点设定、图层设定等。
3．编辑组件：
L-Edit编辑方式是以组件（Cell）为单位而不是以文件（File）为单位的，每一个文件可有多个Cell，而每一个Cell可表示一种电路布局图。
4．设计环境设定：
绘制布局图，必须要有确实的大小，因此要绘图前先要确认或设定坐标与实际长度的关系。
选择Setup命令，打开Design对话框，在Technology选项卡中出现使用技术的名称、单位与设定，如图5。
5．接着选择Grid选项卡，其中包括使用格点显示设定、鼠标停格设定与坐标单位设定，如图6所示。
图5
图6
6.根据设计规则开始画版图。
根据在原理中所画的棒状图（图3），画出版图。
版图最终绘制结果如图4所示。
7.设计规则检查：
由于绘制的图样是要制作集成电路的光罩图样，必须配合设计规则来绘制图层，才能确保流程时的效率。
6、设计心得
通过这次版图课程设计，我收获颇丰：
使我将CMOS数字集成电路设计基础、集成电路设计硬件描述语言、超大规模集成电路CAD、器件模型CAD、集成电路版图设计、微电子工艺等课程第一次结合起来，培养我的IC设计的实践能力；经过查找资料、方案的设计与选择、设计仿真器件或电路、检查版图设计、撰写设计报告等一系列实践过程，实现一次较全面的IC版图设计工程实践训练，通过理论与实际相结合初步感悟工程设计与理论设计的不同点，提高和培养创新和实践能力，为后续课程的学习打下基础。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我们人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只懂理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践结合起来，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于取得成功。
同时，对给过我们帮助的各位指导老师再次表示忠心的感谢！
附录：
参考文献
数字集成电路-电路、系统与设计（第二版）周润德译
电子工业出版社
CMOS集成电路版图—概念、方法与工具DanClein著
电子工业出版社
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