施密特触发器设计.docx

1、成绩评定表学生姓名班级学号专业课程设计题目评语组长签字：成绩日期20 年 月日课程设计任务书学院专业电子科学与技术学生姓名班级学号课程设计题目施密特触发器设计实践教学要求与任务：完成施密特触发器电路设计。(1)电路面积最优；(2)注意设计CMOS工艺实现；(3)回差不限；(4)输出状态切换时间0.1ns；(5)采用gpdk0.18通用工艺模型库；(6)完成全部流程：设计规范文档、原理图输入、功能仿真、基本单元版图、整体版 图、物理验证等。工作计划与进度安排：第1-2天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始 设计方案和验证方案的准备；第3天：完成设计与验证方案，经指导

2、老师验收后进入模块电路设计；第4-5天：完成电路设计，并完成功能仿真；第6天：单元版图设计并物理验证；第7-8天：布局布线，完成版图；第9天：物理验证、后仿真，修改设计；第10天：整理设计资料，验收合格后进行答辩。指导教师：201年 月日专业负责人：201 年 月日学院教学副院长：201 年 月日摘要施密特触发器(Schmitt Trigger)是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。利用它 所具有的电位触发特性，可以进行脉冲整形，把边沿不够规则的脉冲整形为边沿陡峭的 矩形脉冲；通过它可以进行波形变换，把正弦波变换成矩形波；另一个重要用途就是进 行信号幅度鉴别，只要信号幅度达到某一设定值，触发器就

3、翻转。本次课程设计是在 cadence公司的全定制平台IC5141下，完成了施密特触发器的全定制电路设计。根据施 密特触发器在性能上的特点以及设计要求，采用180nmpdk工艺库并用CMOS工艺实现。 实现施密特触发器的关键是反馈电路的构建，最简单的方法是采用电阻反馈的方式。首 先，根据电路图进行原理图的绘制，然后进行电路测试。在版图部分要对N管和P管进 行例化。最后，进行DRC和LVS验证。IC5141工具主要包括集成平台design frame work II原理图编辑工具virtuoso schematic editor仿真工具spectre版图编辑工具virtuoso layout e

4、ditor以及物理验证 工具divao关键字：施密特触发器；全定制；物理验证；1电路设计11.1原理分析11.2施密特触发器电路12施密特原理图输入32.1建立设计库32.2电路原理图输入43电路仿真与分析53.1 仓ij建 symbol53.2创建仿真电路图53.3电路仿真与分析64电路版图设计94.1建立pCell库版图94.2 pCell库器件参数化114.3器件板图绘制145物理验证175.1设计规则检查DRC175.2 LVS 检查17结论21参考文献221电路设计1.1原理分析施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈 值电压，分别称为正向阈值电压和负

5、向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的 过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压Vt+,在输入信号从高电平下 降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压VT-o正向阈值 电压与负向阈值电压之差称为回差电压AVro1.2施密特触发器电路将两级反相器串接起，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就构成了图l-l(a)所示的施密特触发器电路。其中G、G2是CMOS电路，它们的阈值电压 Vth=0.5Vdd,且R1VR2。图1.1(b)为其图形符号。图1.1用CMOS反相器构成的施密特触发器普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则

6、是 滞回的。如果以图1.1 (a)中的V。作为输出端，则得到得电压传输特性将如图1.2 (a)所示, 这种形式的电压传输特性叫做同相输出。如果以图1.1 (a)中的v。、作为输出端，则得到得电压传输特性将如图1.2 (b)所 示，这种形式的电压传输特性叫做反相输出。图1.2施密特触发器的电压传输特性由于图L1电路的电路图中含有电阻，在电路功能实现以及版图绘制时有较多的限 制，故在本次设计中并未采用这种结构。图1.3就是这次设计所采用的电路。图1.3 CMOS施密特触发器2施密特原理图输入原理图的绘制要在Linux下的IC5141下完成。本次设计中采用cadence的3.2版的 180nmpdk

7、 (/opt/eda/cadence/lib下)工艺库。使用Cadence,必须在计算机上作一些相应 的设置，这些设置包括很多方面。作为初学者，只需进行几项简单设置即可，在此不再 赘述。环境配置完成以后，在工作目录下键入icfb&IC, IC514界面即可启动。2.1建立设计库在ic5141中，设计的管理以库的方式进行。库管理器中包含有设计使用的工艺库和 ic5141软件提供的一些元件库，如analogLib, basic等。用户在工作过程中建立的库也 放在库管理器中。无论画电路图还是设计版图，都和建库有关，建电路图库的步骤如下。1) CIW界面点击File菜单，出现下拉菜单，选命令NewLi

8、brary,出现“New Library”对话框。2)在对话框Library的Name项中输入新库名mylibo在Technology File项中提示: “如果要在这个库中建立掩模版图或其他物理数据，需要技术文件”若只需要用电路图或 HDL数据，则不需要技术文件。3)由于新建库后面还将用于版图绘制，因此选第二个选项，即“Attach to an existingtechfile,单击“OK”按钮，选择工艺库gpdkl80o下面可以进行电路原理图绘制了。 具体可见图2.1所示。图2.1新建设计库设计库建立好后，就可以开始画电路原理图，具体过程如下：1）建立设计原理图：在CIW中选菜单项File

9、NewCellview，出现“Create -New File”对话框，新建inv单元，填写、选择相应的选项即可，点击OK按钮，进入 原理图编辑器virtuoso schematic editor界面。2）例化并添加器件：在原理图编辑器中选择菜单项Add-nstance,出现添加器件 对话框，选择相应的器件，并根据设计要求填写相应参数。并按着电路原理图的相应位 置摆放器件。3）器件互联：在电路图编辑窗口菜单中，选择“Add”.才Wire（narrow）”或点击工具 栏中的放置细线或用快捷键w,便可以将已经放置好的元件连接起来。4）添加输入输出端口：完成连线后直接添加pin完成原理图输入。选择“

10、Add”-“Pin” 或点击工具栏中的放置端口或用快捷键P均可，弹出pin选项表，填好端口名，并使之 与端口方向（分别为input和output）的选项一致，即可完成输入输出端口的添加。5）检查与保存。选择Design”Check and Save”,如果电路图有绘制问题，会报 告出错。至此我们就完成了整体电路图绘制。整体原理图如图2.2所示：图2.2施密特触发器原理图3电路仿真与分析3.1 创建 symbol完成原理图之后，为便于进行仿真，需要进行symbol的创建。（1）生成符号图：在原理图编辑窗口，点击菜单项Design-Create Cellview -From Cell view,出

11、现symbol生成选项表（图3.1上部分），点击OK按钮出现图3.1下部分。图3.1 symbol生成选项表在的表项中只采用默认值，直接点击OK按钮，即可看到symbol编辑窗口。3.2创建仿真电路图完成电路原理图的输入之后，为了对设计进行仿真和性能分析，需要建立一个仿真 平台，将电源、各种激励信号输入待测的电路inv,然后采用仿真器进行分析。1）建立设计原理图：在命令解释器窗口 CIW中选菜单项FileNewCellview,出 现“Create New File”对话框，填写、选择相应的选项，点击OK按钮，进入原理图编辑 器virtuoso schematic editor界面。（同前述电

12、路原理图输入时的操作一样）。2）例化并添加器件：在原理图编辑器中选择菜单项Add-Instance （或者按快捷键 i,或者点击编辑器左侧的工具栏Instance按钮均可）出现例化选项表。分别添加vdd和 gnd（注意这里采用的是analogLib库中的元件）。添加负载电容，设置电源vdc和输入信 号。3）器件互联：连线这里不详述，操作同电路原理图输入。最后得到的仿真电路图 如图3.2所示一致。图3.2施密特触发器仿真电路图3.3电路仿真与分析对于ic5141模拟设计环境ADE来说,默认的仿真器是spectre,这里直接采用spectre 对设计进行仿真和分析。（1）启动模拟设计环境ADE （

13、Analog Design Environment）：在图3.2的窗口中选 择菜单项ToolsAnalog Environment,随即启动ADE。窗口如图3.3所示。所示我们的电路仿真与分析就要在该平台下进行。图3.3 ADE启动界面(2)添加模型与仿真文件:在图3.3的界面中，选择菜单项Setup-Model Libraries, 进入ModelSetup Library窗口。然后点击右下角的Browse.按钮，进入模型库的选择， 如下图3.4所示。点击OK按钮选中模型文件gpdk.scs,窗口回到Model Library Setup 界面。在Section(opt)下的框中填入stat

14、,点击Add按钮添加模型文件。最后点击OK选 中模型文件并退出。选定模型后，还需要设置仿真文件。选择菜单选项Setup-Simulation Files,弹窗口 中填入仿真文件的路径，点击OK完成设置。图3.4仿真分析模型选择(3)设置分析类型：根据不同的需要，可以对电路进行不同类型的分析。在此选 择瞬态(transient)分析。在ADE界面中，选择菜单项AnalysesChoose,选择仿真参 数和类型，分析时间相对于激励适当即可。13（4）信号分析输出捕捉：这里选择需要查看的信号。在ADE界面中，选择菜单项 Output*To be plotted-Select On Schematic

15、,此时 invTest 的原理图窗 口变成活跃的，直 接用鼠标点击需要查看的信号即可。这里选择inv的输入和输出信号线，可以看见这两 个信号线的颜色发生了变化，表示被选中。（5）运行仿真与波形查看：选中信号后回到ADE窗口，此时的窗口内容如下图 3.5所示。图3.5完成设置的ADE选择菜单项SimulationNetlist and run (或相应工具栏按钮)，运行仿真，直接点击 OK关闭弹出的欢迎页(Welcome to spectre)。随即出现仿真文字输出和波形输出。波形 如图3.6所示：144电路版图设计本课程设计采用工具软件为cadence平台ic5.1.41,主要为Virtuoso,用于原理图、 版图输入，DIVA用于提取、DRC、LVSo这里首先建立一个基本器件版图库，再将器 件加上参数，使之成为参数化单元库(Parameterized Cell)o然后在参数化器件基础上， 绘制设计的版图。最后对设计版图进行版图提取、DRC/LVS验证。4.1建立pCell库版图软件工具启动