【正文】 成都電子機(jī)械 高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 目 錄 摘要 ..........................................................................................3 第一章 引言 ..........................................................................3 167。 集成電路版圖設(shè)計(jì)的 發(fā)展 現(xiàn)狀和趨勢(shì) ..................3 167。 CMOS 電路的發(fā)展和特點(diǎn) .......................................5 第二章 CMOS 運(yùn)算放大器電路圖 ......................................8 167。 Pspice 軟件介紹 ....................................................8 Pspice 運(yùn)行環(huán)境 .........................................12 Pspice 功能簡(jiǎn)介 .........................................12 167。 CMOS 運(yùn)算放大器電路圖的制作 ......................14 167。 小結(jié) ..........................................................................20 第三章 版圖設(shè)計(jì) ..................................................................20 167。 LEDIT 軟件介紹 .................................................20 167。 設(shè)計(jì)規(guī)則 ................................................................21 167。 集成電路版圖設(shè)計(jì) ................................................24 PMOS 版圖設(shè)計(jì) .........................................24 NMOS 版圖設(shè)計(jì) .........................................27 CMOS 運(yùn)算放大器版圖設(shè)計(jì) .....................27 優(yōu)化設(shè)計(jì) .......................................................32 第四章 仿真 ...........................................................................40 成都電子機(jī)械 高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 167。 DRC 仿真 ..............................................................41 167。 LVS 對(duì)照 ..............................................................42 第五章 總結(jié) ..........................................................................48 附錄 ..........................................................................................50 參考文獻(xiàn) ..................................................................................52 致謝 ..........................................................................................53 成都電子機(jī)械 高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 摘 要 介紹了 CMOS 運(yùn)算放大電路的版圖設(shè)計(jì)。并對(duì) PMOS、 NMOS、 CMOS 運(yùn)算放大器版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則做了詳細(xì)的分析。通過設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（ DRC）和版圖與原理圖對(duì)照（ LVS）表明，此方案已基本達(dá)到了集成電路工藝的要 求。 關(guān)鍵詞 ： CMOS 放大器 NMOS PMOS 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 版圖與原理圖的對(duì)照 Abstract The layout desigen of CMOS operation amplifer is presented in this the layouts and design rules of PMOS,NMOS, and CMOS operation amplifer. The results of design rule check(DRC)and layout verification schmatic(LVS) shown that the project have already met to the needs of IC fabricated processing. Keywords: CMOS Amplifer NMOS PMOS DRC LVS 第一章 引言 1． 1 集成電路版圖設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 集成電路的出現(xiàn)與飛速發(fā)展徹底改變了人類文明和人們?nèi)粘Ｉ畹拿婺俊?近幾年，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)取得了飛速發(fā)展。中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球半 導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，即使在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陷入有史以來程度最嚴(yán)重的低迷階段時(shí)，中國(guó)集成電路市場(chǎng)仍保持了兩位數(shù)的年增長(zhǎng)率，憑借巨大的市場(chǎng)需求、較低的生產(chǎn)成本、豐富的人力資源，以及經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展和寬松的政策環(huán)境等眾多優(yōu)勢(shì)條件，以京津唐地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)和珠成都電子機(jī)械 高等專科學(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 江三角洲地區(qū)為代表的產(chǎn)業(yè)基地迅速發(fā)展壯大，制造業(yè)、設(shè)計(jì)業(yè)和封裝業(yè)等集成電路產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)逐步完善。 2021年中國(guó)集成電路市場(chǎng)銷售額為 億元，同比增長(zhǎng) %。其中 IC 設(shè)計(jì)業(yè)年銷售額為 億元，比 2021 年增長(zhǎng) %。 2021年中國(guó) 集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到 億元，同比增長(zhǎng) %，集成電路市場(chǎng)銷售額為 億元，同比增長(zhǎng) %。而計(jì)算機(jī)類、消費(fèi)類、網(wǎng)絡(luò)通信類三大領(lǐng)域占中國(guó)集成電路市場(chǎng)的 %。 目前，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了 IC設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試三業(yè)及支撐配套業(yè)共同發(fā)展的較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈格局，隨著 IC設(shè)計(jì)和芯片制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)集成電路價(jià)值鏈格局繼續(xù)改變，其總體趨勢(shì)是設(shè)計(jì)業(yè)和芯片制造業(yè)所占比例迅速上 升。 集成電路掩模版圖設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)集成電路制造所必不可少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到集成電路的功能是否正確，而且 也會(huì)極大程度地影響集成電路的性能、成本與功耗。近年來迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)、通信、嵌入式或便攜式設(shè)備中集成電路的高性能低功耗運(yùn)行都離不開集成電路掩模版圖的精心設(shè)計(jì)。一個(gè)優(yōu)秀的掩模版圖設(shè)計(jì)者對(duì)于開發(fā)超性能的集成電路是極其關(guān)鍵的。 集成電路掩模版圖設(shè)計(jì)是一門技術(shù)，它需要設(shè)計(jì)者具有電路系統(tǒng)原理與工藝制造方面的基礎(chǔ)知識(shí)。但它更需要設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性、空間想象力和耐性，需要設(shè)計(jì)者長(zhǎng)期工作的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的積累，需要設(shè)計(jì)者對(duì)日新月異的集成電路發(fā)展密切成都電子機(jī)械 高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 關(guān)注和探索。 1． 2 CMOS 電路的發(fā)展和特點(diǎn) 互補(bǔ)金屬 氧化物 半導(dǎo)體 集成電路，簡(jiǎn)稱 CMOS 電路，是集成電路中于六十年代后期才發(fā)展起來的后起之秀。大家知道，半導(dǎo)體概念雖然早在三十年代初期就已經(jīng)提了出來。但是由于當(dāng)時(shí)對(duì)半導(dǎo)體表面的認(rèn)識(shí)不足和實(shí)際工藝控制不良，所以真正的場(chǎng)效應(yīng)器件一直未能付諸實(shí)現(xiàn)。只有到了六十年代，隨著平面型晶體管的發(fā)展，以及人們對(duì)于半導(dǎo)表面性質(zhì)認(rèn)識(shí)的深化，特別是具有優(yōu)良性能的熱生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的成功生長(zhǎng)，才導(dǎo)致 MOS絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管和 MOS集成電路的問世。 互補(bǔ)型 MOS 集電路，也早在 1963 年首先由萬(wàn)勒斯（ F。 M。 Wanlass）和薩（ C。 T。 Sah）在國(guó)際固體電路會(huì)議上提出。他們發(fā)表了題為“使用場(chǎng)效應(yīng)金屬氧化物半導(dǎo)體三極管的毫微瓦邏輯”的文章。他們的工作表明，采用硅平面工藝制成的一對(duì)增強(qiáng)的 P溝道和 N溝道互補(bǔ) MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以組成一個(gè)基本倒相器具。上方為一個(gè) N溝道 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，下方為一個(gè) P 溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 他們用由這種倒相器組成的三級(jí)環(huán)形振蕩器測(cè)量了電路的延遲時(shí)間。指出這樣的邏輯電路具有極低的靜態(tài)功耗，高的輸入阻抗和較快的工作速度。同時(shí)還指出用互補(bǔ)電路形式組成其他邏輯電路，如或非門、置位復(fù)位觸發(fā)器的可能性。他們的工作為 CMOS集成電路奠定了 基礎(chǔ)。但是因?yàn)橐谕还杵现谱鲀煞N溝道的 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，又都要保證增強(qiáng)型工作，其工藝難度比單溝道電路大得多。所以直到六十年代末期才由美國(guó)無線電公司生產(chǎn)出 CMOS 集成電路供應(yīng)市場(chǎng)。 成都電子機(jī)械 高等專科學(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 一旦 CMOS 集成電路在電子領(lǐng)域中嶄露頭角，由于它本身的優(yōu)異性能，立刻受到人們的極大重視，發(fā)展極為迅速。美國(guó)、日本等國(guó)家的各主要半導(dǎo)體廠家競(jìng)相生產(chǎn)。電路產(chǎn)量成倍增長(zhǎng)，電路品種日新月異，電路規(guī)模逐步加大。例如 1973年在美國(guó)半導(dǎo)體通用邏輯電路的生產(chǎn)中， CMOS 電路僅占第四位，次于 TTL 電路，ECL 電路和 DTL 電路。但是 自 1975 年以來，它就大大地超過了 ECL 和 DTL 電路而躍居第二位。不僅取代了速度慢、功耗大的 PMOS 電路，而且也壓倒了除去 TTL電路以外的一切雙極型電路。表 11 中給出美國(guó)各類半導(dǎo)體邏輯電路（不包括存貯器和微處理機(jī)）近年來的發(fā)展情況?？梢钥闯?， CMOS 電路至今仍然保持著蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。 幾年來 CMOS 電路的品種和參量指標(biāo)也不斷提高。例如美國(guó)無線電公司的CD4000 系列已從幾十種發(fā)展到一百多種。其中增加了高速系列和許多中、大規(guī)模電路。電源電壓的花園也由 3~18 伏擴(kuò)大到 3~20 伏。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)了 74C 系列的 CMOS 電路產(chǎn)品，它是與是 TTL 電路的 7400 系列具有相同的管腳排列，因而可以直接取代之。此外費(fèi)爾查德公司發(fā)展了等平面工藝的 CMOS 電路，成都電子機(jī)械 高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 哈里斯公司研制了介質(zhì)隔離的 CMOS 電路產(chǎn)品，均使電路性能不斷提高。特別是用 SOS 工藝制成的 CMOS1024 位的隨機(jī)存取存貯器以及 CMOS 微處理機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)，標(biāo)志著 CMOS 電路已經(jīng)進(jìn)入了大規(guī)模電路的領(lǐng)域。 為了進(jìn)一步提高 CMOS 電路的集成度，各廠家也正從事一些新工藝方案和新線路形式的研究。例如美國(guó)無線電公司的閉合 CMOS 邏輯（ C2L），菲利浦公司應(yīng)用局部氧化 工藝于 CMOS 電路（ Locmos） , 都可以大大減小隔離面積，使集成度進(jìn)一提高。東芝公司的致力態(tài)時(shí)鐘 CMOS 電路（ C2MOS），也可以減小器件的數(shù)目。 我國(guó) CMOS 集成電路在七十年代初已有單位從事研制和生產(chǎn)。四機(jī)部主持的全國(guó) CMOS電路品種優(yōu)選和聯(lián)合設(shè)計(jì)定型工作，更加促進(jìn)了 CMOS電路的發(fā)展。目前生產(chǎn)的單位已經(jīng)普及全國(guó)，品種也大為增加。 CMOS 電路的發(fā)展如此迅速是與它本身具有的優(yōu)良性能分不開的。 CMOS電路與其他類型邏輯電路的比較在表 12 中給出。 可以看出， CMOS 電路的靜態(tài) 功耗極低，動(dòng)態(tài)功耗比例于工作頻率。其邏成都電子機(jī)械 高等專科學(xué)校畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 輯擺幅大，抗干擾能力很強(qiáng)，特別適宜于噪音環(huán)境惡劣 條件下工作。它的工作速度也較快，一般工藝的 CMOS 電路比單溝道的 MOS 電路要快，而 SOS 工藝的 CMOS電路可以與雙極型的 TTL 電路媲美，但功耗要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外， CMOS 電路的工作電源電壓范圍很寬，只需要單一電源工作，對(duì)電源的穩(wěn)定度要求不高，便于與其他類型電路接口。 但是因?yàn)?CMOS 電路隔離工藝采用的隔離環(huán)占用面積較大，影響集成的提高。圖 1。 2中給出 CMOS 與其他電路版圖尺寸的比較。所以改進(jìn) CMOS 電路的隔離工藝以提高 集成度，是它的一個(gè)主要問題。由于 CMOS 電路的工藝難度較高，成本較貴。故初期發(fā)展的 CMOS 電路大多局限應(yīng)用于功耗的特殊領(lǐng)域中，如一 般電子儀器和電子手表等。但是隨著工藝水平的不斷提高， CMOS 電路的成本也在逐步下降。目前功能和集成度與 TTL 電路相當(dāng)?shù)?CMOS 電路，其成本已接近或略低于 TTL 電路