《集成电路设计实践》报告1位ALU运算单元设计.doc

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1、《集成电路设计实践》报告题目：1位ALU运算单元设计院系：自动化与信息工程学院专业班级：微电112学生学号：3110433038学生姓名：刘洋指导老师姓名：戴力称：起止时间：2015.1.5—2015.1.14成绩：一、设计任务（1）根据1位ALU运算单元所需完成的功能，给出电路图设计，完成1位ALU运算单元由电路图到晶体管级的转化；（2）绘制原理图，完成电路特性模拟，给出该寄存器的建立和保持时间；（3）遵循设计规则完成晶体管级电路图的版图，流程如下：版图布局规划——基本单元绘制——功能块的绘制——布线规划——总体版图；（4）版图检查与验证；（5）针对自己画的版图，给出实现该电

2、路的工艺流程图。二、电路设计方案的确定算数逻辑单元是指既能进行算术运算，又能进行逻辑运算的单元。下面分别介绍基于传输门逻辑和静态CMOS逻辑门的两种算术逻辑单元电路。方案一:采用传输门电路可以构成算术逻辑单元，主要是以传输门为主体的一个算术逻辑单元，根据传输门逻辑，可以写出此电路的逻辑表达式若将式中的K4-K1作为控制信号，A,B作为输入信号可根据上式列出对应的真值表，在该电路中仅需12个传输管就可跟据K4-K1不同的输入控制状态实现16种不同的逻辑功能。传输门的多功能发生器传输门多功能发生器真值表方案二：采用静态逻辑门电路亦可构成算数逻辑单元，运用不同的逻辑组合构成算数逻辑单

3、元。但是此方案需要30个管子，数量庞大。两种方案相比较，方案一这种电路具有节省管子，结构简单的优点，且该类电路的版图形状规则，占用面积小，尽管存在阈值损失，但加一个电荷保持电路即可。总共就17个管子，远小于方案二的数量。因此第一种方案比较好。三、电路特性仿真及分析1、打开S-Edit程序，S-Edit会自动将工作文件命名为File0.sdb并显示在窗口的标题栏上。2、 另存新文件：选择File—Save As命令，打开“另存为”对话框，在“保存在”下拉列表中选择保存的目录，在“文件名”文本框中输入新文件的名称3、加入输入端口与输出端口：利用S-Edit 提供的输入端口按钮与输出

4、端口按钮，标明此1位ALU运算单元的输入输出信号的位置与名称，在这里要分别建立A，B输入，K1，K2，K3，K4这4个控制信号及Y，1个输出端口。注意，符号的输入输出端口的名称要与电路输入输出端口的名称相同，大小写亦须一致。电路模拟图电路网表及输入信号电路仿真结果仿真得到的电路特性曲线根据仿真得到的电路特性曲线与前面设计时的电路要求对比可知：所模拟的电路符合设计的ALU电路要求，且能实现ALU的功能。故所模拟的电路可以使用。四、版图的布局规划及基本单元的设计ALU的版图根据前面设计的模拟电路可知：要做出一个基本的ALU，需要4个pmos和13个nmos结构。由电路中各管子器件的

5、链接可以看出，有的管子的栅极链接在一起，有的是源级链接。故而可以在设计时，使某些管子共用一个栅极或源级。制作版图时使用的是L-Edit软件，才用0.35um工艺制造。在制作版图时需要注意：所有光刻孔的几何尺寸都必须大于或等于最小距离。五、电路制造的工艺流程图Pmos：选择衬底—P阱光刻—光刻有源区—光刻多晶硅—P+区光刻—N+区光刻—光刻接触孔—光刻铝线Nmos制造工艺与上述基本相同，按版图做出Nmos和Pmos后，用刻上金属线将其按版图链接起来。然后做钝化和封装处理。1.选择衬底；2.光刻有源区：   1）生长二氧化硅层； 2）涂光刻胶； 3）掩膜对准； 4）曝光显影； 5）

6、腐蚀去胶；3.光刻多晶硅： 3.1）外延生长栅极薄氧化层；   2）淀积多晶硅；   3）涂胶光刻多晶硅； 4.源漏区掺杂：   1）源漏区光刻；   2）源漏区掺入P+离子；   3）去胶； 5.光刻接触孔：   1）淀积PSG；   2）光刻接触孔；   3）刻蚀接触孔；   4）去胶； 6.光刻铝线：   1）淀积铝； 2）光刻铝；3）去胶；7.刻钝化铝。六、总结经过两周的学习与设计，终于完成了这次算术逻辑单元ALU的设计，在第一周，我们主要学习了实用软件及画原理图，并对原理图进行运行。刚开始拿到题目时感觉很困难，无从下手，经过学长们的细心指导终于有点眉目。在第二周我们开

7、始画版图，在这期间我们遇到的困难比较多，首先是尺寸问题，还有线与线的间距，线宽，光刻孔与栅极的距离等等一系列的问题。其中最困难的是连线的问题，出错了不容易找出来。集成电路的设计流程主要有：电路图的确定、电路模拟及仿真、电路版图设计、版图与原理图的对比、后仿真。电路模拟及仿真时，需要注意电路的链接是否符合原理要求，仿真时需要注意所加的信号是否能够达到电路的实际要求。版图设计时，需要注意版图的布局、工艺要求以及间距的最小要求，且芯片尺寸尽可能小。版图与原理图对比和后仿真时，要求电路图和版图中管子