oOo ---TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ VI ĐIỆN TỬ VÀ THIẾT KẾ VLSI ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ LAYOUT MẠCH FULL-ADDER Người hướng dẫn : PGS TS... Bài tập môn học Công Nghệ Vi Điện Tử và Thiết K
Trang 1oOo
-TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ VI ĐIỆN TỬ VÀ
THIẾT KẾ VLSI
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ LAYOUT MẠCH FULL-ADDER
Người hướng dẫn : PGS TS NGUYỄN VĂN CƯỜNG
Học viên thực hiện: NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH Lớp : KTĐT KHÓA K32
Đà Nẵng, 05/2016
Trang 2Bài tập môn học Công Nghệ Vi Điện Tử và Thiết Kế VLSI
PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH FULL ADDER
Full-adder là phần tử cơ bản quan trọng trong các mạch thực hiện phép toán số học Phần tử cơ bản này thực hiện phép toán cộng các số nhị phân 1 bit (A và B) với giá trị nhớ (Cin) để tạo ra giá trị tổng và nhớ ở đầu ra
1 Đặc tả thiết kế:
- Thời gian trễ được truyền đi của tín hiệu Sum và Carry_out < 1.2 ns
- Bề mặt mạch < 1500 µm2
- Công suất động ( Vdd = 2,5V và f max = 20MHz) < 1 mW
2 Các bước thiết kế:
Bước 1: Mô tả Boole của mạch
Thiết kế bắt đầu bằng việc xem xét mô tả Boole của mạch cộng nhị phân Gọi A
và B là hai biến đầu vào và Cin là carry_in bit Bộ cộng nhị phân toàn phần là mạch tổ hợp có 3 đầu vào và 2 đầu ra
A B C in Sum (S) C out = C carry_out
Hình 1: Mô tả Boole của mạch Full-adder
Biểu thức xác định Sum và C carry_out :
Sum= A ⊕ B⊕C=ABCin+ A B Cin+ A BCin+ A B Cin
Cout= Ccarry
out= AB+ ACin+ BCin
Bước 2: Sơ đồ mức cổng của mạch cộng nhị phân toàn phần
Sử dụng sơ đồ mức cổng của full-adder như trên hình 1, có thể vẽ được sơ đồ nguyên lý của nó bằng phần mềm DSCH
Trang 3Hình 2: Sơ đồ nguyên lý của phần tử Full-adder (1bit).
Bước 3: Sơ đồ mức Transistor của mạch cộng toàn phần
Hình 3: Sơ đồ mức transistor.
PHẦN II MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI BỘ CỘNG NHỊ PHÂN TOÀN PHẦN
Trang 4Bài tập môn học Công Nghệ Vi Điện Tử và Thiết Kế VLSI
Kết quả mô phỏng hiền thị trên Led ngõ ra
+ Khi đầu vào A=0, B= 0, Cin= 0; đầu ra Carry_out = 0 ( led1 tắt), Sum_out = 0 (led
2 tắt)
+ Khi đầu vào A=0, B= 0, Cin= 1; đầu ra Carry_out = 0 ( led1 tắt), Sum_out = 1 (led
2 sáng tím)
+ Khi đầu vào A=0, B= 1, Cin= 1; đầu ra Carry_out = 1 ( led1 sáng xanh), Sum_out
= 0 (led 2 tắt)
Trang 5+ Khi đầu vào A=1, B= 1, Cin= 1; đầu ra Carry_out = 1 ( led1 sáng xanh), Sum_out = 1 (led 2 sáng tím)
Trang 6Bài tập môn học Công Nghệ Vi Điện Tử và Thiết Kế VLSI
PHẦN III LAYOUT VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM MICROWIND 3.1
Thiết kế layout tự động bằng Microwind 3.1:
Khởi tạo file Verilog để thực hiện layout tự động bằng phần mềm Microwind 3.1
Trang 7Hình 4: Sơ đồ layout tự động bằng Microwind 3.1
Giãn đồ thời gian mô phỏng dạng sóng vào/ ra của mạch full-adder auto, kết quả được minh họa như hình 5:
Hình 5: Dạng sóng mô phỏng
Layout mạch full-adder được chạy tự động bằng phần mềm Microwind3.1 Mạch logic được thiết kế hoạt động đúng theo yêu cầu Do vậy ta sẽ thiết kế layout dựa trên sơ
đồ mạch logic này
Bước 1: Chọn công nghệ thiết kế mạch
Trang 8Bài tập môn học Công Nghệ Vi Điện Tử và Thiết Kế VLSI
Theo yêu cầu kỹ thuật, add vào file rules của phần mềm mô phỏng
Bước 2: Bắt đầu vẽ layout
Trước khi vẽ mạch chi tiết gồm các NMOS và PMOS ta cần sử dụng Metal1 để tạo nguồn (VDD+) và đất (VSS-)
Bước 3: Ta chọn các thông số cho NMOS và PMOS thích hợp với mạch cần thiết kế Bước 4: Ứng dụng các tool move, cut, zoom, text… để vẽ và đặt tên cho mạch Sau khi hoàn thành phần vẽ layout trên phần mềm MICROWIND 3.1 chúng ta được kết quả như sau:
Trang 9Hình 6: Sơ đồ layout bằng tay bằng Microwind 3.1.
o O o