用candence编辑3-8译码器

沈阳理工大学

课程设计任务书

学院 学生姓名 设计题目 内容及要求 设计3-8译码器电路，分两部分完成，原理图输入、版图输入及验证。 （1）手动版图，电路面积最优； （2）驱动能力不作要求； （3）输入信号至输出延时1.6ns； （4）首先构建基本门单元，再利用基本门单元构造电路； （5）采用gpdk180通用工艺。 （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、后仿真、物理验证。 进度安排： 本设计持续15天，最后一天为答辩时间。 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3-5天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计； 第6-9天：完成电路设计与网表的仿真，验收原理图电路与仿真结果； 第10-12天：顶层布局与布线，完成整体版图，验收版图结果； 第13-14天：物理验证、后仿真，修改设计，验收物理验收结果和时序仿真结果； 第15天：整理设计资料，验收合格后进行答辩。 指导教师（签字）： 主管院长（签字）： 年月日

信息科学与工学院 Xxx 专业 学号 3-8译码器的设计 电子科学与技术 xxxxxxx 年月日

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摘要

3位二进制译码器又叫做3线-8线译码器，因为它有3根输入代码线、8根输出信号线。由于译码器各个输出信号逻辑表达式的基本形式是有关输入信号的与运算，所以它的逻辑图是由与门组成的阵列，这也是译码器基本电路结构的一个重要显著特点。

本文记述了电路原理图的输入、仿真电路图及对整体进行仿真并验证。其中值得注意的是在原理图输入中，对NMOS、PMOS的元件选择gpdk180元件库中的元件，在仿真电路设计中，由于3个输入并在结果中显示8个输出，且输入状态分别有000、001、010、011、100、101、110、111，在设计信号输入时要确定每个输入的周期，以便于采集整个输入状态，例如：输入A的周期为40ns，输入B的周期为120ns，输入C的周期为360ns即可完成全部状态。

关键词：IC5141，3-8译码器，CMOS，集成电路

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目录

引言 ...................................................................................................................... 4 一、逻辑分析与设计 ........................................................................................... 6 1.1状态分析 .................................................................................................. 6 1.2逻辑输出表达式 ................................................................................... 6 二．原理图输入 ................................................................................................. 7 2.1环境配置 ................................................................................................ 7 2.2 建立设计库 ........................................................................................... 7 2.3电路原理图的输入 ............................................................................... 7 2.4创建symbol ........................................................................................... 9 三仿真和性能分析 ............................................................................................. 9 3.1 创建仿真电路图 .................................................................................. 9 3.2 电路的仿真分析 ................................................................................ 10 3.3仿真结果如下： ................................................................................. 12 结论 .................................................................................................................... 13 参考文献.......................................................................................................... 14

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引言

译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，其可以分为：变量译码和显示译码两类。 变量译码一般是一种较少输入变为较多输出的器件，一般分为2n译码和8421BCD码译码两类。 显示译码主要解决二进制数显示成对应的十、或十六进制数的转换功能，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。

译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。3线—8线译码器 ，三个输入端CBA共有8种状态组合（000—111），可译出8个输出信号Y0—Y7。这种译码器设有三个使能输入端，当G2A与G2B均为0，且G1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。当译码器被禁止时，输出高电平。

EDA 技术是在电子 CAD 技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以 计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化 技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用 EDA 工具，电子设计师可 以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成， 并可以将电子产品从电路设计、 性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个 过程在计算机上自动处理完成。现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在 机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域， 都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门 广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行 模拟，都可能涉及到 EDA 技术。本文所指的 EDA 技术，主要针对电子电路设 计、PCB 设计和 IC 设计。EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。 EDA 是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统 的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复 杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用 EDA 中的仿真工具 论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用 EDA 中的芯片设计工具设计 制作芯片的版图；在电路板设计阶段，可以使用 EDA 中电路板设计工具设计 多层电路板。特别是支持硬件描述语言的 EDA 工具的出现，使复杂数字系统 设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就 可以进行该数字系统的芯片设计与制造。 世纪将是 EDA 技术的高速发展期， EDA 技术将是对 21 世纪产生重大影响的十大技术之一。 硬件描述语言 : 硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬

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件设计 的计算机高级语言，它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电 路结构和连接形式。 常用硬件描述语言有 HDL、Verilog 和 VHDL 语言。 EDA 技术发展趋势

印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场， 年夏合增长率 分别达到了 50%和 30%。 EDA 技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。 EDA 技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA 水平不断提高，设计工 具趋于完美的地步。EDA 市场日趋成熟，但我国的研发水平仍很有限，尚需 迎头赶上。EDA 技术在进入 21 世纪后，由于更大规模的 FPGA 器件的不断推 出， 在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的 EDA 软件不断 更新、增加，使电子 EDA 技术得到了更大的发展。电子技术全方位纳入 EDA 领域，EDA 使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，突出表现 在以下几个方面： 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确 认成为可能；基于 EDA 工具的 ASIC 设计标准单元已涵盖大规模电子系统及 IP 核模块；软硬件 IP 核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域 得到进一步确认；SoC 高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、集成 技术和计算机技术的迅猛发展， 电子系统的设计方法和设计手段都发生了很 大的变化。可以说电子 EDA 技术是电子设计领域的一场革命。传统的“固定 功能集成块十连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台， 而基于芯片的设计 方法正成为现代电子系统设计的主流。 作为高等院校有关专业的学生和广大 的电子工程师了解和掌握这一先进技术是势在必行， 这不仅是提高设计效率 的需要，更是时代发展的需求，只有掌握了 EDA 技术才有能力参与世界电子 工业市场的竞争，才能生存与发展。随着科技的进步，电子产品的更新日新 月异，EDA 技术作为电子产品开发研制的源动力，已成为现代电子设计的核 心。 所以发展 EDA 技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革 命，同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高的要求。特别是 EDA 技术在我国尚未普及，掌握和普及这一全新的技术，将对我国电子技术的发展具有深远的意义。在 EDA 软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也 正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有 ASIC 设计工具，但不对外开放。 中国华大集成电路设计中心，也提供 IC 设计软件，但性能不是很强。相信 在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果。

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一、逻辑分析与设计

1.1状态分析

表1.1所示为3-8译码器的真值表，输入时3位二进制代码ABC，输出是其状态译码Y0~Y7。

表1.1 三位二进制译码器真值表

输入 A 0 0 0 0 1 1 1 1

1.2逻辑输出表达式

由表1.1的真值表，可得到逻辑输出表达式如下：

??，Y1=???? C,Y2=??B??,Y3=??BC,Y4=A?? ??,Y5=A?? C,Y6=AB??,Y7=ABC. Y0=????

在原理图编辑中要使用与非及或非门，所以表达式等价为：

+??，Y3= +??，Y4= Y0= ??+??+??，Y1= ??+??+??，Y2= ??+????+????+??+??, +??，Y7= +?? Y5= ??+??+??，Y6= ??+????+??

B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y0 1 0 0 0 0 0 0 0 Y1 0 1 0 0 0 0 0 0 Y2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 输出 Y3 Y4 0 0 0 0 1 0 0 0 Y5 0 0 0 0 0 1 0 0 Y6 0 0 0 0 0 0 1 0 Y7 0 0 0 0 0 0 0 1 1

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二．原理图输入

2.1环境配置

登陆Linux之后进入的目录即是用户的家目录，可以用PWD命令查看当前工作目录并用cd命令回至家目录。输入：cd student，进入工作目录；在启动ic5141之前首先编辑启动文件 .cdsinit和cds.lib文件,用来配置快捷键和库文件。修改如下：

cp /opt/eda/cadence/lib/gpdk180_b3.2/.cdsinit .: cp /opt/eda/cadence/lib/gpdk180_b3.2/cds.lib .:

其次利用vi编辑器修改cds.lib文件，使之包含如下语句： SOFTINCLUDE /opt/eda/cadence/gpdk180_v3.2/cds.lib.cdb

至此，软件和设计目录的准备工作完成，在student目录下利用如下命令启动工具软件进入设计工作：输入icfb&。 2.2 建立设计库

在ic5141中，设计的管理以库的方式进行。其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。画版图和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，选命令File-New-Library,出现“New Library”

对话框。

（2）在对话框Library的Name项中输入新库名mylib。 （3）由于新建库后面还将用于版图绘制，选“Attach to an existing techfile”

单击“OK”，选择工艺库gpdk180，完成新库的建立。 2.3电路原理图的输入

（1）建立设计原理图：在CIW中选菜单项File-New-Cellview，填写、选择相应的选项，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-Instance,选择

gpdk180库，并选择器件及添加其参数。根据状态分析中的逻辑表达式添加所需要的27个pmos和27个nmos器件。在此基础上添加电源和地：在analogLib库中选择器件。

（3）器件互联：用细线根据逻辑原理图连接，完成8个三输入或非门及3个

反相器。完成连线后直接添加pin完成原理图输入，Add-pin弹出pin

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选项表，并命名，依此添加三个输入分别命名为A、B、C；同理添加8个输出依次为Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7。 （4）原理图如下：

图2.1 3-8译码器原理图

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（5）至此完成原理图，选择菜单项Design-Check and Save。如果出现错误

和警告返回到原理图进行修改直至没有。 2.4创建symbol

完成原理图之后，为便于仿真，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 Cellview，出现symbol生成选项表，同原理图的库名及cell name相同。

（2） 编辑symbol:在symbol编辑窗口，点击Add-Shape,编辑左侧的工具栏

画图。删去原来的绿色矩形框，调整文字并命名为3to8。至此完成symbol的编辑。

三 仿真和性能分析

3.1 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

File-New-Cellview,出现对话框，填写、选择相应的选项，进入原理图编辑器virtuoso schematic editor界面。

（2） 例化并添加器件：在原理图编辑器中菜单项Add-Instance添加Names，

在原理图编辑器中就出现了编辑的symbol,直接摆放即可。在analogLib库中选择vdd、vdc、gnd、vpulse电阻。其中添加3个vpulse Instance,设计每个参数，其中输入A的周期设为40ns、Pulse width为20ns；输入B的周期设为120ns、Pulse width为60ns；输入C的周期设为360ns，Pulse width为180ns。完成仿真电路图的参数设定。

（3） 器件互联：连线如同电路原理图输入时相同。选择菜单项Design-Check

and Save，至此，测试电路图的输入完成。

（4） 测试电路原理图如下：

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图3.1 测试电路

3.2 电路的仿真分析

对于ic5141模拟设计环境ADE来说，默认的仿真器是spectre，直接采用它对设计进行仿真和分析。

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启动模拟设计环境ADE（Analog Design Environment）,选择菜单项Tool-Analog Environment，随即启动了ADE。启动了ADE之后，进行仿真与分析设置。

添加模型与仿真文件：选择菜单项Setup-Model Libraries,进入该窗口，选择gpdk.scs,选中文件后点击OK。选中模型，设置仿真文件。选择菜单项Setup-Simulation File,填入仿真文件的路径，Include Path:/opt/eda/cadence/desigKet/gpdk180_v3.2/models完成点击OK。

设置分析类型：在ADE界面中，选择菜单项Analyses-Choose,选择仿真参数和类型，选择瞬态分析Tran,分析时间选择400ns，由于三个脉冲中最大的周期为360ns,选择左下角的Enable选项，控制一个仿真是否被启动，完成设置回到ADE界面。

信号分析射出捕捉：在ADE界面中选择菜单项Output-To be piotted-Select On Schematic，此时invtest的原理图变成活跃的，直接用鼠标点击需要查看的信号。选择inv中的输入和输出信号线。

（2）

（3）

（4）

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（5） 测试环境设置如下：

图3.2 电路测试环境

运行仿真与波形查看：选中信号后回到ADE窗口，选择菜单项Simulation-Netlist and run运行仿真，随即出现仿真文字输出和波形输出结果。

（6）

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3.3仿真结果如下：

图3.3 仿真波形

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结论

这次设计经过Layout的设计和DRC，达到了设计的任务书要求。我主要负责原理图设计与物理验证这一块，最后得出了原理图文件及检查零错误的结果。

这次专业综合课程设计历时十五天，学到很多很多的东西。同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对EDA工具的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每一步成功时，都会很高兴。在编辑原理图过程中遇到了不少问题，后来，经过屡次的修改之后，查看资料和软件的帮助文档，仔细领会设计的意图，最终解决了问题，保证了设计的按时保质的顺利完成。

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，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，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。

整体来说，这次设计还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在马老师的辛勤指导下，终于迎刃而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识。同时，对未来有了更多的自信。最后，对给过我帮助的马老师和所有同学再次表示衷心的感谢！

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参考文献

[1] 来新泉.专用集成电路设计实践 .西安电子科技大学出版社，2008.11

[2] 来新泉.专用集成电路设计基础教程 .西安电子科技大学出版社，2008.10 [3] 李冰集成电路CAD与实践电子工业出版社 ,2010.1 [4] 马平全IC5141使用教程，沈阳理工大学，2010.6

[5] 马平全.EDA技术课程设计指导书 .沈阳理工大学信息学院，2010.6

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6v0t.html