基于cadence的全加器设计报告 - 图文
更新时间:2024-01-19 23:59:02 阅读量: 教育文库 文档下载
当代数字集成电路设计报告
题 目:学 院:年 级:专 业:姓 名:学 号:指导教师:
CMOS加法器的设计
电子工程学院 2013级 集成电路工程 孟繁刚 2131376 曲伟
年 1 月 2 日
2014 CMOS加法器的设计
前言
加法器是产生数的和的装置。加数和被加数为输入,和数与进位为输出的装置为半加器。若加数、被加数与低位的进位数为输入,而和数与进位为输出则为全加器。常用作计算机算术逻辑部件,执行逻辑操作、移位与指令调用。在电子学中,加法器是一种数位电路,其可进行数字的加法计算。在现代的电脑中,加法器存在于算术逻辑单元(ALU)之中。 加法器可以用来表示各种数值,如:BCD、加三码,主要的加法器是以二进制作运算。由于负数可用二的补数来表示,所以加减器也就不那么必要。
以单位元的加法器来说,有两种基本的类型:半加器和全加器,半加器有两个输入和两个输出,输入可以标识为 A、B 或 X、Y,输出通常标识为合 S 和进制 C。A 和 B 经 XOR 运算后即为 S,经 AND 运算后即为 C。
全加器引入了进制值的输入,以计算较大的数。为区分全加器的两个进制线,在输入端的记作 Ci 或 Cin,在输出端的则记作 Co 或 Cout。半加器简写为 H.A.,全加器简写为 F.A.。 半加器:半加器的电路图半加器有两个二进制的输入,其将输入的值相加,并输出结果到和(Sum)和进制(Carry)。半加器虽能产生进制值,但半加器本身并不能处理进制值。全加器:全加器三个二进制的输入,其中一个是进制值的输入,所以全加器可以处理进制值。全加器可以用两个半加器组合而成。
一、 设计要求
本次设计要求实现一个加法器,通过从前端到后端的设计过程,了解数字
集成电路设计流程,基本单元选用复杂cmos电路实现的一位全加器,采用pmos与nmos网络完全对偶的mirror型。
图 1位加法器级联图
如图1所示,四个1位加法器级联成一个4位加法器的级联图。这种电路的好处是将每前一级的Cin与后一级的Cout直接级联,连接比较方便,电路比较好设计。版图设计也相对较简单,画出一位全加器的版图,多位全加器的版图就迎刃而解。由于采用直接级联,前一级的输出延时要累加到后一级的输入进位中,最后会导致级联越多,延时越多。为了提高性能,可以采用曼彻斯特进位链或是进位旁路。
二、全加器的逻辑关系和真值表
全加器英语名称为full-adder,是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路,称为一位全加器。一位全加器可以处理低位进位,并输出本位加法进位。多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。
A、B分别为加数与被加数,Ci为低位向本位的进位值,S为“和”,Co为本位向高位的进位值。全加器的逻辑关系为:S=A⊕B⊕Ci Co=ACi+BCi+AB=(A⊕B)Ci+AB
全加器真值表如下表:
A B Ci S Co A B Ci S Co 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
表1 全加器真值表
三、全加器电路结构的设计
本设计采用cadence软件,对全加器的电路结构进行设计、仿真,并画出版图。电路结构如下图所示。
图2 全加器电路结构图
该电路传输门1与反相器构成异或门,传输门2与反相器构成同或门,其输出分别为A⊕B、同或门与异或门的关系为:只要将异或门的输出端反相,???。如A变成?,那么异或门就变成了同或门,反之亦然。该电路实现全加器的原理为:因为
S= A⊕B⊕Ci=( A⊕B)Ci+(???)Ci
当???=0,A⊕B=1时,S=Ci 当???=1,A⊕B=0时,S= Ci
因此,求和只需用一个2选1数据选择器,用A⊕B和???作为控制信号,用Ci与Ci作为输入信号即可。
进位信号:Co=( A⊕B) Ci+AB。当A⊕B=0,则A=B=1 Co=1=A=B , A=B=0 Co=0=A=B,即Co选择A或B。当A⊕B=1,则A?B,Co=Ci,即Co选择Ci。
因此,同样用一个2选1电路,用A⊕B和???作为控制信号,Co在A和Ci选择。图中传输门5和6构成2选1电路,完成进位信号输出功能。输出端反相器一方面可以增加驱动能力,另一方面可以完成反相还原极性,因为数据选择器输入信号是?和Ci。
四、版图的设计与验证
版图测试分为DRC检测和LVS检测,下面我们分别对加法器电路进行DRC检测和LVS检测。
DRC检测:
DRC验证是为了检验设计的版图是否满足设计规则检查。一般的DRC检查文件包含以下几个部分:
(1)运行设置,设置GDS的位置,结果文件放的位置等; (2)层次定义,定义输入的层次;
(3)层次运算,产生运算需要的一些中间层次; (4)规则检查,具体对每条规则的检查;
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