CMOS数字电路设计：反相器与2输入与非门的构建与仿真

"微电子专业基础实验（四）1，主要涉及CMOS数字电路基本单元的设计，包括反相器和2输入与非门的设计，并利用Spectre进行瞬态仿真验证。实验中会计算工艺跨导k'与MOSFET的宽度W的关系，以及探讨反相器的性能优化，如W/L比例的选择。实验还涵盖了使用EDA工具，如PCELL进行自动化版图生成，并介绍了VTC（电压传输特性）和工艺跨导的概念。" 在微电子领域，CMOS（互补金属氧化物半导体）技术是数字集成电路设计的基础。实验"微电子专业基础实验（四）1"旨在让学生深入理解并实践CMOS电路的基本设计原理。实验主要包括三个部分： 1. 计算工艺跨导k'与宽度W的关系：工艺跨导k'是衡量MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）线性区电流对栅极电压变化率的重要参数，它反映了器件的灵敏度。k'与MOSFET的宽度W有关，通过改变W可以调整MOSFET的驱动能力，从而影响电路的性能。 2. 反相器设计：反相器是数字电路中最基本的逻辑单元，由一个PMOS和一个NMOS管构成。设计反相器时，需要考虑逻辑阈值电压（Vth），确保其在输入与输出相同点为电源电压的一半，以保证上升和下降沿的延迟时间相等。实验中提到的W/L比为18，是优化反相器性能的一个关键参数，确保了PMOS和NMOS的电流平衡。 3. 设计2输入与非门：与非门是另一个常见的逻辑门，由多个反相器和其他逻辑元件组合而成。设计2输入与非门需要理解基本逻辑运算，并能正确布局和互联MOSFET以实现所需逻辑功能。 实验过程中，学生将使用Spectre进行瞬态仿真，这是一种强大的电路仿真工具，能够模拟电路在不同输入条件下的动态行为，例如计算反相器的上升、下降时间和延迟时间。此外，实验还介绍了PCELL技术，这是一种参数化的单元设计方法，可以根据MOSFET的尺寸参数自动生成版图，简化设计流程。 实验环境设置涉及到EDA平台，如Cadence的Virtuoso和Spectre，这些工具是电子设计自动化（EDA）的核心组成部分，用于电路设计、模拟和版图生成。学生需要设置相应的环境变量以正确运行这些软件。 这个实验不仅提供了理论知识的实践机会，也强调了在实际设计中如何运用这些知识，通过动手操作提升学生的技能和理解，为更高级的微电子课程打下坚实基础。