Transcript 인버터의 설계와 레이아웃

인버터의 설계와 레이아웃
반도체CAD과
인버터(invert)란?
• 입력과 출력의 상태를 서로 반대가 되도록
하게 하는 회로.
• 입력에 ‘1’ (High level 신호)을 가하면 출력
에는 ‘0’(Low level 신호)이 나타난다.
• 반대로 입력에 ‘0’ (Low level 신호)을 가하
면 출력에는 ‘1’(High level 신호)이 나타난
다.
• 신호의 세기를 크게 하는 증폭작용이 있다.
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CMOS 인버터
• 그림처럼 pmos와
nmos를 연결하여 사
용하는 방식
• 전력소모가 매우 적고
응답속도가 빠르다.
• Pmos와 nmos가 서로
대칭되어 있고
• 서로의 동작을 도우며
동작한다.(상보)
Vdd
IN
OUT
Vss
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CMOS 인버터의 동작
• 입력에 ‘0’을 가하면
pmos만 동작한다.
• Vdd가 pmos를 통해
서 out에 가해지므로
출력은 ‘1’이 된다.
Vdd
IN=0
OUT=1
Vss
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CMOS 인버터의 동작2
•이번엔 입력에 ‘1’을
가하면 pmos는 차단
되고 nmos는 동작한
다.
•Nmos통해서 out 이
접지와 연결되므로
출력은 ‘0’이 된다.
Vdd
IN=1
OUT=0
Vss
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CMOS 인버터 동작 개요
• 좌측으로 돌리면 PMOS
밸브는 열리고 NMOS
밸브는 잠긴다.
• 물탱크 B에 물이 찬다.
수위 높아진다.(출력신
호’1’)
• 우측으로 돌리면 pmos
밸브 잠기고 nmos밸브
열린다.
• 물탱크 B의 물이 땅으로
빠진다.수위가 낮아진다
(출력신호 “0”)
물탱크A
(전원)
pmos
밸브(입력
신호)
물탱크 B
(출력단자)
nmos
땅(접지)
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CMOS 인버터 동작 파형
입력과 출력의 상
태가 서로 반대다.
1
입력파형
0
1
출력파형
0
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인버터 회로 그리기
1. 홈피에서 다운받은 파일 Layout Study.zip 을 C:\ 폴더에 압축을
푼다.
2. 압축 푼 후 탐색기로 c:\Layout study\Software DSCH2.6c 로
가서 Dsch2.exe 파일을 더블클릭 한다.
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그림과 같은 창이 생긴다. 바탕화면은 검은색으로 표시됩니다.
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인버터 심벌을 마우스 좌측 보턴으로 누른 상태에서 끌어다 메인
화면에 가져다 놓는다 .
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인버터 심벌이 그려졌다.
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입력 보턴(청색)과 출력 램프(적색)를 끌어다 그림과 같이 만든다.
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이제 동작실험을 하기 위해 메인 화면 상단에 있는 삼각형으로 표
시된 시뮬레이션단추를 누른다. 램프가 적색으로 표시된다.
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1. 마우스로 입력 보턴(in1로 표시 된 것)을 누른다. 보턴이 적색으
로 표시 되고 램프는 흑색이 된다.
2. 한번 더 보턴을 누르면 다시 흑색으로 바뀌고 램프는 적이 된다.
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램프가 적색이면 하이레벨이고 흑색이면 로우레벨임을 표시한다. 입력보
턴이 적색(high level)이면 출력은 low level로 된다. 즉 입력과 출력상태
가 서로 반대로 된다. 이와 같이 입력과 출력상태를 반대로 만드는 회로
를 인버터라 부른다.
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인버터 실습2
• MOSFET로 인버터회로를 구성한 후 시뮬
레이션으로 동작을 확인한다.
• PMOS 가 동작할 때 NMOS는 동작을 하지
않고 NMOS가 동작할 때 PMOS는 동작을
하지 않는다.
• 입력상태가 ‘1’일 때 출력상태는 ‘0’이고 입
력상태가 ‘0’일 때 출력상태는 ‘1’이다.
• 이 두 가지를 유심히 관찰한다.
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Symbol Pallette에서 pmos와 nmos를 끌어다 놓는다. 동그라미 표시
가 있는 것이 pmos다. 아래 그림에서 위쪽에 그려진 부품이 pmos
이고 아래쪽에 그려진 부품이 nmos 이다.
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1.전원심벌(삼각형 모습)과 접지심벌(빗금 친 모습)을 끌어다 놓는다.
아래 그림에서 위쪽에 있는 부품이 전원을 표시하는 심벌로 pmos와
연결되어 있고, 접지심벌은 아래쪽에 있다. 입력 보턴과 출력 램프도
끌어다 놓는다.
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배선 그리기 용 아이콘을 누른 다음 마우스를 부품과 부
품 사이로 쭉 그어주면 선이 그려진다. 선으로 그림과 같
이 모든 부품을 연결한다.
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삼각형 모양의 시뮬레이션 단추를 누른다. 입력단자가 흑색일 때(‘0’) 출
력단자는 적색이다. 이 때 pmos 가 동작된다. 스위치가 닫혀서 연결된
상태다. 이 때 삼각형 모양의 전원 심벌에서 전기가 흘러들어 와서 램프
를 켠다.
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이번에는 입력단자를 마우스로 클릭하여 적색이 되게 한다. 출력은 흑색
으로 바뀐다. 이때 pmos 스위치가 열려서 램프에 흐르던 전기가 끊어진
다. 그래서 램프가 꺼진다. 입력이 켜지면 출력은 꺼지고 입력이 꺼지면
출력은 켜진다. 즉 입력과 출력은 항상 서로 반대상태가 된다. 이와 같은
회로를 인버터라 부른다.
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인버터 동작실습 결과
아래 문제에 답하시오.
1. 인버터란 무엇인가?
2. 인버터 입력에 ‘1’의 신호(적색)을 가하면 출력은 어떻게 표시 되는가?
3. 인버터 입력에 ‘0’의 신호(흑색)을 가하면 출력은 어떻게 표시 되는가?
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인버터 레이아웃 하기
레이아웃(Layout)이란 배치설계를 말한다. 엄마가
집안의 가구를 이리저리 옮겨서 위치를 바꾸어 놓으
면 아빠가 퇴근해서 “우와 우리 집 레이아웃 바뀌었
네” 하신다. 또 사무실의 책상을 다르게 놓는다던가
칸막이를 새로 하였다던가 하는 것을 두고 사무실 레
이아웃을 바꾼다고 말한다.
반도체 레이아웃이란 반도체 부품들의 위치를 정
해서 놓고 부품들을 서로 연결해주는 작업이다.
인버터레이아웃 하기
탐색기에서 c:\Layout Study\software Microwind 2.6a 폴
더로 가서 Microwind2.exe 를 더블클릭 한다.
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그림과 같은 창이 생긴다.
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도형 그리기- 레이어 팔레트에 있는 polysilicon 단추를 누른다. 마
우스 좌측 보턴을 누른 상태에서 사각형을 그려본다. 사각형을 그린 후
마우스 보턴을 놓으면 빨간색 사각형이 그려진다. 이번엔 Metal1 단추
누르고 사각형을 그린다.
삭제하기-이번엔 권총모양의 아이콘을 누른다. 그 다음 마우
스로 조금 전에 그린 도형을 클릭한다. 도형이 사라진다. 전체를
동시에 삭제하려면 그려진 도형보다 더 큰 사각형을 그 위에 그
려주면 된다.
도형 이동하기- 도형 이동용 아이콘을 누르고 도형보다
크게 사각형을 그리면 도형이 점선으로 바뀌고 마우스 움직
임에 다라서 움직인다. 원하는 위치로 이동을 시킨다. 잘 안
되면 잘 될 때 까지 연습을 한다. 연습이 완벽을 만든다.
pMOS 그리기- 레이어 팔
레트에 있는 트랜지스터 표시
아이콘을 누른다.
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Layout Generator 창이 생긴다. pMOS 단추를 누른다. 그
다음 하단에 있는 Generator Device 단추 누른다.
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메인화면에 마우스 포인터 놓고 좌측 보턴 클릭하면 pMOS
가 그려진다.
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nMOS그리기- 다시 레이
어 팔레트에 있는 트랜지스터
표시 아이콘을 누른다.
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Layout Generator 창이 생긴다. 이번에는 nMOS 단추를 누르고
Generator Device 단추 누른다.
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메인 화면에서 아래표시 화살표를 눌러서 pMOS를 약간 위로 올라가게
한 다음 pMOS 아래쪽에 마우스 포인터를 놓고 좌측 보턴을 클릭하면
nMOS가 그려진다.
방향이동표시 화살표
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Polysilicon 배선하기- 레이어팔레트에서 Polysilicon 레이어를
선택한 다음 pmos의 poly와 nmos의 poly를 서로 연결해 준다. 마우
스로 연결할 빈 공간 위에 사각형을 그리면 된다.
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Metal1 배선하기- 레이어팔레트에서 Metal1 레이어를 선택한
다음 pmos와 nmos의 우측에 있는 빈 공간위에 마우스로 사각형을
그려서 서로 연결해 준다.
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전원선 그리기- 이번에는 pmos의 좌측에 있는 메탈을 위로 그리
고 그 다음 가로로 전원용 메탈을 그려준다.
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접지선 그리기- nmos의 좌측에 있는 메탈을 아래로 그리고 그
다음 가로로 접지용 메탈을 그려준다.
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N-contact 그리기- 레이어 팔레트에서 N-contact 아이콘을 선택한
다음 마우스를 움직이면 n-contact이 따라온다. pmos 안에 그려 넣는다.
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P-contact 그리기-
이번에는 레이어 팔레트에서 P-contact 아이
콘을 선택한 다음 마우스를 움직여 접지선 안에 그려 넣는다.
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. 전원전압 Vdd+ 넣기- 레이어 팔레트에서 vdd+ 아이콘을(화살표
모양) 선택한 다음 전원선 안에 마우스 놓고 좌측 보턴 클릭하면 Vdd+ 표
시가 그려진다.
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접지용 Vss- 넣기. 레이어 팔레트에서 vss- 아이콘을 선택한 다
음 접지선 안에 마우스 놓고 좌측 보턴 클릭하면 그려진다.
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입력신호 넣기. 레이어 팔레트에서 클럭 아이콘을 선택한다.
Add a clock 창이 생긴다. Assign 단추 누른다.
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poly선 안에 마우스 놓고 좌측 보턴 클릭하면 clock1이 그려진다.
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출력단자 넣기. 레이어 팔레트에서 보기(눈 표시)아이콘을 선택한다.
Add a clock 창이 생긴다. Assign 단추 누른다.(창 하단에 “visible in simu”
보턴이 표시되는지 확인한다. 표시 안되면 그 보턴을 한번 눌러준다.)
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metal선 안에 마우스 놓고 좌측 보턴 클릭하면 s1이 그려진다.
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레이아웃 검증-시뮬레이션 단추를 누른다.
삭제
이동
화면확대.축소
시뮬레이션
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결과파형-입력(clock1)과 출력파형(s1)의 모습이 서로 반대임을 알 수 있다.
이로써 이 레이아웃이 인버터를 그린 것이고 제대로 레이아웃을 하였다는 것이
증명된 것이다.
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세로형
가로형
연습문제
1. 레이어 팔레트에 있는 poly-contact 을 가져다 그리시오.
2. 레이어 팔레트에 있는 n-contact 을 가져다 그리시오
3. 레이어 팔레트에 있는 p-contact 을 가져다 그리시오
집에서 과제를 수행한 학생은 위 3개를 그린 화면을 캡쳐(Alt키 와
prtSc/sysRq 를 누른다) 하여 그림파일로 저장한 후 메일
[email protected]로 보내시오