模拟IC设计流程总结

Best wishes 微固学院微固学院 功率集成技术实验室功率集成技术实验室 1模拟模拟IC设计流程总结设计流程总结Analog World2 主要内容主要内容前端设计2后端设计工具4绪 论3 1后端设计3 3结 论3 5Analog World3模拟模拟IC与数字与数字IC的比较的比较Analog World4 模拟模拟IC设计的特点设计的特点Geometry is an important part of the designUsually implemented in a mixed analog-digital circuitAnalog is 20%and digital 80%of the chip areaAnalog requires 80%of the design timeAnalog World5 Requires an ability to grasp multiple concepts simultaneously Requires a wide range of skills(from system to technology)Be able to use simulation correctly (Usage of a simulator)x(Common sense)Constant Simulators are only as good as the models and the knowledge of those models by the designer Simulators are only good if you already know the answers模拟模拟IC需要掌握的技能需要掌握的技能 Dont use computer as a substitute for thinking!Simulation“truths”Analog World6 模拟模拟IC的设计流程的设计流程Analog World7 主要内容主要内容前端设计2后端设计工具4绪 论3 1后端设计3 3结 论3 5Analog World8模拟模拟IC的设计书籍的设计书籍序号序号书名书名作者作者1 1Design of Analog CMOS Integrated Circuits Behzad Razavi2 2CMOS Analog Circuit Design PHILLIP E.ALLEN/DOUGLAS R.HOLBERG3 3Analysis and Design of Analog Integrated Circuits P.R.Gray/R.G.Meyer4 4Bipolar and MOS Analog Integrated Circuit Design ALAN.B.GREBENE5 5Analog Integrated Circuits Design Johns/Martin6 6Introduction to CMOS OP-AMPS and ComparatorsROUBIK GREGORIAN7 7Analog Design for CMOS VLSI SystemsFranco Maloberti9 9CMOS Mixed-Signal Circuit DesignR.Jacob Baker,Harry W.Li,David E.Boyce1010Analog MOS Integrated Circuits IIPaul R.Gray/Bruce A.Wooley/Robert W.Paul R.Gray/Bruce A.Wooley/Robert W.BrodersenBrodersen1111Fundamentals of Power ElectronicsErickson,Robert W.1212Switching Power Supply DesignPressman,Abraham I.1313Power Electronics:Circuits,Devices and ApplicationsMuhammad H.Rashid1414Modern DC-to-DC Switchmode Power Converter CircuitsSeverns,Rudolf P.Bloom,Gordon,Ed.Analog World9逆向设计逆向设计逆向设计：逆向设计：借鉴以前成功的经验 周期短 见效快正向设计：正向设计：提供系统解决方案 周期长 系列性正向设计正向设计逆向设计逆向设计Analog World10逆向设计时的注意事项逆向设计时的注意事项(一一)多读SPEC，加深对芯片的理解。查找是否有Reliability Report，这对判断芯片的PIN脚有帮助。标注信号线最好由1-2人完成(3000个管子以上的版图除外)，养成边标线边纪录的习惯。提取版图是一个需要细心和耐心细心和耐心的过程。版图提取错误，会给随后的电路分析造成很大的麻烦和重复劳动，浪费时间，延缓浪费时间，延缓进度进度。按照版图的布局分块提取版图，注明晶体管的类型，遵循版图原状，不要合并晶体管。提取版图时应先确定器件的类型，再从POLY层画出器件，然后再从METAL层画出连线。由下至上，提高效率由下至上，提高效率。Analog World11逆向设计时的注意事项逆向设计时的注意事项(二二)整理电路时，应按照书上的标准模块电路的构架进行整理。熟悉书上的电路是关键。分析电路时，应先手动分析，然后仿真验证。划分电路功能模块时，要多看多看SPEC，要有系统的观念系统的观念，从整个系统出发进行划分。小组内应该多交流，集思广益。提前准备好芯片的外围器件model，为整体仿真做好准备。整体电路仿真时，会经常调整子电路的参数和仿真条件。要做好每次仿真的记录说明做好每次仿真的记录说明，尤其是对netlist的修改。撰写Design Note和Simulation Report，做好前端设计的结案数做好前端设计的结案数据据。不必太详细，但要重点突出，容易理解。Analog World12正向设计正向设计前端设计主要步骤如下：前端设计主要步骤如下：（1）熟悉Foundry的工艺，了解单管的I-V Curve，阅读仿真所 用的lib文件。（2）确定电路中MOS管的最小W和L，数字电路部分和开关 控制管一般取最小W和L。（3）确定SPEC，明确芯片所要达到的性能指标，即Electrical Characteristics和Typical Performance Characteristics。（4）搭建系统框图，确定主回路(实现主要功能所需模块)。（5）子电路设计(功能、结构、性能指标)。Analog World13（6）子电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。（7）整体电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。（8）撰写Design Note和Simulation Report，做好前端设计 的结案数据。（9）整理出最终电路图。标明走大电流的信号线，给出 确定的电流值；标明需要匹配的器件；标明电路中 的噪声源及对噪声敏感的信号线；标明需要特别注 意的地方。为版图设计做好准备。正向设计正向设计Analog World14 实例：电压基准源的设计实例：电压基准源的设计 等效电路图分析等效电路图分析 24242133311()ln()REFEBTRRR RRVVVnRRR RRAnalog World15电压基准源实际电路图电压基准源实际电路图增加了RC网络改善基准电压的性能Analog World16 主要内容主要内容前端设计2后端设计工具4绪 论3 1后端设计3 3结 论3 5Analog World17 后端设计流程后端设计流程Analog World18版图设计书籍版图设计书籍Analog World19后端设计步骤后端设计步骤后端设计主要步骤如下：后端设计主要步骤如下：（1）熟读Foundry提供的Design Rules，正确理解每一条 掩模设计规则。挑出五六个具有代表性的规则熟记。（2）确定芯片的封装形式，做好芯片的Floorplan。（3）建立自己的Library，定义Technology File和Display File，做好基本的cell，以备调用。（4）合理搭建整体版图的轮廓，先确定Pad(包括ESD)和 大器件(如功率管)的位置，然后进行主要信号线的布 局，最后确定各个子电路模块的形状。（5）子电路模块的子电路模块的Layout，同时进行同时进行DRC(Design Rule Check)和LVS(Layout Versus Schematic)。Analog World20（6）完成整体版图的拼接，注意模块与模块之间的走线。力求整体版图紧凑，无较大空隙。（7）进行整体版图的DRC和LVS验证，仔细检查每一个出 错的地方，必须要达到零错误才能Go on。（8）进行整体版图的LPE(Layout Parasitic Extraction)，提 取出网表并再次仿真验证电路的功能。（9）手动检查整体版图，确定无误后，导出GDS File，交 予Foundry tape out。（10）进行在线光掩膜数据检视进行在线光掩膜数据检视JDV(Job Deck View)。确认 无误后Foundry开始生产制造。后端设计步骤后端设计步骤Analog World21版图设计的技巧版图设计的技巧()()Pick Five or Six Non-min Design RulesPlenty of Wide Wiring and ViasDont Believe Your Circuit DesignerUse a Consistent OrientationDont Go OverboardAnalog World22版图设计的技巧版图设计的技巧()()Keep Off the BlocksCare for Sensitive and Noisy Signals EarlyIf It Looks Nice,It Will WorkLearn Your ProcessDont Let the Noisy Find the SubstrateAnalog World23版图设计的技巧版图设计的技巧()()Copy and Rename Cells before Making ChangesRemember Your Hierarchy LevelDraw Big Power BusesBreak Up Large CircuitCOMMUNICATE!Analog World24 实例：电压基准源的版图实例：电压基准源的版图Analog World25 主要内容主要内容前端设计2后端设计工具4绪 论3 1后端设计3 3结 论3 5Analog World26 版图设计工具版图设计工具 Virtuoso LE Virtuoso Layout Editor 版图编辑大师 Cadence最精华的部分在哪里Virtuoso Layout Editor界界面面漂漂亮亮友友好好操操作作方方便便高高效效功功能能强强大大完完备备Analog World27 版图设计工具版图设计工具 Virtuoso LE当当前前选选中中层层 全全部部可可见见或或不不可可见见 全全部部可可选选或或不不可可选选Analog World28 版图验证工具版图验证工具 Dracula Diva Diva是 Cadence 的版图编辑大师 Virtuoso LE 集成的交互式版图验证工具，具有使用方便、操作快捷的特点，非常适合中小规模单元的版图验证。Dracula Dracula是 Cadence 的一个独立的版图验证工具，按批处理方式工作，功能十分强大，目前被认为是布局验证的标准，几乎全世界所有的IC 公司都拿它作 sign-off 的凭据。Analog World29Dracula 的主要功能的主要功能1设计规则检查 DRC*2电气规则检查 ERC3版图与电路图一致性检查 LVS *4版图参数提取 LPE5寄生电阻提取 PREAttention：Dracula 的处理对象是的处理对象是GDSII文件！文件！Analog World30GDSII 格式转换格式转换执行：CIWFileExportStream 弹出如下窗口：运行目录运行目录 输出文件名输出文件名Analog World31 Dracula 之之 DRCFunction of DRC检查布局设计与制程规则的一致性。设计规则包括各层width、spacing及不同层之间的spacing、enclosure等关系。设计规则的规定是基于process variation、equipment limitation、circuit reliability。特殊情况下,设计规则允许有部分弹性。Analog World32Dracula DRC 验证步骤：验证步骤：把版图的GDSII文件导出到含有DRC规则文件的目录（run directory）下。更改DRC文件中的INDISK和PRIMARY值。在Terminal中，进入含DRC规则文件的运行目录下，依次输入如下命令：%PDRACULA%/g DRC文件名%/f% Dracula 之之 DRCAnalog World33 Dracula 之之 DRC打开待检验单元的版图视图，在工作窗口选择 ToolsDracula Interface，工具菜单里多出DRC、LVS等项。Analog World34选择DRC-setup，弹出如下图所示对话框，在Run Directory栏中填入运行DRC的路径后，点OK，打开的版图中会出现错误标记。Dracula 之之 DRCAnalog World35 Dracula 之之 DRCAnalog World36 Dracula 之之 LVSDracula LVS 验证步骤：验证步骤：1.把版图的GDSII文件导出到含有LVS规则文件的目录。2.把电路的hspice网表文件导出到含有LVS规则文件的目录。3.更改LVS规则文件中的INDISK和PRIMARY值。4.在Terminal中含LVS规则文件的目录下输入：%LOGLVS%cir 网表文件名%con 电路顶层名%xAnalog World37 Dracula 之之 LVS%PDRACULA%/g LVS文件名%/f%5.按上述步骤执行完LVS后，在工作目录下会生成名为 lvsprt.lvs的文件，打开此文件可以查看LVS结果报告。如 果版图与电路图匹配，会显示“LAYOUT AND SCHEMATIC MATCHED”，否则，会列出Discrepancy项，并注有不匹配 的部分在版图中的坐标和网表中的器件名。Analog World38 Dracula 之之 LVSSetup environment for LVSAnalog World39 Dracula 之之 LVS Select errorAnalog World40 主要内容主要内容前端设计2后端设计工具4绪 论3 1后端设计3 3结 论3 5Analog World41结结 论论 Circuit design:Make the transistor work at the best state.Layout design:Place the transistor at the best position.Test design:Validate the product as the designers idea.Best wishes 微固学院微固学院 功率集成技术实验室功率集成技术实验室 42