模拟IC设计流程总结

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Analog World,模拟,IC,设计流程总结,1,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,3,5,2,模拟,IC,与数字,IC,的比较,3,模拟,IC,设计的特点,Geometry is an important part of the design,Usually implemented in a mixed analog-digital circuit,Analog is 20% and digital 80% of the chip area,Analog requires 80% of the design time,4, 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,IC,需要掌握的技能,Dont use computer as a substitute for thinking!,Simulation “truths”,5,模拟,IC,的设计流程,6,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,3,5,7,模拟,IC,的设计书籍,序号,书名,作者,1,Design of Analog CMOS Integrated Circuits,Behzad Razavi,2,CMOS Analog Circuit Design,PHILLIP E. ALLEN/ DOUGLAS R. HOLBERG,3,Analysis and Design of Analog Integrated Circuits,P.R. Gray /R.G. Meyer,4,Bipolar and MOS Analog Integrated Circuit Design,ALAN. B. GREBENE,5,Analog Integrated Circuits Design,Johns/Martin,6,Introduction to CMOS OP-AMPS and Comparators,ROUBIK GREGORIAN,7,Analog Design for CMOS VLSI Systems,Franco Maloberti,9,CMOS Mixed-Signal Circuit Design,R.Jacob Baker,Harry W. Li,David E. Boyce,10,Analog MOS Integrated Circuits II,Paul R. Gray/Bruce A. Wooley/Robert W. Brodersen,11,Fundamentals of Power Electronics,Erickson, Robert W.,12,Switching Power Supply Design,Pressman, Abraham I.,13,Power Electronics :Circuits,Devices and Applications,Muhammad H. Rashid,14,Modern DC- to-DC Switchmode Power Converter Circuits,Severns, Rudolf P. Bloom, Gordon, Ed.,8,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：,提供系统解决方案 周期长 系列性,正向设计,逆向设计,9,逆向设计时的注意事项,(,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,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,。,10,逆向设计时的注意事项,(,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,SPEC,，要有,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,，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据,。不必太详细，但要重点突出，容易理解。,11,正向设计,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,),。,12,（,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,13,实例：电压基准源的设计,等效电路图分析,14,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,15,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,3,5,16,后端设计流程,17,版图设计书籍,18,后端设计步骤,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,Layout,，,同时进行,DRC(Design Rule,Check),和,LVS(Layout Versus Schematic),。,19,（,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,JDV(Job Deck View),。确认,无误后,Foundry,开始生产制造。,后端设计步骤,20,版图设计的技巧,(),Pick Five or Six Non-min Design Rules,Plenty of Wide Wiring and Vias,Dont Believe Your Circuit Designer,Use a Consistent Orientation,Dont Go Overboard,Tip,1-5,21,版图设计的技巧,(),Keep Off the Blocks,Care for Sensitive and Noisy Signals Early,If It Looks Nice, It Will Work,Learn Your Process,Dont Let the Noisy Find the Substrate,Tip,6-10,22,版图设计的技巧,(),Copy and Rename Cells before Making Changes,Remember Your Hierarchy Level,Draw Big Power Buses,Break Up Large Circuit,COMMUNICATE!,Tip,11-15,23,实例：电压基准源的版图,24,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,3,5,25,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,面,漂,亮,友,好,操,作,方,便,高,效,功,能,强,大,完,备,26,版图设计工具,Virtuoso LE,当,前,选,中,层,全,部,可,见,或,不,可,见,全,部,可,选,或,不,可,选,27,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。,28,Dracula,的主要功能,1设计规则检查,DRC,*,2,电气规则检查,ERC,3,版图与电路图一致性检查,LVS,*,4,版图参数提取,LPE,5,寄生电阻提取,PRE,Attention,：,D,racula,的处理对象是,GDSII,文件！,29,GDSII,格式转换,执行：,CIWFileExportStream,弹出如下窗口：,运行目录,输出文件名,30,Dracula,之,DRC,Function 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。,31,Dracula DRC,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,DRC,32,Dracula,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。,33,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,DRC,34,Dracula,之,DRC,35,Dracula,之,LVS,Dracula LVS,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,%,x,36,Dracula,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。,37,Dracula,之,LVS,Setup environment for LVS,38,Dracula,之,LVS,Select error,39,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,3,5,40,结 论,1,Circuit design: Make the transistor,work at the best state.,2,Layout design: Place the transistor at,the best position.,3,Test design: Validate the product as,the designers idea.,41,Thank You !,42,