模拟集成电路设计流程

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,*,*,Spectre/Virtuoso/Calibre,工具使用介绍,2024/9/12,1,模拟集成电路的设计流程,1.,交互式电路图输入,2.,电路仿真（,spectre,）,3.,版图设计 （,virtuoso,）,4.,版图的验证（,DRC LVS,） （,calibre,）,5.,寄生参数提取（,calibre,）,6.,后仿真 （,spectre,）,7.,流片（,gdsii,）,全定制,2024/9/12,2,Cadence,中,Spectre,的模拟仿真,1,、进入,Cadence,软件包,2,、建立可进行,SPECTRE,模拟的单元文件,3,、编辑可进行,SPECTRE,模拟的单元文件,4,、模拟仿真的设置,(,重点,),5,、模拟仿真结果的显示以及处理,6,、分模块模拟,(,建立子模块,),7,、运算放大器仿真实例,2024/9/12,3,一、进入,Cadence,软件包,登陆到服务器上后，进入,adelibic5,这个文件夹（如果没有这个文件夹，按照,vlsi,课件实验,1,自行拷贝）,在命令行输入,source /eva02/dept23/uwb03/.cshrc.ic23,icfb&,红色界面的,IC5141,窗口出现，之后,ciw,弹出来,2024/9/12,4,二、建立可进行,SPECTRE,模拟的单元文件,主窗口分为信息窗口,CIW,、命令行以及主菜单。信息窗口会给出一些系统信息（如出错信息，程序运行情况等）。在命令行中可以输入某些命令。,主菜单包括：,1,、,File,菜单,2,、,Tools,菜单,3,、,Options,菜单,2024/9/12,5,设计环境设置,工艺库工作站目录,/eva02/ic/BA083006/smic18/,关联工艺库的方法,在,cds.lib,中加入如下语句（用,Vi,或,Gvim,编辑器）,INCLUDE /eva02/ic/BA083006/smic18/cds.lib,工艺模型文件目录,/eva02/ic/BA083006/smic18/models/spectre,这个目录下有如下文件,其中,ms018_v1p7*,是普通器件模型文件，,ms018_rf_v1p6*,是,RF,器件模型文件，我们实验只用到普通器件，因此只需要前者，电路仿真时,Spectre,会自动加载这几个文件,2024/9/12,6,相关工艺参数可以在,ms018_v1p7_spe.mdl,文件中查到：,N18,：,Tox=3.87n (,可由此算出,Cox),vth0=0.39(,无衬偏效应,),u0=34m,P18,：,Tox=3.74n,Vth0=-0.402,u0=8.6m,lambda,的选取可以参照,razavi,书上的,lambda,与,L,成反比，,其中,L,0.5um,时,lambdaN,0.1,lmabdaP=0.2,模型中各工艺参数定义可参考,bsimset.pdf,文件。,2024/9/12,7,建立新库、新单元以及新视图,在,CIW,中，,File-New-Library,，,在弹出的“,New Library”,窗口，,Name,栏中：,mylib,选中右下方：,Attach to an existing techfile,点击,OK,，之后弹出图,2,，选,smic18mmrf,，点击,ok,查看,CIW,窗口：,Tools-Library Manager,，在,Library,中应有,mylib,，,单击,它。,在,Library Manager,窗口，,File-New-Cellview,，,在弹出的“,Create New File”,窗口,Cell Name,栏中，,opam,Tool,栏中，选,Composer-Schematic,OK,，弹出新的原理图编辑窗口,Library,Cell,Schematic,Symbol,Layout,Verilog,（,View,）,8,Library,Cell以及View的关系,1,、,library(,库,),的地位相当于文件夹，它用来存放一整个设计的所有数据，包括子单元（,cell,）以及子单元（,cell,）中的多种视图（,view,）。,新建库时注意选择链接所用工艺,pdk,的,techfile,。,2,、,Cell,（单元）可以是一个简单的单元，像一个与非门，也可以是比较复杂的单元（由,symbol,搭建而成）。,3,、,View,则包含多种类型，常用的有,schemetic,，,symbol,，,layout,，,calibre,等等,新建,Cellview,要注意选择,View,的类型。,2024/9/12,9,添加元件（实例,instance,）,在弹出的“,Virtuoso Schematic Editing:”,窗口中，左边为工具栏，选,instance,图标（或,i,）,单击“,Add instance”,窗口,Library,栏最右侧,Browser,弹出“,Library Browser-”,窗口，,Library,选,smic18mmrf,，,Cell,选,n18, View,选,symbol,在“,Virtuoso Schematic Editing:”,窗口,鼠标左键单击一次，间隔一定距离再单击一次，这样就增加了,2,个,n18,元件，键撤销本次操作,ESC,按照如上方法添加所需要的,NMOS,与,PMOS,以及电阻元件以及,pin,2024/9/12,10,mos管的主要参数,multiplier,表示几个管子并联数,Length,表示沟道长度 ，设计时我们按照长沟道设计,L,取值,1um,Total Width,表示总的沟道宽度,Finger Width,表示一个,finger,的宽度,Fingers,表示,finger,的个数,Total width,finger witdth finger width,设计时 尽量使,mos,管接近方形，而不是长条形,2024/9/12,11,编辑完成的电路图,2024/9/12,12,一些快捷键,以下是一些常用的快捷键：,i,添加元件，即打开添加元件的窗口；,缩小两倍；,扩大两倍；,w,连线（细线）；,f,全图显示；,p,查看元件属性；,m,整体移动（带连接关系）；,shift+m,移动（不带连接关系）。,2024/9/12,13,生成,symbol,进入“,Virtuoso Schematic Editing,：,mylib nand2 schematic”,窗口。,Design - Create Cellview-From Cellview,在,Cellview From Cellview,窗口，,From View Name,栏为：,schematic,，,Tool / Data Type,栏为,Composer-Symbol,。,OK,2024/9/12,14,三 编辑测试环境,新建,1,个,cell,名称为：,Opam_test,在新的原理图窗口中调用,opam,的,symbol,添加激励元件,所有激励元件都在,Analoglib,库中，在这里用到了电源源,vdc,电流源,idc,正弦源,vsin,以及全局符号,vdd,，,gnd,如右图所示,2024/9/12,15,四、模拟仿真的设置,(,重点,),Composer-schamatic,界面中的,Tools Analog Environment,项可以打开,Analog Design Environment,窗口，如右图所示,。,2024/9/12,16,Analog Design Simulation,菜单介绍,Session,菜单,Schematic Window,Save State,Load State,Options,Reset,Quit,回到电路图,保存当前所设定的模拟所用到的各种参数,加载已经保存的状态,一些显示选项的设置,重置,analog artist,。相当于重新打开一个模拟窗口,退出,2024/9/12,17,Setup,菜单,Setup,菜单,Design,Simulator/directory/host,Temperature,Model Library,Environment,选择所要模拟的线路图,选择模拟使用的模型一般有,cdsSpice hspiceS,spectre,等,设置模拟时的温度,设置库文件的路径和仿真方式,设置仿真的环境 （后仿真时需设置）,2024/9/12,18,Analyses,菜单,选择模拟类型。,Spectre,的分析有很多种，如右图，最基本的有,tran,（瞬态分析）,dc,（直流分析）,ac,（交流分析）。,2024/9/12,19,tran,（瞬态分析）,2024/9/12,20,dc,（直流分析）,dc,（直流分析）可以在直流条件下对,temperature,，,Design Variable,，,Component,Parameter,，,Model Parameter,进行扫描仿真,举例,:,对温度的扫描（测量温度系数）,电路随电源电压变化的变化曲线等,2024/9/12,21,ac,（交流分析）,ac,（交流分析）是分析电路性能随着运行频率变化而变化的仿真。,既可以对频率进行扫描也可以在某个频率下进行对其它变量的扫描。,2024/9/12,22,其它有关的菜单项,Outputs/Setup,当然我们需要输出的有时不仅仅是电流、电压，还有一些更高级的。比如说：带宽、增益等需要计算的值，这时我们可以在,Outputs/setup,中设定其名称和表达式。在运行模拟之后，这些输出将会很直观的显示出来。,需要注意的是：表达式一般都是通过计算器（,caculator,）输入的。,Cadance,自带的计算器功能强大，除了输入一些普通表达式以外，还自带有一些特殊表达式，如,bandwidth,、,average,等等。,2024/9/12,23,Calculator,的使用,Calculator,是一个重要的数据处理工具，可以用来仿真电源抑制比，相位裕度，共模抑制比,2024/9/12,24,其它有关的菜单项,Results,菜单,2024/9/12,25,模拟结果的显示以及处理,在模拟有了结果之后，如果设定的,output,有,plot,属性的话，系统会自动调出,waveform,窗口，并显示,outputs,的波形，如左图,2024/9/12,26,运放直流工作点仿真（,DC,分析）,放大器的正常工作需要一定的直流偏置,在交流（ac，tran）仿真之前，必须保证运放要有合适的静态工作点,静态工作点的设置需要手工计算与仿真迭代交互进行,构成放大器的每一个管子都处在饱和区，是运放存在一个良好工作点的前提条件,2024/9/12,27,运放小信号仿真示例,电源电压,Vdc=1.8V,；,交流信号源,acm=1 V,；,负载电容,Cload=5p F,；,采用,Spectre,分析方式，选择交流分析（,ac,），设置如下：,Sweep Variable,：,Frequency,Sweep Range,：,1 Hz100M Hz,仿真完成后，点击,Result - Direct Plot - AC Gain&Phase,查看运放的幅频特性和相频特性,2024/9/12,28,仿真结果,该运放直流增益为,80.9dB,，单位增益带宽为,82M Hz,，,相位裕度为,67.32deg,。,2024/9/12,29,工艺角与温度,上面运放的仿真实在tt（典型）27度下的仿真，但实际的工艺不一定是tt，使用温度也不一定是室温27度，所以要进行工艺角仿真,仿真不可能覆盖所有的工艺偏差与温度，所以需要选取一些典型值去验证,温度： 20 ，27， 105 （3种）,工艺偏差 ： tt ss ff fnsp fpsn （5种）,仿真要跑通这15种情况才能进行后端设计,2024/9/12,30,版图设计,打开运放核心电路图,单击 Tools-Design Synthesis-Layout XL,选择creat new ，可以弹出版图编辑窗口,在版图编辑窗口，单击 Design-Gen from source 之后点击ok，出现电路用到的所有smic18mmrf库中元件（此时元件是无任何连接关系的）,2024/9/12,31,版图设计,2024/9/12,32,版图设计要点,版图设计要按照一定的设计规则与电气规则进行 ，这些规则文件可以在,smic,提供的,pdk,（,process design kit,）中查找到，最小线宽，最小间距，最小包围，最小覆盖。,仅仅满足设计规则的走线，不是最佳的走线方式。在满足设计规则的前提下，要保证每条金属走线能够承受相应的电流密度（防止由于老化而产生的电迁移现象），通常情况下为,1um,可以承受,1mA,的电流,对于差分电路，要充分考虑版图的对称性与匹配,2024/9/12,33,版图设计要点,对于低频模拟电路而言，寄生电阻是影响其性能的主要因素，连接的走线可以尽可能宽,对于射频电路而言，寄生电容可能会占据更主要的部分，对线宽的处理上，要在寄生电阻与寄生电容直接折中,对于多数电路来说，为了降低衬底寄生电阻，应在nmos器件周围放置更多的称的接触,Nmos器件的所有衬底都是连在一起的,2024/9/12,34,最终版图,2024/9/12,35,Calibre的后端验证,设置calibre启动版本,在打开icfb之前，输入setdt calibre2006.1,2024/9/12,36,DRC,2024/9/12,37,2024/9/12,38,2024/9/12,39,2024/9/12,40,2024/9/12,41,2024/9/12,42,2024/9/12,43,2024/9/12,44,2024/9/12,45,2024/9/12,46,2024/9/12,47,Output 选项说明,2024/9/12,48,2024/9/12,49,2024/9/12,50,参数提取后calibre view,Calibre,提取的参数很,难再版图上找到对应,点，不是很直观,2024/9/12,51,2024/9/12,52,