模擬集成電路設(shè)計(jì)流程

1、2022-2-20共88頁(yè)1Spectre/Virtuoso/Calibre 工具使用介紹工具使用介紹2022-2-20共88頁(yè)2模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程1.交互式電路圖輸入2.電路仿真（spectre）3.版圖設(shè)計(jì) （virtuoso）4.版圖的驗(yàn)證（DRC LVS） （calibre）5.寄生參數(shù)提取（calibre）6.后仿真 （spectre）7.流片（gdsii）全定制全定制2022-2-20共88頁(yè)3Cadence中中Spectre的模擬仿真的模擬仿真1、進(jìn)入Cadence軟件包 2、建立可進(jìn)行SPECTRE模擬的單元文件 3、編輯可進(jìn)行SPECTRE模擬的單元

2、文件 4、模擬仿真的設(shè)置(重點(diǎn)) 5、模擬仿真結(jié)果的顯示以及處理 6、分模塊模擬(建立子模塊) 7、運(yùn)算放大器仿真實(shí)例2022-2-20共88頁(yè)4一、進(jìn)入一、進(jìn)入CadenceCadence軟件包軟件包l登陸到服務(wù)器上后，進(jìn)入adelibic5這個(gè)文件夾（如果沒(méi)有這個(gè)文件夾，按照vlsi課件實(shí)驗(yàn)1自行拷貝）l在命令行輸入lsource /eva02/dept23/uwb03/.cshrc.ic23licfb&l紅色界面的IC5141窗口出現(xiàn)，之后ciw彈出來(lái)2022-2-20共88頁(yè)5二、建立可進(jìn)行二、建立可進(jìn)行SPECTRESPECTRE模擬模擬的單元文件的單元文件主窗口分為信息窗口

3、CIW、命令行以及主菜單。信息窗口會(huì)給出一些系統(tǒng)信息（如出錯(cuò)信息，程序運(yùn)行情況等）。在命令行中可以輸入某些命令。主菜單包括：1、File菜單 2、Tools菜單 3、Options菜單2022-2-20共88頁(yè)6設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置l工藝庫(kù)工作站目錄l/eva02/ic/BA083006/smic18/l關(guān)聯(lián)工藝庫(kù)的方法l在cds.lib中加入如下語(yǔ)句（用Vi或Gvim編輯器）lINCLUDE /eva02/ic/BA083006/smic18/cds.libl工藝模型文件目錄l/eva02/ic/BA083006/smic18/models/spectrel這個(gè)目錄下有如下文件l其中ms

4、018_v1p7*是普通器件模型文件，ms018_rf_v1p6*是RF器件模型文件，我們實(shí)驗(yàn)只用到普通器件，因此只需要前者，電路仿真時(shí)Spectre會(huì)自動(dòng)加載這幾個(gè)文件2022-2-20共88頁(yè)7相關(guān)工藝參數(shù)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(無(wú)襯偏效應(yīng)) u0=34mP18：Tox=3.74nVth0=-0.402u0=8.6mlambda的選取可以參照razavi書(shū)上的lambda與L成反比，其中L0.5um時(shí) lambdaN0.1,lmabdaP=0.2模型中各工藝參數(shù)定義可參考bsimset.pd

5、f文件。建立新庫(kù)、新單元以及新視圖建立新庫(kù)、新單元以及新視圖l在CIW中，F(xiàn)ile-New-Library，l在彈出的“New Library”窗口，Name欄中：mylibl選中右下方：Attach to an existing techfilel點(diǎn)擊OK，之后彈出圖2，選smic18mmrf，點(diǎn)擊okl查看CIW窗口：Tools-Library Manager，在Library中應(yīng)有mylib，單擊單擊它。l在Library Manager 窗口，F(xiàn)ile-New-Cellview，l在彈出的“Create New File”窗口Cell Name欄中，opamlTool欄中，選Compo

6、ser-SchematiclOK ，彈出新的原理圖編輯窗口LibraryCellSchematicSymbolLayoutVerilog（View）2022-2-20共88頁(yè)9Library,Cell以及以及View的關(guān)系的關(guān)系 1、library(庫(kù))的地位相當(dāng)于文件夾，它用來(lái)存放一整個(gè)設(shè)計(jì)的所有數(shù)據(jù)，包括子單元（cell）以及子單元（cell）中的多種視圖（view）。新建庫(kù)時(shí)注意選擇鏈接所用工藝新建庫(kù)時(shí)注意選擇鏈接所用工藝pdk的的techfile。 2、Cell（單元）可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的單元，像一個(gè)與非門(mén)，也可以是比較復(fù)雜的單元（由symbol搭建而成）。 3、View則包含多種類(lèi)型，常

7、用的有schemetic，symbol，layout，calibre等等 ,新建新建Cellview要注意選擇要注意選擇View的類(lèi)的類(lèi)型。型。2022-2-20共88頁(yè)10添加元件（實(shí)例添加元件（實(shí)例instance） l在彈出的“Virtuoso Schematic Editing:”窗口中，左邊為工具欄，選instance 圖標(biāo)（或i）l單擊“Add instance”窗口Library欄最右側(cè)Browser, l彈出“Library Browser-”窗口，Library選smic18mmrf，Cell選n18, View選symboll在“Virtuoso Schematic Edi

8、ting:”窗口, 鼠標(biāo)左鍵單擊一次，間隔一定距離再單擊一次，這樣就增加了2個(gè)n18元件，鍵撤銷(xiāo)本次操作ESC l按照如上方法添加所需要的NMOS與PMOS以及電阻元件以及pin2022-2-20共88頁(yè)11mos管的主要參數(shù)管的主要參數(shù)lmultiplier 表示幾個(gè)管子并聯(lián)數(shù)lLength 表示溝道長(zhǎng)度 ，設(shè)計(jì)時(shí)我們按照長(zhǎng)溝道設(shè)計(jì)L取值1umlTotal Width 表示總的溝道寬度lFinger Width 表示一個(gè)finger的寬度lFingers 表示finger的個(gè)數(shù)lTotal width finger witdth finger widthl設(shè)計(jì)時(shí) 盡量使mos管接近方形，而不

9、是長(zhǎng)條形2022-2-20共88頁(yè)12編輯完成的電路圖編輯完成的電路圖2022-2-20共88頁(yè)13一些快捷鍵一些快捷鍵l 以下是一些常用的快捷鍵：i 添加元件，即打開(kāi)添加元件的窗口； 縮小兩倍； 擴(kuò)大兩倍；w 連線(xiàn)（細(xì)線(xiàn)）；f 全圖顯示；p 查看元件屬性；m 整體移動(dòng)（帶連接關(guān)系）；shift+m 移動(dòng)（不帶連接關(guān)系）。2022-2-20共88頁(yè)14生成生成symboll進(jìn)入“Virtuoso Schematic Editing：mylib nand2 schematic”窗口。lDesign - Create Cellview-From Cellviewl在Cellview From Ce

10、llview窗口，F(xiàn)rom View Name欄為：schematic，Tool / Data Type欄為Composer-Symbol。lOK2022-2-20共88頁(yè)15三三 編輯測(cè)試環(huán)境編輯測(cè)試環(huán)境新建1個(gè)cell名稱(chēng)為：Opam_test在新的原理圖窗口中調(diào)用opam的symbol添加激勵(lì)元件所有激勵(lì)元件都在Analoglib庫(kù)中，在這里用到了電源源vdc電流源idc正弦源vsin以及全局符號(hào)vdd，gnd如右圖所示2022-2-20共88頁(yè)16四、模擬仿真的設(shè)置四、模擬仿真的設(shè)置( (重點(diǎn)重點(diǎn)) )Composer-schamatic界面中的Tools Analog Environ

11、ment項(xiàng)可以打開(kāi)Analog Design Environment 窗口，如右圖所示。2022-2-20共88頁(yè)17Analog Design Simulation菜單介紹菜單介紹Session菜單菜單Schematic Window Save State Load State Options Reset Quit回到電路圖保存當(dāng)前所設(shè)定的模擬所用到的各種參數(shù)加載已經(jīng)保存的狀態(tài)一些顯示選項(xiàng)的設(shè)置重置analog artist。相當(dāng)于重新打開(kāi)一個(gè)模擬窗口退出2022-2-20共88頁(yè)18Setup菜單Setup菜單菜單Design Simulator/directory/host Temper

12、ature Model Library Environment選擇所要模擬的線(xiàn)路圖選擇模擬使用的模型一般有cdsSpice hspiceS spectre等 設(shè)置模擬時(shí)的溫度設(shè)置庫(kù)文件的路徑和仿真方式設(shè)置仿真的環(huán)境 （后仿真時(shí)需設(shè)置）2022-2-20共88頁(yè)19Analyses菜單選擇模擬類(lèi)型。Spectre的分析有很多種，如右圖，最基本的有tran（瞬態(tài)分析）dc（直流分析）ac（交流分析）。2022-2-20共88頁(yè)20tran（瞬態(tài)分析）（瞬態(tài)分析）2022-2-20共88頁(yè)21dc（直流分析）（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對(duì)temperature，Design Vari

13、able，Component Parameter，Model Parameter進(jìn)行掃描仿真舉例:對(duì)溫度的掃描（測(cè)量溫度系數(shù)）電路隨電源電壓變化的變化曲線(xiàn)等2022-2-20共88頁(yè)22ac（交流分析）（交流分析）ac（交流分析）是分析電路性能隨著運(yùn)行頻率變化而變化的仿真。既可以對(duì)頻率進(jìn)行掃描也可以在某個(gè)頻率下進(jìn)行對(duì)其它變量的掃描。2022-2-20共88頁(yè)23其它有關(guān)的菜單項(xiàng) Outputs/Setup 當(dāng)然我們需要輸出的有時(shí)不僅僅是電流、電壓，還有一些更高級(jí)的。比如說(shuō)：帶寬、增益等需要計(jì)算的值，這時(shí)我們可以在Outputs/setup中設(shè)定其名稱(chēng)和表達(dá)式。在運(yùn)行模擬之后，這些輸出將會(huì)很直觀

14、的顯示出來(lái)。 需要注意的是：表達(dá)式一般都是通過(guò)計(jì)算器（caculator）輸入的。Cadance自帶的計(jì)算器功能強(qiáng)大，除了輸入一些普通表達(dá)式以外，還自帶有一些特殊表達(dá)式，如bandwidth、average等等。 2022-2-20共88頁(yè)24Calculator的使用的使用Calculator是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)處理工具，可以用來(lái)仿真電源抑制比，相位裕度，共模抑制比2022-2-20共88頁(yè)25其它有關(guān)的菜單項(xiàng)Results菜單2022-2-20共88頁(yè)26模擬結(jié)果的顯示以及處理在模擬有了結(jié)果之后，如果設(shè)定的output有plot屬性的話(huà)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)出waveform窗口，并顯示outputs

15、的波形，如左圖2022-2-20共88頁(yè)27運(yùn)放直流工作點(diǎn)仿真（DC分析）l放大器的正常工作需要一定的直流偏置l在交流（ac，tran）仿真之前，必須保證運(yùn)放要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)l靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置需要手工計(jì)算與仿真迭代交互進(jìn)行l(wèi)構(gòu)成放大器的每一個(gè)管子都處在飽和區(qū)，是運(yùn)放存在一個(gè)良好工作點(diǎn)的前提條件2022-2-20共88頁(yè)28運(yùn)放小信號(hào)仿真示例l電源電壓Vdc=1.8V；l交流信號(hào)源acm=1 V；l負(fù)載電容Cload=5p F；l采用Spectre分析方式，選擇交流分析（ac），設(shè)置如下： Sweep Variable： Frequency Sweep Range ：1 Hz100M Hzl

16、仿真完成后，點(diǎn)擊 Result - Direct Plot - AC Gain&Phase 查看運(yùn)放的幅頻特性和相頻特性 2022-2-20共88頁(yè)29仿真結(jié)果該運(yùn)放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82M Hz，相位裕度為67.32deg。2022-2-20共88頁(yè)30工藝角與溫度工藝角與溫度l上面運(yùn)放的仿真實(shí)在tt（典型）27度下的仿真，但實(shí)際的工藝不一定是tt，使用溫度也不一定是室溫27度，所以要進(jìn)行工藝角仿真l仿真不可能覆蓋所有的工藝偏差與溫度，所以需要選取一些典型值去驗(yàn)證l溫度： 20 ，27， 105 （3種）l工藝偏差 ： tt ss ff fnsp fpsn （5種

17、）l仿真要跑通這15種情況才能進(jìn)行后端設(shè)計(jì)2022-2-20共88頁(yè)31版圖設(shè)計(jì)版圖設(shè)計(jì)l打開(kāi)運(yùn)放核心電路圖l單擊 Tools-Design Synthesis-Layout XLl選擇creat new ，可以彈出版圖編輯窗口l在版圖編輯窗口，單擊 Design-Gen from source 之后點(diǎn)擊ok，出現(xiàn)電路用到的所有smic18mmrf庫(kù)中元件（此時(shí)元件是無(wú)任何連接關(guān)系的）2022-2-20共88頁(yè)32版圖設(shè)計(jì)版圖設(shè)計(jì)2022-2-20共88頁(yè)33版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)l版圖設(shè)計(jì)要按照一定的設(shè)計(jì)規(guī)則與電氣規(guī)則進(jìn)行 ，這些規(guī)則文件可以在smic提供的pdk（process desi

18、gn kit）中查找到，最小線(xiàn)寬，最小間距，最小包圍，最小覆蓋。l僅僅滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)則的走線(xiàn)，不是最佳的走線(xiàn)方式。在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)則的前提下，要保證每條金屬走線(xiàn)能夠承受相應(yīng)的電流密度（防止由于老化而產(chǎn)生的電遷移現(xiàn)象），通常情況下為1um 可以承受1mA的電流l對(duì)于差分電路，要充分考慮版圖的對(duì)稱(chēng)性與匹配2022-2-20共88頁(yè)34版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)l對(duì)于低頻模擬電路而言，寄生電阻是影響其性能的主要因素，連接的走線(xiàn)可以盡可能寬l對(duì)于射頻電路而言，寄生電容可能會(huì)占據(jù)更主要的部分，對(duì)線(xiàn)寬的處理上，要在寄生電阻與寄生電容直接折中l(wèi)對(duì)于多數(shù)電路來(lái)說(shuō)，為了降低襯底寄生電阻，應(yīng)在nmos器件周?chē)胖酶嗟姆Q(chēng)的接觸lNmos器件的所有襯底都是連在一起的2022-2-20共88頁(yè)35最終版圖最終版圖2022-2-20共88頁(yè)36Calibre的后端驗(yàn)證的后端驗(yàn)證l設(shè)置calibre啟動(dòng)版本l在打開(kāi)icfb之前，輸入setdt calibre2006.12022-2-20共88頁(yè)37DRC202