CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書微電子與固體電子學(xué)院12實(shí)驗(yàn)名稱 CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c意義隨著IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，微電子集成電路在通訊、計(jì)算機(jī)及其他消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的重要地位日益突出，而IC的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù)水平是決定IC芯片性能的兩大要素。目前，IC設(shè)計(jì)主要沿正向和逆向設(shè)計(jì)兩條技術(shù)路線繼續(xù)發(fā)展，該實(shí)驗(yàn)既是正向設(shè)計(jì)中的必須環(huán)節(jié)，又能與已開(kāi)設(shè)的集成電路版圖識(shí)別與提取實(shí)驗(yàn)良好銜接，使學(xué)生能基本掌握IC正、逆向設(shè)計(jì)的完整流程。本實(shí)驗(yàn)是基于微電子技術(shù)應(yīng)用背景和微電子集成電路課程設(shè)置及其特點(diǎn)而設(shè)置，為IC設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。其目的在于：· 根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，綜合運(yùn)用課程所

2、學(xué)知識(shí)自主完成相應(yīng)的模擬集成電路設(shè)計(jì)，掌握基本的IC設(shè)計(jì)技巧。· 學(xué)習(xí)并掌握國(guó)際流行的EDA仿真軟件Cadence的使用方法，并進(jìn)行電路的模擬仿真。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握CMOS模擬IC設(shè)計(jì)的流程，加深對(duì)課程知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)與綜合分析能力，掌握自主進(jìn)行模擬集成電路設(shè)計(jì)與仿真的基本方法，進(jìn)而為今后從事科研、開(kāi)發(fā)工作打下良好基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 IC設(shè)計(jì)與制造的主要流程根據(jù)用途要求，確定系統(tǒng)總體方案電路設(shè)計(jì)與仿真根據(jù)電路的指標(biāo)和工作條件，確定電路結(jié)構(gòu)與類型，然后通過(guò)模擬計(jì)算，決定電路中各器件的參數(shù)（包括電參數(shù)、幾何參數(shù)等），EDA軟件進(jìn)行模擬仿真。工藝設(shè)計(jì)根據(jù)電路特點(diǎn)選

3、擇適當(dāng)?shù)墓に?，再按電路中各器件的參?shù)要求，確定滿足這些參數(shù)的工藝參數(shù)、工藝流程和工藝條件。版圖設(shè)計(jì)按電路設(shè)計(jì)和確定的工藝流程，把電路中有源器件、阻容元件及互連以一定的規(guī)則布置在硅片上，繪制出相互套合的版圖，以供制作各次光刻掩模版用。生成PG帶制作掩模版工藝流片測(cè)試，劃片封裝2.2 基于Cadence 平臺(tái)的電路設(shè)計(jì)與仿真2.2.1 Cadence 環(huán)境的調(diào)入 1、在 UNIX 操作系統(tǒng)的Terminal窗口下 cd user/userxxx/studname/Project icms& 或icfb& 2、出現(xiàn)CIW(command Interpreter window)命令解釋

4、畫面3、點(diǎn)選在CIW窗口的上面工具列ToolsLibrary Manager，會(huì)出現(xiàn)LM窗口LM(Library Manager)2.2.2 建立新的Library1. 點(diǎn)選LM窗口上面的工具列FileNewLibrary2. 會(huì)產(chǎn)生New Library畫面3. 出現(xiàn)右圖畫面1. 在name填上Library名稱2. 點(diǎn)選下面的OK4. 出現(xiàn)Load Technology File窗口，添加工藝文件1. 選擇Attach to an existing techfile2. 點(diǎn)選上面的OK 在彈出的對(duì)話框中，Technology Library選擇為umc18。2.2.3 建立Cell Vie

5、w1、 建立Schematic view：先點(diǎn)選要LM窗口預(yù)定的library，再點(diǎn)選LM窗口的FileNewCell view，按OK之后，即可建立Schematic View2、若Schematic View已存在，在LM窗口用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)選Library的OpAmp再點(diǎn)選cell的opa再連續(xù)點(diǎn)選view的schematic兩次，或是用右鍵open,即可開(kāi)啟schematic窗口。3、點(diǎn)選Schematic窗口上面的指令集AddInstance，出現(xiàn)Add Instance窗口再點(diǎn)選Add Instance窗口的Browser，選擇analoglib中常用的組件常用組件analoglib

6、PMOS pmos4 NMOS nmos4 電容 cap 正電壓Vdc 正弦電壓 Vsin直流電源 Idc 接地 Gnd· 選完所需的組件之后, 利用narrow wire 將之線路接起來(lái).完整的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。· 點(diǎn)選 nmos à 再選 properties (按 q 鍵 ) , 標(biāo)明 model name ,width ,length, 同理 for pmos，Model name 是以width,length 來(lái)決定用那一個(gè)model , 可由models目錄下的README 中得知,比如L=1um W=1um for nmos和 pmos 經(jīng)查閱可用 (n

7、g, pg) 等等.· 最后 Design àCheck and Save , 若有error 則schematic view 上有閃動(dòng) ,此時(shí)可選 Check à Find Marker 來(lái)看 error 的原因.2.2.4 由Schematic產(chǎn)生symbol1. 打開(kāi)Schematic view2. 點(diǎn)選Schematic窗口上面指令集的DesignCreate cellviewFrom cellview按OK按OK3. 點(diǎn)選 partName à按 q 鍵 出現(xiàn) properties 的對(duì)話盒把partName，依電路的特性改成所要的name 比

8、如 opa 等.4.可用 ADD à shape內(nèi)的各種形狀來(lái)修飾這symbol的外觀.5.完成之后, Check-Cross View check, 然后 Design à save6. 按照以上步驟來(lái)產(chǎn)生的symbol必須注意的若更改 schematic 的input, output label, 且必須更改其 symbol的input, output label, 不然會(huì)發(fā)生閃動(dòng)的error2.2.5 仿真環(huán)境Affirma Analog Circuit design Environment的調(diào)用1、主菜單中點(diǎn)擊 Affirma Analog Circuit desi

9、gn Environment，出現(xiàn)如下界面2、加載model文件。在主菜單中點(diǎn)選SetupàModel Libraries，在Model Library Setup對(duì)話框中，找到相應(yīng)的lib文件，選擇Add，再選擇OK。加載完畢后如下圖所示。3、DC分析設(shè)置1、 設(shè)置需掃描的元件，如Vdd電壓源2、 設(shè)定掃描范圍，0-3.3V3、 選定Enable仿真環(huán)境窗口顯示設(shè)置情況：在主菜單中，選擇SimulationàNetlist and Run，進(jìn)行仿真。4、瞬態(tài)分析Trans參數(shù)設(shè)置類似于DC分析，設(shè)置瞬態(tài)分析的起止時(shí)間Start time & Stop time、分

10、析步長(zhǎng)Step等。設(shè)置后的窗口狀態(tài)如下圖所示。5、交流分析（AC）設(shè)置交流分析的起止頻率Start-Stop等。設(shè)置后的窗口狀態(tài)如下圖所示。 完成仿真后，如下圖操作方式，再選擇輸出端，按Esc，查看仿真結(jié)果。2.3 參數(shù)調(diào)試與優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)照設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，根據(jù)仿真結(jié)果的情況，對(duì)工作點(diǎn)設(shè)定、偏置電流、器件寬長(zhǎng)比及負(fù)載大小等進(jìn)行調(diào)試，以達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟1、 UNIX操作系統(tǒng)常用命令的使用，Cadence EDA仿真環(huán)境的調(diào)用。2、 設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算放大器電路，要求其增益大于40dB, 相位裕度大于60º，功耗小于10mW。3、根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，選取、確定適合的電路結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行計(jì)算分析。4、電路的仿真與分析，重點(diǎn)進(jìn)行直流工作點(diǎn)、交流AC分析、瞬態(tài)Trans分析、建立時(shí)間小信號(hào)特性和壓擺率大信號(hào)分析，能熟練掌握各種分析的參數(shù)設(shè)置方法。5、電路性能的優(yōu)化與器件參數(shù)調(diào)試，要求達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。6、整理仿真數(shù)據(jù)與曲線圖表，撰寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、實(shí)驗(yàn)儀器與