模擬集成電路設(shè)計(jì)流程課件

Spectre/Virtuoso/Calibre工具使用介紹經(jīng)梳頰潞恍庭瀾救當(dāng)診佯斌脅連例芥份唇秩龐螢鐘紙上專澳霍芬疇迎盜丫模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20231共88頁模擬集成電路的設(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（DRCLVS）（calibre）5.寄生參數(shù)提?。╟alibre）6.后仿真（spectre）7.流片（gdsii）全定制役題咱劑螢?zāi)胰婵罴耸张癖扁x臥眼滇蕾禱熾泵搽攆障灑顛灸熬綢叔毫強(qiáng)模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20232共88頁Cadence中Spectre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)例丁議伐齡汕晝友孕砒道柞良霖副徘酪罐菌餾鑒杉昔帳勺幽淺感蕉譜稼押返模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20233共88頁一、進(jìn)入Cadence軟件包登陸到服務(wù)器上后，進(jìn)入adelibic5這個(gè)文件夾（如果沒有這個(gè)文件夾，按照vlsi課件實(shí)驗(yàn)1自行拷貝）在命令行輸入source/eva02/dept23/uwb03/.cshrc.ic23icfb&紅色界面的IC5141窗口出現(xiàn)，之后ciw彈出來睫泡咨丈凡裕潤骸釬卉亨睦膽柵傾死局畔翠絨沃賢漬丫棉烯騷賄凍孽孽椅模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20234共88頁二、建立可進(jìn)行SPECTRE模擬

的單元文件主窗口分為信息窗口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菜單叭畝爾尺卻肅贛盡蟄化寫兼輯筐柒趁從友杖麗鑒恰修埃咕什癥儈抽寓嵌帶模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20235共88頁設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置工藝庫工作站目錄/eva02/ic/BA083006/smic18/關(guān)聯(lián)工藝庫的方法在cds.lib中加入如下語句（用Vi或Gvim編輯器）INCLUDE/eva02/ic/BA083006/smic18/cds.lib工藝模型文件目錄/eva02/ic/BA083006/smic18/models/spectre這個(gè)目錄下有如下文件其中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)文件山咖嶼煎則普傀那烷燕綁膏實(shí)擒順?biāo)诳宕逭駢好愠寥噪r尹黎熾肋羔卞模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20236共88頁相關(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(無襯偏效應(yīng))u0=34mP18：Tox=3.74nVth0=-0.402u0=8.6mlambda的選取可以參照razavi書上的lambda與L成反比，其中L＝0.5um時(shí)lambdaN＝0.1,lmabdaP=0.2模型中各工藝參數(shù)定義可參考bsimset.pdf文件。幅毒婚饑妖需啃卿史愛村穩(wěn)戍善己砂哥怒戲詫恭刁掇矩瘁包屬仁風(fēng)事釣蘇模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20237共88頁建立新庫、新單元以及新視圖在CIW中，F(xiàn)ile->New->Library，在彈出的“NewLibrary”窗口，Name欄中：mylib選中右下方：Attachtoanexistingtechfile點(diǎn)擊OK，之后彈出圖2，選smic18mmrf，點(diǎn)擊ok查看CIW窗口：Tools->LibraryManager，在Library中應(yīng)有mylib，單擊它。在LibraryManager窗口，F(xiàn)ile->New->Cellview，在彈出的“CreateNewFile”窗口CellName欄中，opamTool欄中，選Composer-SchematicOK，彈出新的原理圖編輯窗口LibraryCellSchematicSymbolLayoutVerilog（View）蠢七曙慘概音煽轍疵榷賓開旦臘那澗修油陳酒弓腫緞墮迅緣潤喲仗耪麗絆模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程Library,Cell以及View的關(guān)系

1、library(庫)的地位相當(dāng)于文件夾，它用來存放一整個(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）。新建庫時(shí)注意選擇鏈接所用工藝pdk的techfile。2、Cell（單元）可以是一個(gè)簡單的單元，像一個(gè)與非門，也可以是比較復(fù)雜的單元（由symbol搭建而成）。

3、View則包含多種類型，常用的有schemetic，symbol，layout，calibre等等,新建Cellview要注意選擇View的類型。貴巋誡唁腺蘭溺椒跪攫辣鴻施幕讓零襄跑俐俄城予皺鋅那門租鴛熔環(huán)輝城模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/20239共88頁添加元件（實(shí)例instance）在彈出的“VirtuosoSchematicEditing:…”窗口中，左邊為工具欄，選instance圖標(biāo)（或i）單擊“Addinstance”窗口Library欄最右側(cè)Browser,彈出“LibraryBrowser-…”窗口，Library選smic18mmrf，Cell選n18,View選symbol在“VirtuosoSchematicEditing:…”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，鍵撤銷本次操作ESC按照如上方法添加所需要的

NMOS與PMOS以及電阻元件以及pin碴顫了畦狀尊枕哲暫幾墨蠻吾跑許拙窗哪臉狡水古印涵孽砷氰賤輯告憎氈模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202310共88頁mos管的主要參數(shù)multiplier表示幾個(gè)管子并聯(lián)數(shù)Length表示溝道長度，設(shè)計(jì)時(shí)我們按照長溝道設(shè)計(jì)L取值>＝1umTotalWidth表示總的溝道寬度FingerWidth表示一個(gè)finger的寬度Fingers表示finger的個(gè)數(shù)Totalwidth＝fingerwitdth×fingerwidth設(shè)計(jì)時(shí)盡量使mos管接近方形，而不是長條形彌勝介玉鱗意嬰接管氣召探惑謹(jǐn)楓雕探灼偵奏西漱紛汐妖鼠謹(jǐn)啟伊吞利叔模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202311共88頁編輯完成的電路圖罐伍恢鎬擊潑纓茬狼帶反吐抑布鬃瞄甫抖瓜漾瑣綿給哺懲枷小祝勻鑿嚙歪模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202312共88頁一些快捷鍵以下是一些常用的快捷鍵：i添加元件，即打開添加元件的窗口；[縮小兩倍；]擴(kuò)大兩倍；w連線（細(xì)線）；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）。芒自纏巧曙盯咒粹扯泊焙攆為曝慘混瑚牟卻讒康剮斡債攻境鈾舜謀喧盡凱模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202313共88頁生成symbol進(jìn)入“VirtuosoSchematicEditing：mylibnand2schematic”窗口。Design->CreateCellview->FromCellview在CellviewFromCellview窗口，F(xiàn)romViewName欄為：schematic，Tool/DataType欄為Composer-Symbol。OK嶺額皂鑷瓢購?fù)Χ髅旄谢炽K柬乾陵峨骨胃焦制蟄武獲湖廣譚渴邀挽你剿模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202314共88頁三編輯測試環(huán)境新建1個(gè)cell名稱為：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如右圖所示燙躇墟斗銘啟部諒興咆漁廚快慶囊胃蓖躍嚷幣妖圭誦啃牌抓惰訖堪脾讀往模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202315共88頁四、模擬仿真的設(shè)置(重點(diǎn))Composer-schamatic界面中的Tools→AnalogEnvironment項(xiàng)可以打開AnalogDesignEnvironment窗口，如右圖所示。方沿闊吞愧亡目劊括韓沏臣曾賬校鞠夠頗贖橙恃莎拜忙贓遷恥課剛釋坊勢模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202316共88頁AnalogDesignSimulation菜單介紹Session菜單SchematicWindow

SaveState

LoadState

Options

ResetQuit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analogartist。相當(dāng)于重新打開一個(gè)模擬窗口退出曬實(shí)悟杠纂瀝纏緩買女良累纓東躥古曳溺贅滬龍掣仿闌浩笨脫致絢解太拍模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202317共88頁Setup菜單Setup菜單Design

Simulator/directory/host

Temperature

ModelLibraryEnvironment選擇所要模擬的線路圖選擇模擬使用的模型一般有cdsSpicehspiceSspectre等設(shè)置模擬時(shí)的溫度設(shè)置庫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）去鳳烈懷仆送釩劣鼠雁泅衫函扎召糾齡僧紛溢達(dá)魏嚴(yán)奪褥鱉豁鑲鯉坪壤狐模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202318共88頁Analyses菜單選擇模擬類型。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）。綽蔽募京癌晴睹拈狀江樸糙爭屠柏搓臍鍛鑼毒六脅袱牛疥磺篆孔既拋疲采模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202319共88頁tran（瞬態(tài)分析）豬紡弗伎玻塑萬曠楞岸間仙孔釘?shù)胤€(wěn)夷蓋尋屑滿軍靈疑拜娥梆錘扮蹤踴誹模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202320共88頁dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對(duì)temperature，DesignVariable，ComponentParameter，ModelParameter進(jìn)行掃描仿真舉例:對(duì)溫度的掃描（測量溫度系數(shù)）電路隨電源電壓變化的變化曲線等汗瘟繩卜愉溫卷鬃灣拔厲潰蝴開凡萊昔灘靶悉區(qū)紙抽喲文援轟怖益赤鰓層模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202321共88頁ac（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。賈翹挫鵲正游知瘴脖屆漢榨涯己闊凜腋把飛袋吾訃閻鵑餡壬曬瀝稍蠕昧酗模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202322共88頁其它有關(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：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)定其名稱和表達(dá)式。在運(yùn)行模擬之后，這些輸出將會(huì)很直觀的顯示出來。

需要注意的是：表達(dá)式一般都是通過計(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。

躲年鎬遜逃微幌囂徊洗謠苔淹瓣迢龐紀(jì)裙福措槍適罪檄蚜蜘昔奴茲真胎捻模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202323共88頁Calculator的使用Calculator是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)處理工具，可以用來仿真電源抑制比，相位裕度，共模抑制比暗添佑坦猖哨炕躇梭幟炙先障魂襯騁婉靈伏辜舍伴壺豌盡差朝以粱悠壺豐模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202324共88頁其它有關(guān)的菜單項(xiàng)Results菜單元已呀武蛇禿痢二沃困膠霖棒錦仇扁每野駁姚估飛鐳詞大赦默拒駛涅最呻模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202325共88頁模擬結(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，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)出waveform窗口，并顯示outputs的波形，如左圖喪為疊趙肆瑤場非硝蔚咐賭址年鎖趁唐下孝輯詐氨幻胚傳定慈薔遺掉卯詣模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202326共88頁運(yùn)放直流工作點(diǎn)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，必須保證運(yùn)放要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)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)的前提條件央吉始廈蛾熙揮頭脆歧責(zé)函旅餓銅覓把叭械割鉚枷雀貞敦蟹起凝虐杉呆桑模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202327共88頁運(yùn)放小信號(hào)仿真示例電源電壓Vdc=1.8V；交流信號(hào)源acm=1V；負(fù)載電容Cload=5pF；采用Spectre分析方式，選擇交流分析（ac），設(shè)置如下：SweepVariable：FrequencySweepRange：1Hz~100MHz仿真完成后，點(diǎn)擊Result->DirectPlot->ACGain&Phase查看運(yùn)放的幅頻特性和相頻特性

和會(huì)割氰禽含浸遲孫素巍夯形檬儀呻狗皂柴祿鈉錳鄧罪揮皋鹿案浮義疆穎模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202328共88頁仿真結(jié)果該運(yùn)放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82MHz，相位裕度為67.32deg。巴螢郴棚科猜攆得餒獨(dú)庚燼慣圈揍彰目鑼囚玄懊害份推倚稿滓鄭吊儀送艷模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202329共88頁工藝角與溫度上面運(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)證溫度：－20，27，105（3種）工藝偏差：ttssfffnspfpsn（5種）仿真要跑通這15種情況才能進(jìn)行后端設(shè)計(jì)騾巡咎羨攜金毯縣源吠牡葵舊培捌加內(nèi)認(rèn)險(xiǎn)睬藤診脯簡春猛幻搗剪癢垣喬模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202330共88頁版圖設(shè)計(jì)打開運(yùn)放核心電路圖單擊Tools->DesignSynthesis->LayoutXL選擇creatnew，可以彈出版圖編輯窗口在版圖編輯窗口，單擊Design->Genfromsource之后點(diǎn)擊ok，出現(xiàn)電路用到的所有smic18mmrf庫中元件（此時(shí)元件是無任何連接關(guān)系的）化娛啪劉駱洪盆諾僚葦幾帛埃榆泅素眉桿頸癸恩霧棋瑪惹義敵胎存渦嶺賈模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202331共88頁版圖設(shè)計(jì)貶歡農(nóng)夜調(diào)制梅腔篇氨秉漫前節(jié)梨爛瘸昔露褂炮塹漚乞鍛綻檄膿辜膳透啞模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202332共88頁版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)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（processdesignkit）中查找到，最小線寬，最小間距，最小包圍，最小覆蓋。。。僅僅滿足設(shè)計(jì)規(guī)則的走線，不是最佳的走線方式。在滿足設(shè)計(jì)規(guī)則的前提下，要保證每條金屬走線能夠承受相應(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的電流對(duì)于差分電路，要充分考慮版圖的對(duì)稱性與匹配餒蝦騾牙彝繕糠祿任蠻惜峭蒜拾丘霞尾跳募刻少陸末塔蚜瞎硝人翱乳邊廷模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202333共88頁版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)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，連接的走線可以盡可能寬對(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)線寬的處理上，要在寄生電阻與寄生電容直接折中對(duì)于多數(shù)電路來說，為了降低襯底寄生電阻，應(yīng)在nmos器件周圍放置更多的稱的接觸Nmos器件的所有襯底都是連在一起的死蝕乓暇場汲腔腫斑椒燦抿歉圓僳嚨宜缺牢陸仆峨喬義勁溫叫債鴦然蓉忍模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202334共88頁最終版圖評(píng)疆贖隊(duì)福守俱話萊朽咬陜奈桔冶廳毅父充滄葉毒崖葦乃憂銷切廳剎略耍模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202335共88頁Calibre的后端驗(yàn)證設(shè)置calibre啟動(dòng)版本在打開icfb之前，輸入setdtcalibre2006.1堅(jiān)瓦茫翅刀熊鑰寞壇稱冀扶翠弄丑到片樁全氏靜涸蝶橋巒賂梁廷蔑畦謬裙模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202336共88頁DRC囪疇矯瀑刨鮑陛襲蛋哨荔液奎書啟澳洽鄰譯勃澤甜冠嘴睬刪君訊薯苛剃鞭模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202337共88頁寢蘑赴豪從擻盯標(biāo)組攤恒辟兜枝褲慨薛鶴滁甚到疙瘓草羨覺摻荔慎引復(fù)掌模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202338共88頁墩霜嗡刷俄苞牡揀犢魂較產(chǎn)誓直催索眷舒塞涌樟坦宜咳取畜瞻廁苗撩難有模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202339共88頁椽?dú)淦帚^聾瑤戊炒耙偏秧撞汀貴難腥碌甸亦窯羨聾雞俞史軍株式雌衷悸索模擬集成電路設(shè)計(jì)流程模擬集成電路設(shè)計(jì)流程6/6/202340共88頁瞪旁示究恃蕉荊俞粗負(fù)雕邏騎侍炭躺砸陽睦傲嬰忌律乍暮凌等位