CMOS模擬集成電路設(shè)計與仿真實驗指導書

1、CMOS模擬集成電路設(shè)計與仿真實驗指導書微電子與固體電子學院12實驗名稱 CMOS模擬集成電路設(shè)計與仿真一、實驗?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、計算機及其他消費類電子產(chǎn)品中的重要地位日益突出，而IC的生產(chǎn)和設(shè)計技術(shù)水平是決定IC芯片性能的兩大要素。目前，IC設(shè)計主要沿正向和逆向設(shè)計兩條技術(shù)路線繼續(xù)發(fā)展，該實驗既是正向設(shè)計中的必須環(huán)節(jié)，又能與已開設(shè)的集成電路版圖識別與提取實驗良好銜接，使學生能基本掌握IC正、逆向設(shè)計的完整流程。本實驗是基于微電子技術(shù)應(yīng)用背景和微電子集成電路課程設(shè)置及其特點而設(shè)置，為IC設(shè)計性實驗。其目的在于：· 根據(jù)實驗任務(wù)要求，綜合運用課程所

2、學知識自主完成相應(yīng)的模擬集成電路設(shè)計，掌握基本的IC設(shè)計技巧。· 學習并掌握國際流行的EDA仿真軟件Cadence的使用方法，并進行電路的模擬仿真。通過該實驗，使學生掌握CMOS模擬IC設(shè)計的流程，加深對課程知識的感性認識，增強學生的設(shè)計與綜合分析能力，掌握自主進行模擬集成電路設(shè)計與仿真的基本方法，進而為今后從事科研、開發(fā)工作打下良好基礎(chǔ)。二、實驗原理2.1 IC設(shè)計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)計與仿真根據(jù)電路的指標和工作條件，確定電路結(jié)構(gòu)與類型，然后通過模擬計算，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軟件進行模擬仿真。工藝設(shè)計根據(jù)電路特點選

3、擇適當?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)計按電路設(shè)計和確定的工藝流程，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試，劃片封裝2.2 基于Cadence 平臺的電路設(shè)計與仿真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、點選在CIW窗口的上面工具列ToolsLibrary Manager，會出現(xiàn)LM窗口LM(Library Manager)2.2.2 建立新的Library1. 點選LM窗口上面的工具列FileNewLibrary2. 會產(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. 點選上面的OK 在彈出的對話框中，Technology Library選擇為umc18。2.2.3 建立Cell Vie

5、w1、 建立Schematic view：先點選要LM窗口預(yù)定的library，再點選LM窗口的FileNewCell view，按OK之后，即可建立Schematic View2、若Schematic View已存在，在LM窗口用鼠標左鍵點選Library的OpAmp再點選cell的opa再連續(xù)點選view的schematic兩次，或是用右鍵open,即可開啟schematic窗口。3、點選Schematic窗口上面的指令集AddInstance，出現(xiàn)Add Instance窗口再點選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.完整的電路拓撲結(jié)構(gòu)。· 點選 nmos à 再選 properties (按 q 鍵 ) , 標明 model name ,width ,length, 同理 for pmos，Model name 是以width,length 來決定用那一個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 ,此時可選 Check à Find Marker 來看 error 的原因.2.2.4 由Schematic產(chǎn)生symbol1. 打開Schematic view2. 點選Schematic窗口上面指令集的DesignCreate cellviewFrom cellview按OK按OK3. 點選 partName à按 q 鍵 出現(xiàn) properties 的對話盒把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, 不然會發(fā)生閃動的error2.2.5 仿真環(huán)境Affirma Analog Circuit design Environment的調(diào)用1、主菜單中點擊 Affirma Analog Circuit desi

9、gn Environment，出現(xiàn)如下界面2、加載model文件。在主菜單中點選SetupàModel Libraries，在Model Library Setup對話框中，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)分析的起止時間Start time & Stop time、分

10、析步長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)計對照設(shè)計指標要求，根據(jù)仿真結(jié)果的情況，對工作點設(shè)定、偏置電流、器件寬長比及負載大小等進行調(diào)試，以達到預(yù)定的性能指標。三、實驗內(nèi)容與實驗步驟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)計一個運算放大器電路，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)計指標要求，選取、確定適合的電路結(jié)構(gòu)，并進行計算分析。4、電路的仿真與分析，重點進行直流工作點、交流AC分析、瞬態(tài)Trans分析、建立時間小信號特性和壓擺率大信號分析，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，要求達到預(yù)定的技術(shù)指標。6、整理仿真數(shù)據(jù)與曲線圖表，撰寫并提交實驗報告。四、實驗儀器與