模擬集成電路設(shè)計(jì)流程課件

Spectre/Virtuoso/Calibre工具使用介紹2023/8/81共88頁(yè)Spectre/Virtuoso/Calibre工具使用介模擬集成電路的設(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)提取（calibre）6.后仿真（spectre）7.流片（gdsii）全定制2023/8/82共88頁(yè)模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程1.交互式電路圖輸入全定制2023/7Cadence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2023/8/83共88頁(yè)Cadence中Spectre的模擬仿真1、進(jìn)入Cadenc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2023/8/84共88頁(yè)一、進(jìn)入Cadence軟件包登陸到服務(wù)器上后，進(jìn)入adeli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2023/8/85共88頁(yè)二、建立可進(jìn)行SPECTRE模擬

的單元文件主窗口分為信息窗設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置工藝庫(kù)工作站目錄/eva02/ic/BA083006/smic18/關(guān)聯(lián)工藝庫(kù)的方法在cds.lib中加入如下語(yǔ)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2023/8/86共88頁(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置工藝庫(kù)工作站目錄2023/7/316共88頁(yè)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。2023/8/87共88頁(yè)相關(guān)工藝參數(shù)可以在ms018_v1p7_spe.mdl文件中建立新庫(kù)、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）建立新庫(kù)、新單元以及新視圖在CIW中，F(xiàn)ile->New->Library,Cell以及View的關(guān)系

1、library(庫(kù))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(kù)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(jiǎn)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。2023/8/89共88頁(yè)Library,Cell以及View的關(guān)系1、librar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pin2023/8/810共88頁(yè)添加元件（實(shí)例instance）在彈出的“Virtuosomos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(zhǎng)度，設(shè)計(jì)時(shí)我們按照長(zhǎng)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×Fingers設(shè)計(jì)時(shí)盡量使mos管接近方形，而不是長(zhǎng)條形2023/8/811共88頁(yè)mos管的主要參數(shù)multiplier表示幾個(gè)管子并聯(lián)數(shù)編輯完成的電路圖2023/8/812共88頁(yè)編輯完成的電路圖2023/7/3112共88頁(yè)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）。2023/8/813共88頁(yè)一些快捷鍵以下是一些常用的快捷鍵：2023/7/3113共生成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。OK2023/8/814共88頁(yè)生成symbol進(jìn)入“VirtuosoSchematic三編輯測(cè)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(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2023/8/815共88頁(yè)三編輯測(cè)試環(huán)境新建1個(gè)cell名稱為：2023/7/311四、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。2023/8/816共88頁(yè)四、模擬仿真的設(shè)置(重點(diǎn))Composer-schamatiAnalogDesignSimulation菜單介紹Session菜單SchematicWindow

SaveState

LoadState

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analogartist。相當(dāng)于重新打開一個(gè)模擬窗口退出2023/8/817共88頁(yè)AnalogDesignSimulation菜單介紹SeSetup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cdsSpicehspiceS

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）2023/8/818共88頁(yè)Setup菜單Setup菜單DesignSimulatAnalyses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）。2023/8/819共88頁(yè)Analyses菜單選擇模擬類型。Spectre的分析有很多tran（瞬態(tài)分析）2023/8/820共88頁(yè)tran（瞬態(tài)分析）2023/7/3120共88頁(yè)dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對(duì)temperature，DesignVariable，Component

Parameter，ModelParameter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等2023/8/821共88頁(yè)dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對(duì)tempeac（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。2023/8/822共88頁(yè)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。

2023/8/823共88頁(yè)其它有關(guān)的菜單項(xiàng)Outputs/Setup2023/7Calculator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2023/8/824共88頁(yè)Calculator的使用Calculator是一個(gè)重要的數(shù)其它有關(guān)的菜單項(xiàng)Results菜單2023/8/825共88頁(yè)其它有關(guān)的菜單項(xiàng)Results菜單2023/7/3125共8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2023/8/826共88頁(yè)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outp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2023/8/827共88頁(yè)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

2023/8/828共88頁(yè)運(yùn)放小信號(hào)仿真示例電源電壓Vdc=1.8V；2023/7/3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。2023/8/829共88頁(yè)仿真結(jié)果該運(yùn)放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82M工藝角與溫度上面運(yùn)放的仿真是在tt（典型）27攝氏度下的仿真，但實(shí)際的工藝不一定是tt，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：tt，ss，ff，fnsp，fpsn（5種）仿真要跑通這15種情況才能進(jìn)行后端設(shè)計(jì)。2023/8/830共88頁(yè)工藝角與溫度上面運(yùn)放的仿真是在tt（典型）27攝氏度下的仿真版圖設(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(kù)中元件（此時(shí)元件是無任何連接關(guān)系的）2023/8/831共88頁(yè)版圖設(shè)計(jì)打開運(yùn)放核心電路圖2023/7/3131共88頁(yè)版圖設(shè)計(jì)2023/8/832共88頁(yè)版圖設(shè)計(jì)2023/7/3132共88頁(yè)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2023/8/833共88頁(yè)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。2023/8/834共88頁(yè)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最終版