模拟集成电路设计流程课件.ppt
2019/2/20,共88页,1,Spectre/Virtuoso/Calibre 工具使用介绍,2019/2/20,共88页,2,模拟集成电路的设计流程,1.交互式电路图输入 2.电路仿真（spectre） 3.版图设计 （virtuoso） 4.版图的验证（DRC LVS） （calibre） 5.寄生参数提取（calibre） 6.后仿真 （spectre） 7.流片（gdsii）,全定制,2019/2/20,共88页,3,Cadence中Spectre的模拟仿真,1、进入Cadence软件包 2、建立可进行SPECTRE模拟的单元文件 3、编辑可进行SPECTRE模拟的单元文件 4、模拟仿真的设置(重点) 5、模拟仿真结果的显示以及处理 6、分模块模拟(建立子模块) 7、运算放大器仿真实例,2019/2/20,共88页,4,一、进入Cadence软件包,登陆到服务器上后，进入adelibic5这个文件夹（如果没有这个文件夹，按照vlsi课件实验1自行拷贝） 在命令行输入 source /eva02/dept23/uwb03/.cshrc.ic23 icfb& 红色界面的IC5141窗口出现，之后ciw弹出来,2019/2/20,共88页,5,二、建立可进行SPECTRE模拟 的单元文件,主窗口分为信息窗口CIW、命令行以及主菜单。信息窗口会给出一些系统信息（如出错信息，程序运行情况等）。在命令行中可以输入某些命令。,主菜单包括： 1、File菜单 2、Tools菜单 3、Options菜单,2019/2/20,共88页,6,设计环境设置,工艺库工作站目录 /eva02/ic/BA083006/smic18/ 关联工艺库的方法 在cds.lib中加入如下语句（用Vi或Gvim编辑器） INCLUDE /eva02/ic/BA083006/smic18/cds.lib 工艺模型文件目录 /eva02/ic/BA083006/smic18/models/spectre 这个目录下有如下文件 其中ms018_v1p7*是普通器件模型文件，ms018_rf_v1p6*是RF器件模型文件，我们实验只用到普通器件，因此只需要前者，电路仿真时Spectre会自动加载这几个文件,2019/2/20,共88页,7,相关工艺参数可以在ms018_v1p7_spe.mdl文件中查到： N18： Tox=3.87n (可由此算出Cox) vth0=0.39(无衬偏效应) u0=34m P18： Tox=3.74n Vth0=-0.402 u0=8.6m lambda的选取可以参照razavi书上的lambda与L成反比， 其中L0.5um时 lambdaN0.1,lmabdaP=0.2 模型中各工艺参数定义可参考bsimset.pdf文件。,建立新库、新单元以及新视图,在CIW中，File-New-Library， 在弹出的“New Library”窗口，Name栏中：mylib 选中右下方：Attach to an existing techfile 点击OK，之后弹出图2，选smic18mmrf，点击ok 查看CIW窗口：Tools-Library Manager，在Library中应有mylib，单击它。 在Library Manager 窗口，File-New-Cellview， 在弹出的“Create New File”窗口Cell Name栏中，opam Tool栏中，选Composer-Schematic OK ，弹出新的原理图编辑窗口,Library,Cell,Schematic Symbol Layout Verilog,（View）,2019/2/20,共88页,9,Library,Cell以及View的关系,1、library(库)的地位相当于文件夹，它用来存放一整个设计的所有数据，包括子单元（cell）以及子单元（cell）中的多种视图（view）。新建库时注意选择链接所用工艺pdk的techfile。 2、Cell（单元）可以是一个简单的单元，像一个与非门，也可以是比较复杂的单元（由symbol搭建而成）。 3、View则包含多种类型，常用的有schemetic，symbol，layout，calibre等等 ,新建Cellview要注意选择View的类型。,2019/2/20,共88页,10,添加元件（实例instance）,在弹出的“Virtuoso Schematic Editing:”窗口中，左边为工具栏，选instance 图标（或i） 单击“Add instance”窗口Library栏最右侧Browser, 弹出“Library Browser-”窗口，Library选smic18mmrf，Cell选n18, View选symbol 在“Virtuoso Schematic Editing:”窗口, 鼠标左键单击一次，间隔一定距离再单击一次，这样就增加了2个n18元件，键撤销本次操作ESC 按照如上方法添加所需要的 NMOS与PMOS以及电阻元件以及pin,2019/2/20,共88页,11,mos管的主要参数,multiplier 表示几个管子并联数 Length 表示沟道长度 ，设计时我们按照长沟道设计L取值1um Total Width 表示总的沟道宽度 Finger Width 表示一个finger的宽度 Fingers 表示finger的个数 Total width Finger witdth × Fingers 设计时尽量使mos管接近方形，而不是长条形,2019/2/20,共88页,12,编辑完成的电路图,2019/2/20,共88页,13,一些快捷键,以下是一些常用的快捷键： i 添加元件，即打开添加元件的窗口； 缩小两倍； 扩大两倍； w 连线（细线）； f 全图显示； p 查看元件属性； m 整体移动（带连接关系）； shift+m 移动（不带连接关系）。,2019/2/20,共88页,14,生成symbol,进入“Virtuoso Schematic Editing：mylib nand2 schematic”窗口。 Design - Create Cellview-From Cellview 在Cellview From Cellview窗口，From View Name栏为：schematic，Tool / Data Type栏为Composer-Symbol。 OK,2019/2/20,共88页,15,三 编辑测试环境,新建1个cell名称为： Opam_test 在新的原理图窗口中调用opam的symbol 添加激励元件 所有激励元件都在 Analoglib库中，在这里用到了电源源vdc 电流源idc 正弦源vsin 以及全局符号vdd，gnd 如右图所示,2019/2/20,共88页,16,四、模拟仿真的设置(重点),Composer-schamatic界面中的Tools Analog Environment项可以打开Analog Design Environment 窗口，如右图所示。,2019/2/20,共88页,17,Analog Design Simulation菜单介绍,Session菜单,Schematic Window Save State Load State Options Reset Quit,回到电路图,保存当前所设定的模拟所用到的各种参数,加载已经保存的状态,一些显示选项的设置,重置analog artist。相当于重新打开一个模拟窗口,退出,2019/2/20,共88页,18,Setup菜单,Setup菜单,Design Simulator/directory/host Temperature Model Library Environment,选择所要模拟的线路图,选择模拟使用的模型一般有cdsSpice hspiceS spectre等,设置模拟时的温度,设置库文件的路径和仿真方式,设置仿真的环境 （后仿真时需设置）,2019/2/20,共88页,19,Analyses菜单,选择模拟类型。Spectre的分析有很多种，如右图，最基本的有 tran（瞬态分析） dc（直流分析） ac（交流分析）。,2019/2/20,共88页,20,tran（瞬态分析）,2019/2/20,共88页,21,dc（直流分析）,dc（直流分析）可以在直流条件下对temperature，Design Variable，Component Parameter，Model Parameter进行扫描仿真,举例:对温度的扫描（测量温度系数） 电路随电源电压变化的变化曲线等,2019/2/20,共88页,22,ac（交流分析）,ac（交流分析）是分析电路性能随着运行频率变化而变化的仿真。,既可以对频率进行扫描也可以在某个频率下进行对其它变量的扫描。,2019/2/20,共88页,23,其它有关的菜单项,Outputs/Setup 当然我们需要输出的有时不仅仅是电流、电压，还有一些更高级的。比如说：带宽、增益等需要计算的值，这时我们可以在Outputs/setup中设定其名称和表达式。在运行模拟之后，这些输出将会很直观的显示出来。 需要注意的是：表达式一般都是通过计算器（caculator）输入的。Cadance自带的计算器功能强大，除了输入一些普通表达式以外，还自带有一些特殊表达式，如bandwidth、average等等。,2019/2/20,共88页,24,Calculator的使用,Calculator是一个重要的数据处理工具，可以用来仿真电源抑制比，相位裕度，共模抑制比,2019/2/20,共88页,25,其它有关的菜单项,Results菜单,2019/2/20,共88页,26,模拟结果的显示以及处理,在模拟有了结果之后，如果设定的output有plot属性的话，系统会自动调出waveform窗口，并显示outputs的波形，如左图,2019/2/20,共88页,27,运放直流工作点仿真（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，必须保证运放要有合适的静态工作点 静态工作点的设置需要手工计算与仿真迭代交互进行 构成放大器的每一个管子都处在饱和区，是运放存在一个良好工作点的前提条件,2019/2/20,共88页,28,运放小信号仿真示例,电源电压Vdc=1.8V； 交流信号源acm=1 V； 负载电容Cload=5p F； 采用Spectre分析方式，选择交流分析（ac），设置如下： Sweep Variable： Frequency Sweep Range ：1 Hz100M Hz 仿真完成后，点击 Result - Direct Plot - AC Gain&Phase 查看运放的幅频特性和相频特性,2019/2/20,共88页,29,仿真结果,该运放直流增益为80.9dB，单位增益带宽为82M Hz， 相位裕度为67.32deg。,2019/2/20,共88页,30,工艺角与温度,上面运放的仿真是在tt（典型）27摄氏度下的仿真，但实际的工艺不一定是tt，温度也不一定是室温27度，所以要进行工艺角仿真。仿真不可能覆盖所有的工艺偏差与温度，所以需要选取一些典型值去验证。 温度： 20 ，27， 105 （3种） 工艺偏差 ： tt，ss，ff，fnsp，fpsn （5种） 仿真要跑通这15种情况才能进行后端设计。,2019/2/20,共88页,31,版图设计,打开运放核心电路图 单击 Tools-Design Synthesis-Layout XL 选择creat new ，可以弹出版图编辑窗口 在版图编辑窗口，单击 Design-Gen from source 之后点击ok，出现电路用到的所有smic18mmrf库中元件（此时元件是无任何连接关系的）,2019/2/20,共88页,32,版图设计,2019/2/20,共88页,33,版图设计要点,版图设计要按照一定的设计规则与电气规则进行 ，这些规则文件可以在smic提供的pdk（process design kit）中查找到，最小线宽，最小间距，最小包围，最小覆盖。 仅仅满足设计规则的走线，不是最佳的走线方式。在满足设计规则的前提下，要保证每条金属走线能够承受相应的电流密度（防止由于老化而产生的电迁移现象），通常情况下为1um 可以承受1mA的电流 对于差分电路，要充分考虑版图的对称性与匹配,2019/2/20,共88页,34,版图设计要点,对于低频模拟电路而言，寄生电阻是影响其性能的主要因素，连接的走线可以尽可能宽。 对于射频电路而言，寄生电容可能会占据更主要的部分，对线宽的处理上，要在寄生电阻与寄生电容直接折中。 对于多数电路来说，为了降低衬底寄生电阻，应在nmos器件周围放置更多的称的接触。 nmos器件的所有衬底都是连在一起的。,2019/2/20,共88页,35,最终版图,2019/2/20,共88页,36,Calibre的后端验证,设置calibre启动版本 在打开icfb之前，输入setdt calibre2006.1,2019/2/20,共88页,37,DRC,2019/2/20,共88页,38,2019/2/20,共88页,39,2019/2/20,共88页,40,2019/2/20,共88页,41,2019/2/20,共88页,42,2019/2/20,共88页,43,2019/2/20,共88页,44,2019/2/20,共88页,45,2019/2/20,共88页,46,2019/2/20,共88页,47,2019/2/20,共88页,48,Output 选项说明,2019/2/20,共88页,49,2019/2/20,共88页,50,2019/2/20,共88页,51,参数提取后calibre view,Calibre提取的参数很难再版图上找到对应点，不是很直观。,2019/2/20,共88页,52,
