集成電路版圖設(shè)計(jì)報(bào)告(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上北京工業(yè)大學(xué)集成電路板圖設(shè)計(jì)報(bào)告姓名：張靖維學(xué)號(hào)：2015年 6 月 1日目錄1 緒論隨著晶體管的出現(xiàn)，集成電路隨之產(chǎn)生，并極大地降低了電路的尺寸和成本。而由于追求集成度的提高，漸漸設(shè)計(jì)者不得不利用CAD工具設(shè)計(jì)集成電路的版圖，這樣大大提高了工作效率。在此單元中，我將介紹集成電路及CAD發(fā)展現(xiàn)狀，本次課設(shè)所用EDA工具的簡(jiǎn)介以及集成電路設(shè)計(jì)流程等相關(guān)內(nèi)容。1.1 介紹1.1.1 集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀2014年，在國(guó)家一系列政策密集出臺(tái)的環(huán)境下，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)強(qiáng)勁需求的推動(dòng)下，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)整體保持平穩(wěn)較快增長(zhǎng)，開始迎來發(fā)展的加速期。隨著產(chǎn)業(yè)投入加大、技術(shù)突破與規(guī)模積累，在

2、可以預(yù)見的未來，集成電路產(chǎn)業(yè)將成為支撐自主可控信息產(chǎn)業(yè)的核心力量，成為推動(dòng)兩化深度融合的重要基礎(chǔ)。、1.1.2 集成電路設(shè)計(jì)流程及數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程集成電路設(shè)計(jì)的流程一般先要進(jìn)行軟硬件劃分，將設(shè)計(jì)基本分為兩部分：芯片硬件設(shè)計(jì)和軟件協(xié)同設(shè)計(jì)。 芯片硬件設(shè)計(jì)包括：功能設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)描述和行為級(jí)驗(yàn)證，邏輯綜合，門級(jí)驗(yàn)證（Gate-Level Netlist Verification），布局和布線。 模擬集成電路設(shè)計(jì)的一般過程：電路設(shè)計(jì)，依據(jù)電路功能完成電路的設(shè)計(jì)；.前仿真，電路功能的仿真，包括功耗，電流，電壓，溫度，壓擺幅，輸入輸出特性等參數(shù)的仿真；版圖設(shè)計(jì)（Layout），依據(jù)所設(shè)計(jì)的電路畫版圖

3、；后仿真，對(duì)所畫的版圖進(jìn)行仿真，并與前仿真比較，若達(dá)不到要求需修改或重新設(shè)計(jì)版圖；后續(xù)處理，將版圖文件生成GDSII文件交予Foundry流片。數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程 1. 設(shè)計(jì) 輸入電路圖或硬件描述語言 2. 邏輯綜合 處理硬件描述語言，產(chǎn)生電路網(wǎng)表 3. 系統(tǒng)劃分 將電路分成大小合適的塊 4. 功能仿真 5. 布圖規(guī)劃 芯片上安排各宏模塊的位置 6. 布局 安排宏模塊中標(biāo)準(zhǔn)單元的位置 7. 布線 宏模塊與單元之間的連接 8. 寄生參數(shù)提取 提取連線的電阻、電容 9. 版圖后仿真1.1.3 CAD發(fā)展現(xiàn)狀CAD/CAM技術(shù)20世紀(jì)50年代起源于美國(guó),經(jīng)過近50年的發(fā)展,其技術(shù)和水平已經(jīng)到達(dá)了相

4、當(dāng)成熟的階段。日本、法國(guó)、德國(guó)也相繼在機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)、建筑化工等行業(yè)中廣泛使用CAD/CAM技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。 我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用起步于20世紀(jì)60年代末,經(jīng)過40多年的研究、開發(fā)與推廣應(yīng)用,CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各行各業(yè)。綜合來看,CAD/CAM技術(shù)的在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)特點(diǎn): (1) 起步晚、市場(chǎng)份額小我國(guó) CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用從20世紀(jì)80年代開始,“七五”期間國(guó)家支持對(duì)24個(gè)重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行了 CAD/CAM的開發(fā)研制工作,為我國(guó) CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。國(guó)家科委頒布實(shí)施的863

5、計(jì)劃也大大促進(jìn)了 CAD/CAM技術(shù)的研究和發(fā)展。“九五”期間國(guó)家科委又頒發(fā)了19952000年我國(guó) CAD/CAM應(yīng)用工程發(fā)展綱要,將推廣和應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)作為改造傳統(tǒng)企業(yè)的重要戰(zhàn)略措施。有些小企業(yè)由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足、技術(shù)人才缺乏,CAD/CAM技術(shù)還不能夠完全應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。國(guó)內(nèi)研發(fā)的CAD/CAM軟件在包裝和功能上與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在差距,市場(chǎng)份額小。 (2) 應(yīng)用范圍窄、層次淺CAD/CAM技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用在CAD方面主要包括二維繪圖、三維造型、裝配造型、有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。其中CAD二維繪圖技術(shù)在企業(yè)應(yīng)用情況較好,這一方面得益于國(guó)家大力推進(jìn)“甩圖板”工程,另一方面是由于二維

6、繪圖技術(shù)解決的是所有企業(yè)的共性問題。三維造型軟件由于早期沒有推出微機(jī)版本,需要在工作站環(huán)境中工作,投資較大,所以只有部分大企業(yè)有所應(yīng)用。在CAM方面,目前企業(yè)普遍應(yīng)用的只是數(shù)控程序編制,國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開始廣泛使用華中數(shù)控系統(tǒng)、南京SKY系統(tǒng)、日本FUNUC系統(tǒng)、德國(guó)SIEMENS系統(tǒng)。而廣義的 CAM只有少數(shù)大型企業(yè)采用,中小企業(yè)極少應(yīng)用。 (3) 功能單一、經(jīng)濟(jì)效益不突CAD/CAM技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用只是單元的智能技術(shù)應(yīng)用,是從企業(yè)生產(chǎn)的幾個(gè)側(cè)面來提高效率。功能分散的CAD/CAM技術(shù)其效果是有限的,只有將CAD、CAPP、CAM、PDM等技術(shù)集成在一起,綜合應(yīng)用在設(shè)計(jì)與制造生產(chǎn)的過程中 ,才

7、能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。2 電路設(shè)計(jì)2.1 運(yùn)算放大器電路 運(yùn)算放大器是具有很高放大倍數(shù)的單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號(hào)可以是輸入信號(hào)加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。2.1.1 工作原理 運(yùn)放有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個(gè)輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。）之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+

8、兩者的實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同。為了區(qū)別起見，a端和b 端分別用"-"和"+"號(hào)標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。 一般可將運(yùn)放簡(jiǎn)單地視為：具有一個(gè)信號(hào)輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某

9、一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的信號(hào)電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0（E1-E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如 100dB，即 倍），E1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，E2 是反相端的輸入信號(hào)電壓。2.1.2 電路設(shè)計(jì)1、啟動(dòng)Aether ：在完成啟動(dòng)環(huán)境設(shè)置后，通過cd命令進(jìn)入到用戶的設(shè)計(jì)目錄，輸入工具的啟動(dòng)命令A(yù)ether，啟動(dòng)工具界面 %> cd <work_dir> %&g

10、t; aether 2、 設(shè)置PDK和創(chuàng)建設(shè)計(jì)庫 ：本次課設(shè)將基于018um_PDK進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，我們需要完成018um_PDK的添加。在DM中，激活Tools->Library Path Editor，將彈出Library Path Editor編輯窗口， 在Library Path Editor編輯窗口中，激活Edit->Add Library，進(jìn)行018um_PDK的添加，在Add Library窗口中，點(diǎn)擊OK button，即完成library的添加。3、 創(chuàng)建設(shè)計(jì)庫：在DM的窗口中，通過菜單命令File->New Library激活New Library命令；

11、在激活New Library后，彈出New Library創(chuàng)建窗口；在New Library的窗口中進(jìn)行相應(yīng)的指定，點(diǎn)擊OK，既可以完成Library的創(chuàng)建。4、 創(chuàng)建放大器電路原理圖：在Design Manager中，通過菜單命令FileNew Cell/View。在彈出的New Cell/View對(duì)話框中，在對(duì)話框中分別進(jìn)行設(shè)置，完成 design/cp_amp/schematic 的創(chuàng)建，當(dāng)點(diǎn)擊New Cell/View窗口中的OK鍵，原理圖編輯器Schematic Editor將自動(dòng)彈出原理圖編輯界面。5、添加元器件Instance： 接下來，介紹通過Create Instance/C

12、opy/Move/Stretch命令完成放大器電路的器件添加。首先，通過Create Instance命令完成器件的創(chuàng)建，如圖3-4所示。 1）通過菜單CreateInstance命令彈出Create Instance選項(xiàng)設(shè)置窗口；2）點(diǎn)擊Browse Button，在Browse窗口中將Library/Cell/View選擇為 018um_PDK/p18/symbol；3）在Create Instance窗口中將p18的參數(shù)值設(shè)置為：Length=0.6u，Entry Switch=FingerWidth，F(xiàn)inger Width=8u， Fingers=4 ，SD Metal Width=

13、0.23u；通過快捷鍵<RMB>/<Shift+RMB>/<Ctrl+RMB>實(shí)現(xiàn)對(duì)器件 的R90/MY/MX操作4）p18的symbol卡通將出現(xiàn)在Schematic Editor編輯區(qū)中；在Schematic Editor 編輯區(qū)內(nèi)，通過鼠標(biāo)移動(dòng)可以進(jìn)行p18擺放位置的移動(dòng)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵 (LMB)確定p18的擺放外置，完成p18的創(chuàng)建。6、 修改MOS器件的Property ： 1）選中需要修改參數(shù)的MOS器件2）選中MOS器件后，激活Property命令3）Property命令被激活后，將調(diào)出的Edit Instance Properties窗口，在

14、Edit Instance Properties窗口中，即可完成對(duì)MOS器件的參數(shù)修改4） 當(dāng)選中多個(gè)器件時(shí)，可以通過First, Next, Previous和Last進(jìn)行切換。7、 創(chuàng)建輸入輸出 Pin ：通過菜單命令Created Pin；Cretae Pin命令激活后，將彈出Create Pin窗口，可以進(jìn)行Pin Name的添加。8、添加連線Wire ：接下來，我們要對(duì)已經(jīng)擺放好的MOS器件和Pins完成Wire連線。 1）通過菜單Created Wire、快捷鍵<W>方式激活命令。2）激活Create Wire命令后，單擊<F3>鍵，可以彈出Create W

15、ire選項(xiàng)設(shè)置窗 口； 3）在Schematic Editor中，通過單擊鼠標(biāo)左鍵<LMB>，即可完成連線； 9、Check/Check and Save ： 完成放大器原理圖設(shè)計(jì)后，必須通過Check/Check and Save，對(duì)原理圖進(jìn)行電學(xué)規(guī)則（ERC) 檢查，以確保原理圖的正確性。 激活Check and Save命令，分別完成對(duì)原理圖數(shù)據(jù)的Save操作和電學(xué)規(guī)則的檢查， 并將Check的結(jié)果顯示在Check & Save Report窗口中；通過Verify->Finde Marker命令顯示Check信息，對(duì)ERC錯(cuò)誤進(jìn)行詳細(xì)定位。 已經(jīng)完成的運(yùn)算放大

16、器的原理圖如下：2.2 D觸發(fā)器電路 D觸發(fā)器：該觸發(fā)器由4個(gè)組成，其中G1和G2構(gòu)成基本。電平觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí)，必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào)，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣，輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。2.2.1 反相器 反相器是可以將輸入信號(hào)的相位反轉(zhuǎn)180度，這種電路應(yīng)用在模擬電路，比如說音頻放大，等。在電子線路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常要用到反相器2.2.2 傳輸門 所謂傳輸門（TG）就是一種傳輸模擬信號(hào)的模擬開關(guān)。CMOS傳輸門由一個(gè)P溝道和一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOSFE

17、T并聯(lián)而成2.2.3 與非門 與非門是數(shù)字電路的一種基本邏輯電路。若當(dāng)輸入均為高電平（1），則輸出為低電平（0）；若輸入中至少有一個(gè)為低電平（0），則輸出為（1）。與非門可以看作是和的疊加。2.2.4 D觸發(fā)器該D觸發(fā)器電路由4個(gè)與非門，4個(gè)傳輸門以及三個(gè)反相器組成，如下3 版圖設(shè)計(jì)首先，設(shè)計(jì)版圖的基礎(chǔ)便是電路的基本原理，以及電路的工作特性，硅加工工藝的基礎(chǔ)、 以及通用版圖的設(shè)計(jì)流程，之后要根據(jù)不同的工藝對(duì)應(yīng)不同的設(shè)計(jì)規(guī)則，一般來說通用的版圖設(shè)計(jì)流程為制定版圖規(guī)劃記住要制定可能會(huì)被遺忘的特殊要求清單設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)考慮特殊要求及如何布線創(chuàng)建組元并對(duì)其進(jìn)行布局版圖驗(yàn)證執(zhí)行基于計(jì)算機(jī)的檢查和目視檢查，進(jìn)行

18、校正工作最終步驟工程核查以及版圖核查版圖參數(shù)提取與后仿真3.1 運(yùn)算放大器3.1.1 運(yùn)算放大器版圖設(shè)計(jì)1、 在版圖繪制過程中，利用PDK本身的功能，將MOS管的柵極都連接起 來，省去手工布線連接?xùn)艠O的麻煩；2、 接下來是對(duì)各MOS的源漏極進(jìn)行連接。以左下角的NM0和差分對(duì)管 NM2，NM3為例，NM0是作為尾電流源給其他兩個(gè)管子提供固定電流， 則應(yīng)將NM0的漏極跟 NM2，NM3共同的源極相接。因?yàn)镸etal1已經(jīng) 用于連接?xùn)艠O，所以使用Metal2走線， 在NM0的漏極加上從Metal1 到Metal2的Via M2_M1，同理連接好其他MOS；3、 按F3彈出選項(xiàng)設(shè)置窗口，確定勾選上Au

19、to Detect Edge 和With Same Layout，這兩個(gè)選項(xiàng)可以保證不會(huì)錯(cuò)誤產(chǎn)生其他層的連線，使所繪制 連線寬度保持和自動(dòng)探測(cè)到的Via中已有Metal2寬度一致；4、 完成該版圖的后一步是添加Guardring，Guardring的作用一般有兩個(gè)： 為NMOS提供襯底連接以杜絕栓鎖效應(yīng)（Latch-up)；隔離噪聲。3.2 D觸發(fā)器為了方便D觸發(fā)器的版圖設(shè)計(jì)1、 反相器、傳輸門、與非門這三個(gè)模塊的版圖要采用一致的高度5.34；2、 橫向的走線盡量采用M2,豎向的走線盡量采用M13、 D觸發(fā)器版圖采用兩行分布；3.2.1 反相器3.2.2 傳輸門3.2.3 與非門3.2.4 D觸發(fā)器4 總結(jié)與體會(huì)通過集成電路版圖設(shè)計(jì)的課程，我學(xué)會(huì)了統(tǒng)籌的安排版圖的各部分，這是在其他課上沒有學(xué)習(xí)到的。這次僅僅通過電路圖來自己想，自己畫版圖，大大鍛煉了我的識(shí)圖以及畫圖能力。版圖課程設(shè)計(jì)的過程中，不斷地學(xué)習(xí)與實(shí)踐，我了解了版圖設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域中不少的知識(shí)。版圖設(shè)計(jì)從普通N/P MOS管的畫圖到觸發(fā)器等各種復(fù)雜電路圖的制作中，從單一的小元器件到整個(gè)電路圖，每一個(gè)N/P MOS 管都發(fā)揮著自己的獨(dú)特的應(yīng)用。再對(duì)于總的電路圖來說，更有著自己的作用。 畫電路的時(shí)候，