模擬集成電路設(shè)計流程(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))

1、2021-12-7共88頁1Spectre/Virtuoso/Calibre 工具使用介紹工具使用介紹實驗地點實驗地點: 信息科學(xué)實驗中心研究生實驗訓(xùn)練基地信息科學(xué)實驗中心研究生實驗訓(xùn)練基地馮立松馮立松 汪瀚汪瀚 2021-12-7共88頁2模擬集成電路的設(shè)計流程模擬集成電路的設(shè)計流程1.交互式電路圖輸入2.電路仿真（spectre）3.版圖設(shè)計 （virtuoso）4.版圖的驗證（DRC LVS） （calibre）5.寄生參數(shù)提?。╟alibre）6.后仿真 （spectre）7.流片（gdsii）全定制全定制2021-12-7共88頁3Cadence中中Spectre的模擬仿真的模擬仿真

2、1、設(shè)置登錄服務(wù)器，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) 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、運算放大器仿真實例2021-12-7共88頁4一、設(shè)置登錄服務(wù)器一、設(shè)置登錄服務(wù)器lhost: 202.38.81.119lport: 22lprotocol: SSHlusername/password: 學(xué)號/密碼lcommand: Linux type 2l修改密碼修改密碼 passwd先輸入當(dāng)前密碼，再輸入兩遍新密碼，注意密碼不會顯示出來配置配置l用瀏覽器打開h

3、ttp:/202.38.81.119/ganglia/ 查看機器負(fù)載情況，盡量選擇負(fù)載輕的機器登陸。mgt和rack01不要選取。l登錄命令 ssh X c01n? (?為機器號)l第一次登陸服務(wù)器: cp /eva01/cdsmgr/shell/cshrc.iclab . source cshrc.iclablcp wanghan/CMOS/cds.lib . （ “.”指當(dāng)前文件夾）lcp /soft1/cdsmgr/cadence/IC5141/tools.Inx86 (接上行)/dfII/cdsuser/.cds init （設(shè)置Cadence快捷鍵）lsetdt ic lsetdt

4、mmsim111 (spectre仿真時需要)2021-12-7共88頁52021-12-7共88頁6創(chuàng)建工作目錄workmkdir work進(jìn)入work文件夾（自己所有工作都在work里面）cd work關(guān)聯(lián)工藝庫：cp uwb05/lsfeng/UWB_OFDM/cds.liblIcfb & (運行cadence)2021-12-7共88頁7二、建立可進(jìn)行二、建立可進(jìn)行SPECTRESPECTRE模擬模擬的單元文件的單元文件主窗口分為信息窗口CIW、命令行以及主菜單。信息窗口會給出一些系統(tǒng)信息（如出錯信息，程序運行情況等）。在命令行中可以輸入某些命令。主菜單包括：1、File菜單

5、2、Tools菜單 3、Options菜單2021-12-7共88頁8工藝參數(shù)工藝參數(shù)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L0.5um時 lambdaN0.1,lmabdaP=0.2模型中各工藝參數(shù)定義可參考bsimset.pdf文件。Setup - model library建立新庫、新單元以及新視圖建立新庫、新單元以及新視圖l在CIW

6、中，F(xiàn)ile-New-Library，l在彈出的“New Library”窗口，Name欄中：mylibl選中右下方：Attach to an existing techfilel點擊OK，之后彈出圖2，選smic18mmrf，點擊okl查看CIW窗口：Tools-Library Manager，在Library中應(yīng)有mylib，單擊單擊它。l在Library Manager 窗口，F(xiàn)ile-New-Cellview，l在彈出的“Create New File”窗口Cell Name欄中，opamlTool欄中，選Composer-SchematiclOK ，彈出新的原理圖編輯窗口Librar

7、yCellSchematicSymbolLayoutVerilog（View）2021-12-7共88頁10Library,Cell以及以及View的關(guān)系的關(guān)系 1、library(庫)的地位相當(dāng)于文件夾，它用來存放一整個設(shè)計的所有數(shù)據(jù)，包括子單元（cell）以及子單元（cell）中的多種視圖（view）。新建庫時注意選擇鏈接所用工藝新建庫時注意選擇鏈接所用工藝pdk的的techfile。 2、Cell（單元）可以是一個簡單的單元，像一個與非門，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

8、等等 ,新建新建Cellview要注意選擇要注意選擇View的類的類型。型。2021-12-7共88頁11添加元件（實例添加元件（實例instance） l在彈出的“Virtuoso Schematic Editing:”窗口中，左邊為工具欄，選instance 圖標(biāo)（或i）l單擊“Add instance”窗口Library欄最右側(cè)Browser, l彈出“Library Browser-”窗口，Library選smic18mmrf，Cell選n18, View選symboll在“Virtuoso Schematic Editing:”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

9、增加了2個n18元件，鍵撤銷本次操作ESC l按照如上方法添加所需要的NMOS與PMOS以及電阻元件以及pin2021-12-7共88頁12mos管的主要參數(shù)管的主要參數(shù)lmultiplier 表示幾個管子并聯(lián)數(shù)lLength 表示溝道長度 ，設(shè)計時我們按照長溝道設(shè)計L取值1umlTotal Width 表示總的溝道寬度lFinger Width 表示一個finger的寬度lFingers 表示finger的個數(shù)lTotal width finger witdth finger widthl設(shè)計時 盡量使mos管接近方形，而不是長條形2021-12-7共88頁13編輯完成的電路圖編輯完成的電路

10、圖2021-12-7共88頁14一些快捷鍵一些快捷鍵l 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（帶連接關(guān)系）；shift+m 移動（不帶連接關(guān)系）。2021-12-7共88頁15生成生成symboll進(jìn)入“Virtuoso Schematic Editing：mylib nand2 schematic”窗口。lDesign - Create Cellview-From Cellviewl在Cellview From Cellview窗口，F(xiàn)rom View Name欄為：schemati

11、c，Tool / Data Type欄為Composer-Symbol。lOK2021-12-7共88頁16三三 編輯測試環(huán)境編輯測試環(huán)境新建1個cell名稱為：Opam_test在新的原理圖窗口中調(diào)用opam的symbol添加激勵元件所有激勵元件都在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vdd，gnd如右圖所示2021-12-7共88頁17四、模擬仿真的設(shè)置四、模擬仿真的設(shè)置( (重點重點) )Composer-schamatic界面中的Tools Analog Environment項可以打開Analog Design Environment

12、 窗口，如右圖所示。2021-12-7共88頁18Analog Design Simulation菜單介紹菜單介紹Session菜單菜單Schematic Window Save State Load State 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)一些顯示選項的設(shè)置重置analog artist。相當(dāng)于重新打開一個模擬窗口退出使用最多2021-12-7共88頁19Setup菜單Setup菜單菜單Design Simulator/directory/host Temperature Model Library Environmen

13、t選擇所要模擬的線路圖選擇模擬使用的模型一般有cdsSpice hspiceS spectre等 設(shè)置模擬時的溫度設(shè)置庫文件的路徑和仿真方式，修改工藝角設(shè)置仿真的環(huán)境 （后仿真時需設(shè)置）2021-12-7共88頁20Analyses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）。2021-12-7共88頁21tran（瞬態(tài)分析）（瞬態(tài)分析）2021-12-7共88頁22dc（直流分析）（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對temperature，Design Variable，Component Parameter

14、，Model Parameter進(jìn)行掃描仿真舉例:對溫度的掃描（測量溫度系數(shù)）電路隨電源電壓變化的變化曲線等2021-12-7共88頁23ac（交流分析）（交流分析）ac（交流分析）是分析電路性能隨著運行頻率變化而變化的仿真。既可以對頻率進(jìn)行掃描也可以在某個頻率下進(jìn)行對其它變量的掃描。2021-12-7共88頁24其它有關(guān)的菜單項 Outputs/Setup 當(dāng)然我們需要輸出的有時不僅僅是電流、電壓，還有一些更高級的。比如說：帶寬、增益等需要計算的值，這時我們可以在Outputs/setup中設(shè)定其名稱和表達(dá)式。在運行模擬之后，這些輸出將會很直觀的顯示出來。 需要注意的是：表達(dá)式一般都是通過計

15、算器（caculator）輸入的。Cadance自帶的計算器功能強大，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。 2021-12-7共88頁25Calculator的使用的使用Calculator是一個重要的數(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2021-12-7共88頁26其它有關(guān)的菜單項Results菜單2021-12-7共88頁27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)會自動調(diào)出waveform窗口，并顯示outputs的波形，如左圖2021-12-7共88頁28運放

16、直流工作點仿真（DC分析）l放大器的正常工作需要一定的直流偏置l在交流（ac，tran）仿真之前，必須保證運放要有合適的靜態(tài)工作點l靜態(tài)工作點的設(shè)置需要手工計算與仿真迭代交互進(jìn)行l(wèi)構(gòu)成放大器的每一個管子都處在飽和區(qū)，是運放存在一個良好工作點的前提條件2021-12-7共88頁29運放小信號仿真示例l電源電壓Vdc=1.8V；l交流信號源acm=1 V；l負(fù)載電容Cload=5p F；l采用Spectre分析方式，選擇交流分析（ac），設(shè)置如下： Sweep Variable： Frequency Sweep Range ：1 Hz100M Hzl仿真完成后，點擊 Result - Direct

17、 Plot - AC Gain&Phase 查看運放的幅頻特性和相頻特性 2021-12-7共88頁30仿真結(jié)果該運放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82M Hz，相位裕度為67.32deg。2021-12-7共88頁31工藝角與溫度工藝角與溫度l上面運放的仿真實在tt（典型）27度下的仿真，但實際的工藝不一定是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l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證l溫度： 20 ，27， 105 （3種）l工藝偏差 ： tt ss ff fnsp fpsn （5種）l仿真要跑通這15種情況才能進(jìn)行后端設(shè)計202

18、1-12-7共88頁32版圖設(shè)計版圖設(shè)計l打開運放核心電路圖l單擊 Tools-Design Synthesis-Layout XLl選擇creat new ，可以彈出版圖編輯窗口l在版圖編輯窗口，單擊 Design-Gen from source 之后點擊ok，出現(xiàn)電路用到的所有smic18mmrf庫中元件（此時元件是無任何連接關(guān)系的）2021-12-7共88頁33版圖設(shè)計版圖設(shè)計2021-12-7共88頁34版圖設(shè)計要點版圖設(shè)計要點l版圖設(shè)計要按照一定的設(shè)計規(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（process design kit）中查找到，最小線寬，最小間距，最小包圍，最小覆蓋。l僅僅滿足設(shè)計規(guī)則的走線，不是最佳的走線方式。在滿足設(shè)計規(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