模擬集成電路設(shè)計流程

2023/12/7可編輯1Spectre/Virtuoso/Calibre工具使用介紹2023/12/7可編輯2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（DRCLVS）（calibre）5.寄生參數(shù)提?。╟alibre）6.后仿真（spectre）7.流片（gdsii）全定制2023/12/7可編輯3Cadence中Spectre的模擬仿真1、進入Cadence軟件包2、建立可進行SPECTRE模擬的單元文件3、編輯可進行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2023/12/7可編輯4一、進入Cadence軟件包登陸到服務(wù)器上后，進入adelibic5這個文件夾（如果沒有這個文件夾，按照vlsi課件實驗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2023/12/7可編輯5二、建立可進行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2、Tools菜單3、Options菜單2023/12/7可編輯6設(shè)計環(huán)境設(shè)置工藝庫工作站目錄/eva02/ic/BA083006/smic18/關(guān)聯(lián)工藝庫的方法在cds.lib中加入如下語句（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，我們實驗只用到普通器件，因此只需要前者，電路仿真時Spectre會自動加載這幾個文件2023/12/7可編輯7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lambdaN＝0.1,lmabdaP=0.2模型中各工藝參數(shù)定義可參考bsimset.pdf文件。建立新庫、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點擊OK，之后彈出圖2，選smic18mmrf，點擊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）2023/12/7共88頁82023/12/7可編輯9Library,Cell以及View的關(guān)系

1、library(庫)的地位相當于文件夾，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pdk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。2023/12/7可編輯10添加元件（實例instance）在彈出的“VirtuosoSchematicEditing:…”窗口中，左邊為工具欄，選instance圖標（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pin2023/12/7可編輯11mos管的主要參數(shù)multiplier表示幾個管子并聯(lián)數(shù)Length表示溝道長度，設(shè)計時我們按照長溝道設(shè)計L取值>＝1umTotalWidth表示總的溝道寬度FingerWidth表示一個finger的寬度Fingers表示finger的個數(shù)Totalwidth＝Fingerwitdth×Fingers設(shè)計時盡量使mos管接近方形，而不是長條形2023/12/7可編輯12編輯完成的電路圖2023/12/7可編輯13一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；]擴大兩倍；w連線（細線）；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）。2023/12/7可編輯14生成symbol進入“VirtuosoSchematicEditing：mylibnand2schematic”窗口。Design->CreateCellview->FromCellview在CellviewFromCellview窗口，F(xiàn)romViewName欄為：schematic，Tool/DataType欄為Composer-Symbol。OK2023/12/7可編輯15三編輯測試環(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2023/12/7可編輯16四、模擬仿真的設(shè)置(重點)Composer-schamatic界面中的Tools→AnalogEnvironment項可以打開AnalogDesignEnvironment窗口，如右圖所示。2023/12/7可編輯17AnalogDesignSimulation菜單介紹Session菜單SchematicWindow

SaveState

LoadState

Options

Reset

Quit回到電路圖保存當前所設(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analogartist。相當于重新打開一個模擬窗口退出2023/12/7可編輯18Setup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)置模擬時的溫度設(shè)置庫文件的路徑和仿真方式設(shè)置仿真的環(huán)境（后仿真時需設(shè)置）2023/12/7可編輯19Analyses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）。2023/12/7可編輯20tran（瞬態(tài)分析）2023/12/7可編輯21dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對temperature，DesignVariable，Component

Parameter，ModelParameter進行掃描仿真舉例: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2023/12/7可編輯22ac（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。既可以對頻率進行掃描也可以在某個頻率下進行對其它變量的掃描。2023/12/7可編輯23其它有關(guān)的菜單項

Outputs/Setup當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：表達式一般都是通過計算器（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式以外，還自帶有一些特殊表達式，如bandwidth、average等等。

2023/12/7可編輯24Calculator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2023/12/7可編輯25其它有關(guān)的菜單項Results菜單2023/12/7可編輯26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2023/12/7272023/12/7可編輯28運放直流工作點仿真（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，必須保證運放要有合適的靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點的設(shè)置需要手工計算與仿真迭代交互進行構(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2023/12/7可編輯29運放小信號仿真示例電源電壓Vdc=1.8V；交流信號源acm=1V；負載電容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，點擊Result->DirectPlot->ACGain&Phase查看運放的幅頻特性和相頻特性

2023/12/7可編輯30仿真結(jié)果該運放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82MHz，相位裕度為67.32deg。2023/12/7可編輯31工藝角與溫度上面運放的仿真是在tt（典型）27攝氏度下的仿真，但實際的工藝不一定是tt，溫度也不一定是室溫27度，所以要進行工藝角仿真。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種情況才能進行后端設(shè)計。2023/12/7可編輯32版圖設(shè)計打開運放核心電路圖單擊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）2023/12/7可編輯33版圖設(shè)計2023/12/7可編輯34版圖設(shè)計要點版圖設(shè)計要按照一定的設(shè)計規(guī)則與電氣規(guī)則進行，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的電流對于差分電路，要充分考慮版圖的對稱性與匹配2023/12/7