模擬集成電路設計流程

Spectre/Virtuoso/Calibre工具使用介紹實驗地點:信息科學實驗中心研究生實驗訓練基地馮立松汪瀚2024/1/261共88頁模擬集成電路的設計流程1.交互式電路圖輸入2.電路仿真（spectre）3.版圖設計（virtuoso）4.版圖的驗證（DRCLVS）（calibre）5.寄生參數(shù)提取（calibre）6.后仿真（spectre）7.流片（gdsii）全定制2024/1/262共88頁Cadence中Spectre的模擬仿真1、設置登錄服務器，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、模擬仿真的設置(重點)5、模擬仿真結果的顯示以及處理6、分模塊模擬(建立子模塊)7、運算放大器仿真實例2024/1/263共88頁一、設置登錄服務器host:19port:22protocol:SSHusername/password:學號/密碼command:Linuxtype2修改密碼

passwd先輸入當前密碼，再輸入兩遍新密碼，注意密碼不會顯示出來2024/1/264共88頁配置用瀏覽器打開19/ganglia/

查看機器負載情況，盡量選擇負載輕的機器登陸。mgt和rack01不要選取。登錄命令

ssh–Xc01n??(??為機器號)第一次登陸服務器:cp/eva01/cdsmgr/shell/cshrc.iclab.sourcecshrc.iclabcp~wanghan/CMOS/cds.lib.（“.”指當前文件夾）cp/soft1/cdsmgr/cadence/IC5141/tools.Inx86(接上行)/dfII/cdsuser/.cdsinit~（設置Cadence快捷鍵）setdticsetdtmmsim111(spectre仿真時需要)2024/1/265共88頁創(chuàng)建工作目錄workmkdirwork進入work文件夾（自己所有工作都在work里面）cdwork關聯(lián)工藝庫：cp~uwb05/lsfeng/UWB_OFDM/cds.libIcfb&(運行cadence)2024/1/266共88頁二、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2024/1/267共88頁工藝參數(shù)相關工藝參數(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)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。Setup->modellibrary2024/1/268共88頁建立新庫、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）Library,Cell以及View的關系

1、library(庫)的地位相當于文件夾，它用來存放一整個設計的所有數(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。2024/1/2610共88頁添加元件（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pin2024/1/2611共88頁mos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，設計時我們按照長溝道設計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×fingerwidth設計時盡量使mos管接近方形，而不是長條形2024/1/2612共88頁編輯完成的電路圖2024/1/2613共88頁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（帶連接關系）；shift+m移動（不帶連接關系）。2024/1/2614共88頁生成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。OK2024/1/2615共88頁三編輯測試環(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2024/1/2616共88頁四、模擬仿真的設置(重點)Composer-schamatic界面中的Tools→AnalogEnvironment項可以打開AnalogDesignEnvironment窗口，如右圖所示。2024/1/2617共88頁AnalogDesignSimulation菜單介紹Session菜單SchematicWindow

SaveState

LoadState

Options

Reset

Quit回到電路圖保存當前所設定的模擬所用到的各種參數(shù)加載已經(jīng)保存的狀態(tài)一些顯示選項的設置重置analogartist。相當于重新打開一個模擬窗口退出使用最多2024/1/2618共88頁Setup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等設置模擬時的溫度設置庫文件的路徑和仿真方式，修改工藝角設置仿真的環(huán)境（后仿真時需設置）2024/1/2619共88頁Analyses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）。2024/1/2620共88頁tran（瞬態(tài)分析）2024/1/2621共88頁dc（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2024/1/2622共88頁ac（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。2024/1/2623共88頁其它有關的菜單項

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。

2024/1/2624共88頁Calculator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2024/1/2625共88頁其它有關的菜單項Results菜單2024/1/2626共88頁模擬結果的顯示以及處理在模擬有了結果之后，如果設定的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2024/1/2627共88頁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)工作點的設置需要手工計算與仿真迭代交互進行構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2024/1/2628共88頁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

2024/1/2629共88頁仿真結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。2024/1/2630共88頁工藝角與溫度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：ttssfffnspfpsn（5種）仿真要跑通這15種情況才能進行后端設計2024/1/2631共88頁版圖設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系的）2024/1/2632共88頁版圖設計2024/1/2633共88頁版圖設計要點版圖設計要按照一定的設計規(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。。。僅僅滿足設計規(guī)則的走線，不是最佳的走線方式。在滿足設計規(guī)則的前提下，要保證每條金屬走線能夠承受相應的電流密度（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