共源级放大器的电路设计及版图实Word格式.docx

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关键词：

共源级放大器；

版图；

TannerTools

CircuitDesignandLayoutImplementationoftheDommon-sourceAmplifier

Abstract

ICdesigntechnologyisnowoneofthekeytechnologiesoftheinformationage,today'

sVLSI（VLSL）hasbeeninseparablefromcomputer-aideddesign（CAD）.TannerisaCADsoftware,whichisbasedICdesignsoftwaretoolsforwindowsplatform,powerfulfunctionalityofthesoftwaredevelopedbytheTannerResearch,analogcircuitdesign,analysisofthecircuitlayoutcanberealized.Thisdesignisthecircuitdiagramtannercommonsourcesoftwarebasedamplifierdesignandlayoutdrawing.Isacommon-sourceamplifiercircuitofthebasicCMOSgainstage.Itisatypicalinvertingamplifier,ortheloadmaybeanactiveloadcurrentsource.Common-sourceamplifierneedstobegreaterthantheactiveloadamplifiergain.Designcurrentsourceloadcommon-sourceamplifierIChastolearntounderstandthenatureofthehelpandimprove,whichisacombinationoftheoryandpractice.Thisthesisamplifiercircuitdesignthreecases,theyareacommonsourceamplifierresistiveloadofsource-levelamplifierandacurrentsourcediodeconnectedloadoftheloadcommonsourceamplifiercircuit,amplifierdesignbythesethreemakeusmoreUsegoodcommonsourceamplifier.

Keyword:

CAD；

TANNER；

Common-sourceAmplifier

引言

1947年在美国的新泽西州的贝尔实验室诞生世界上第一个晶体管，自此开始了集成电路的发展，在1958年，基尔比德州仪器工程师发明了世界上第一个集成电路（IC）。

而正是这枚小小的IC拉开了微电子学的大幕，从此集成电路的发展便开始走上了一条飞速发展的道路。

1964年，摩尔提出了著名的摩尔定律：

晶体管的集成度每18个月翻一倍。

集成电路的的飞速发展不仅给人们的生活带来了便捷，同时在军事、医学、科技等各方面发挥着巨大的作用。

电路物理实现的设计实际是为集成电路的版图设计，称其为物理设计。

IC设计生产的基础是集成电路的版图设计，将电路的逻辑描述形式转化成版图的描述形式是版图设计的任务，并通过Mask光刻从而实现版图到集成电路芯片的物理转化。

集成电路的版图设计关系到集成电路的功能是否正确，同时还关系到集成电路的性能、成本、面积和功耗的大小。

因此设计出性能较高、功耗低、并能实际可靠地工作的版图相当重要。

大规模IC制造技术、IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术及自动测试技术等在硬件实现方面融合了EDA[1]技术；

在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念。

随着集成电路发展的要求，集成电路EDA[2]，准确地说是整个电子设计自动化必须要有大的发展。

EDA的优点在于不是对单个单元的优化，而是对于全局的优化，从总体出发，保证其形状和尺寸最适于总的布局，是引线占的面积尽可能的小。

EDA的重要性在于使设计便于处理，具有处理高度复杂电路而不出错的能力。

集成电路的的飞速发展不仅给人们的生活带来了便捷，同时在军事，医学，科技等各方面发挥着巨大的作用。

随着科技的不断进步，对集成电路的要求也在越来越高，设计出面积小、功耗低、成本低、性能良好的集成电路越发的重要。

在现代科技中，计算机辅助设计的科学技术得以飞速发展。

所以EDA技术是一门综合性学科，渗透于各个学科之中，EDA技术是电子设计与应用的发展方向。

1TannerTools软件简介

由TannerResearch公司基于Windows平台开发的TannerTools设计软件用于集成电路的设计[3]，从电路设计、分析模拟到电路布局一一俱全。

其中国内广泛应用的L-Edit版图编辑器，知名度很高。

由TannerEDA[4]软件公司所出品的L-EditPro是一个IC设计及验证的高性能软件系统模块，具有效率高，交互式等特点，从IC设计到输出，以及最后的加工服务完善且强大的功能，完全可以和百万美元级的IC设计软件媲美。

L-EditPro包含IC设计编辑器（LayoutEditor）、自动布线系统（StandardCellPlace&

Route）、线上设计规则检查器（DRC）、组件特性提取器（DeviceExtractor）、设计布局与电路netlist的比较器（LVS）、CMOSLibrary、MarcoLibrary，这些模块组成了设计与验证的完整IC解决方案。

L-EditPro快速、易用、精确的设计系统工具为每个IC设计者及生产商提供了完善丰富的功能。

通过这款软件可完成IC的设计、版图编辑、自动布局布线、波形仿真和模拟验证等一系列的功能；

它的编辑功能全面、电路图处理快速和模拟仿真及波形功能较好。

主要解决电路图的电路设计，版图规划及它们相应的模拟仿真验证等问题。

1.1TannerTools软件的组成

TannerTools工具包括S-Edit、T-Spice、W-Edit、L-Edit与LVS五个相关软件。

它们的主要实现功能如下：

（1）S-Edit：

S-Edit主要功能是编辑电路图，每个电路图都有电路图和符号图两种模式。

TannerEDA格式的电路图具有等级结构电路图，由不同等级的模块组成这种电路图，高等级的模块是由低等级的模块组成。

S-Edit还可以使当前模块的电路图转化为不同的网表。

（2）T-Spice：

T-SPICE主要功能是电路分析与模拟。

由Tanner公司提供T-SPICE电路模拟器是专门用来模拟电路的软件程序。

在T-SPICE的文本文件窗口中可以创建、打开和编辑各种文件文本及插入各种T-SPICE命令。

对输入文件进行模拟仿真必须用T-SPICE电路描述语言写入的输入文件后才可以。

（3）W-Edit：

W-Edit的主要功能是显示T-SPICE的模拟结果，即显示T-SPICE模拟出的波形图，可进行简单的设置使得更加方便清晰观察模拟出的波形图。

（4）L-Edit：

设计规则及检查、编辑布局版图、截面观察、电路转换、自动配置与绕线；

（5）LVS：

对比布局图和电路图的网表。

1.2TannerTools设计综合流程

先用S-Edit编辑要设计电路的电路图，然后将该电路图导出Spice文件。

接着利用T-Spice软件将电路图模拟并输出成Spice文件，设置输入电平参数，然后进行运行，用W-Edit观察输出波形。

假如模拟结果不对，接着回到S-Edit检查电路图，如果T-Spice没有错误，就用L-Edit对照电路图进行版图设计。

版图绘制完后要以DRC进行设计规则检查，如果没有违反设计规则，再将版图进行修改直到设计规则检查没有错误为止。

然后将验证过的版图导出Spice文件，再利用T-Spice模拟，如果有错误，再回到L-Edit修改版图设计。

最后利用LVS进行S-Edit电路图导出的Spice文件和L-Edit版图导出的Spice文件对比，如果结果对比不相等，则回去修改S-Edit图或者L-Edit图。

直到验证没有错误后，将L-Edit设计好的版图输出成GDSII类型文件，最后交给工厂去制作半导体过程中需要的光罩，流程如图2-1所示。

图2-1设计综合流程图

2共源级放大器电路图和版图设计及其仿真

2.1电阻负载共源级放大器电路原理分析

电阻负载共源级放大器由于自身的跨导，MOS管可以将栅-源电压的变化转换成小信号[5]漏极电流，于是输出电压由小信号漏电流流过电阻产生，如图2-2所示。

图2-2小信号分析

当

，M1截止：

（1-1）

饱和区：

（1-2）

转折点：

（1-3）

线性区：

（1-4）

深线性区：

（1-5）

所以

（1-6）

（1-7）

小信号增益：

（1-8）

（1-9）

（1-10）

（1-11）

总结：

在CMOS工艺下，精确阻值的电阻难加工，阻值小时增益小，阻值大时电阻的尺寸太大，还会降低输出摆幅，一般采用MOS管代替电阻做负载。

2.1.1电阻负载共源级放大器电路图设计

电阻负载共源级放大器电路图如图2-3所示。

图2-3电阻负载共源级放大器电路图

对完成的电路图进行验证：

选择Tools——DesignChecks点击，验证结果如下图2-4所示。

图2-4电路图验证

2.1.2电阻负载共源级放大器电路图SPICE文件设置

T-SPICE主要的功能是电路分析和模拟，T-SPICE电路模拟器是由Tanner公司提供的专门用来模拟仿真电路的软件程序。

T-SPICE的文本文件窗口中可以编辑、创建和打开各种文本文件，还可以在打开的文件中写入各种T-SPICE命令。

T-SPICE输入用T-SPICE电路描述语言写成的输入文件后，就可以对输入文件进行模拟仿真。

对SPICE文件进行设置，包括加载包含文件、设定电源电压、输入信号、分析设定、设定输