集成电路实训报告文档格式.docx

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5达到指导书提出的设计指标要求。

1.3Tanner软件的介绍

Tanner集成电路设计软件是由TannerResearch公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。

该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。

其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。

L-EditPro是TannerEDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块，具有高效率，交互式等特点，强大而且完善的功能包括从IC设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。

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，这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决方案。

L-EditPro丰富完善的功能为每个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。

2反相器设计

2.1S-edit设计反相器

打开S-Edit程序，建立新的design（file-new-newdesign），取名为

INV。

新建一个CELL（cell-newview）。

增加必要元件库（FILE-OPEN-Addlibrary）。

S-Edit本身附有多个元件库，分别是Devices、LogicGates、Misc、SPICE_Commands、SPICE_Elements和IO_Pads等。

增加相应元件库之后，可以在S-Edit左侧看到各库中元件，可以通过选择相应库中的元件并点击其下方的instance来引用该元件。

从元件库引用模块：

编辑反相器会用到NMOS、PMOS、Vdd和GND四个模块，可从Devices、Misc元件库中引用新建一个CELL（cell-newview）。

也可以增加必要元件库（FILE-OPEN-Addlibrary）。

S-Edit编辑方式是以模块为单位而不是以文件为单位，一个文件中可以包含多个模块，而每一个模块则表示一种基本组件或者一种电路。

每次打开一个新文件时便自动打开一个模块并命名为cell0也可以重命名模块名。

方法是选择命令，在弹出的对话框中的输入符合实际电路的名称，如inv即可，之后单击OK按钮就可以。

编辑反相器：

移动各对象，正确连接相关节点。

之后加入联机：

完成各端点的信号连接（左键转向，右键终止）。

然后加入输入输出端口：

用输入端口按钮和输出端口按钮。

最后建立反相器符号（cell-updatesymbol）：

可自动得到所画器件的基本符号。

最终可以根据实际情况进行编辑得到满意的符号。

结果反相器原理图设计如图1所示。

图1反相器原理图

2.2反相器的瞬时分析

打开以上设计中的反相器cell，将其另存为INV_tran，在此单元中进行以下操作。

加入工作电源：

在spice_element元件库中找到Voltagesource单元并引用，作为电路工作电压源（正端接Vdd,负端接Gnd）。

右键点击该电压源，可以修改其各个属性，如电源性质（默认为直流电源）、名称等。

加入输入信号：

同样在spice_element元件库中找到Voltagesource单元并引用，作为反相器输入信号，（正端接输入端口IN,负端接Gnd）将电源性质改为pulse，并修改周期、脉宽、上升下降时间、名称等。

在SpiceCommands元件库中找到printvoltage并引用，分别连接到in和out端。

结果如图2所示。

图2反相器瞬时分析原理图

单击命令工具栏中的“开始”按钮，打开RunSimulation对话框，如图示十二所示，选中Showingduring单选按钮，再单击StartSimulation按钮，则会出现模拟状态窗口，并自动打开W-Edit窗口，以便观察模拟波形如图3

图3瞬态分析结果图

2.3反相器直流分析

打开反相器cell，将其另存为INV_DC，在此单元中进行本节操作。

正端接输入端口In,负端接Gnd，修改名称为Vin，数值为1V。

在SpiceCommands元件库中找到printvoltage并引用，分别连接到in和out端，将Analysis下拉框改为DC。

结果如图4所示。

图4反相器直流分析原理图

单击命令工具栏中的“开始”按钮，打开RunSimulation对话框，如图示十二所示，选中Showingduring单选按钮，再单击StartSimulation按钮，则会出现模拟状态窗口，并自动打开W-Edit窗口，以便观察模拟波形如图5所示。

图5直流传输特性波形图

由上图可以看出随着输入信号的增大，反相器的工作状态可以分为5个阶段来描述。

即输入等于输出、输出缓慢减小（速率加快）、输出急剧下降、输出再减小（速率变慢）和输出几乎为零五个阶段，与理论分析一致，分别对应N管截止，P管饱和导通，N管饱和导通，P管非饱和导通，N管、P管都饱和导通，N管非饱和导通，P管饱和导通，N管N管非饱和导通，P管截止。

3L-edit画PMOS和NMOS布局图

3.1L-edit的使用

打开L-Edit程序，保存新文件。

取代设定（File－ReplaceSetup）。

环境设定（Setup－Design），选取图层。

选择绘图形状绘制布局图。

设计规则设定（MOSIS/mhp-s5）和设计规则检查（DRC）。

检查错误，修改（移动）对象。

再次进行设计规则检查。

3.2使用L-Edit画PMOS布局图

用到的图层包括NWell，Active，NSelect，PSelect，Poly，Metal1，ActiveContact。

绘制NWell图层：

L-Edit编辑环境是预设在P型基板上，不需定义P型基板范围，要制作PMOS，首先要作出NWell区域。

根据设计规则中Well区最小宽度的要求（10Lambda），可画出NWell区。

绘制Active图层：

定义MOS管的范围。

PMOS的Active图层要绘制在NWell图层之内。

根据设计规则要求，Active的最小宽度为3Lambda。

可在NWell中画出Active图层。

绘制PSelect图层：

定义要布置P型杂质的范围。

绘制前进行DRC可发现相应错误（4.6NotExisting:

NotSelectedActive）。

绘制时注意遵守4.2b规则：

ActivetoP-SelectEdge最少2Lambda。

同时还要注意pdiff层与NWell层要遵守2.3a（5Lambda）。

结果如图6所示。

图6PMOS布局图

3.3使用L-Edit画NMOS布局图

用到的图层包括PWell，Active，PSelect，NSelect，Poly，Metal1，ActiveContact。

L-Edit编辑环境是预设在P型基板上，不需定义P型基板范围，要制作NMOS，首先要作出PWell区域。

根据设计规则中Well区最小宽度的要求（10Lambda），可画出PWell区。

NMOS的Active图层要绘制在PWell图层之内。

可在PWell中画出Active图层。

绘制NSelect图层：

定义要布置N型杂质的范围。

ActivetoN-SelectEdge最少2Lambda。

同时还要注意pdiff层与PWell层要遵守2.3a（5Lambda）。

结果如图7所示。

图7NMOS布局图

3.4使用L-Edit画基板节点元件

编辑PMOS基板节点元件用到的图层包括NWell，NSelect，Active，Active

contact，Metal1。

结果如图8所示。

编辑NMOS基板节点元件用到的图层包括PWell，PSelect，Active，Activecontact，Metal1。

结果如图9所示。

图8PMOS基板节点元件布局图图9NMOS基板节点元件布局图

3.5L-edit画反相器布局并作瞬时和直流分析

复制、引用元件。

设计规则检查并移动对象使之符合规则。

引用Basecontactp元件和Basecontactn元件，连接栅极Poly，连接漏极。

绘制电源线：

以Metal1图层表示，宽39格点，高5格点。

标出Vdd和GND节点。

连接电源与接触点：

将PMOS左边接触点与basecontactp的接触点用metal1与Vdd电源相连接，而把NMOS左边接触点与basecontactn的接触点用metal1与GND电源相连接。

加入输入端口。

需要metal2、Via、metal1、Polycontact、poly几个图层才能将信号从Metal2传至poly层。

加入输出端口。

在连接PMOS与NMOS漏极区的Metal1上绘制Via层与Metal2层，才能将信号从metal1传至metal2。

更改元件名称，把成果转化为spice文件。

进行T-spice仿真。

结果如图10，图11所示。

图10反相器布局图图11仿真图

3.6使用LVS对比反相器

1打开LVS程序：

执行在..\Tanner\LEdit82目录下的lvs.exe文件，或选择“开始”——“程序”——TannerEDA——L-EditProv8.2——LVS命令，即可打开LVS程序。

2打开文件：

先打开要进行对比的两个反相器电路，inv.spc文件与inv.sp文件，其中inv.spc文件是从第12章的L-Edit编辑的布局图inv组件（invCell）转化出的结果，而inv.sp文件是从第三章的S-Edit编辑的电路图inv模块（invModule）输出成SPICE文件的结果。

在LVS环境下，可选择File—Open，打开“打开”对话框，在“文件类型”下拉列表中选择SpiceFiles（*.sp*）选项。

在“文件名”下拉列表中选择inv.sp文件与inv.Spc文件。

3修改文件：

观察打开的inv.Spc文件与inv.sp文件，将.include设定修改。

注意包含文件的路径不要加上引号。

4打开LVS新文件:

在LVS环境下选择File--New命令，出现“打开”对话框，在其中的列表框中选择LVSSetup选项，再单击“确定”按钮。

5文件设定：

在Setup1对话框中有很多项目需要设定，包括要对比的文件名称、对比结果的报告文件、要对比的项目等。

先选择File选项卡来进行文件设定，在InputFiles选项组的Layoutnetlist文本框中输入自L-Edit转化出的inv.spc文件，在Schematicnetlist123文本框中输入自S-Edit输出的inv.sp文件：

在OutputFile选项组中的Outputfiles文本框中输入对比结果的报告文件文件名，选中Nodeandelementlist复选框，并在其后的文本框中输入节点与组件对比结果的报告文件名，之后选中Overwriteexistingoutputfiles。

6选项设定：

选择Option选项卡来进行选项设定，选中其中的OperateinT-Spicesyntaxmode，单选按钮与Considerbulknodes（substrate）duringiterationmatching复选框。

7高级参数设定：

选择AdvancedParameter选项卡来做进一步的设定，在MOSFETElements选项组中选中Lengthsandwidths复选框。

8执行设定：

选择Performance选项卡进行设定。

选择其中的单选按钮。

9显示设定：

选择VerbosityLevel选项卡来进行设定，选中其中的所有选项。

10存储文件：

设定完成后，存储LVS的设定，选择File—Save命令，存储Exl2.vdb。

11执行对比：

设定完成后开始进行inv.spc文件与inv.sp文件的对比，选择命令Verification-Run命令可进行对比。

12修改电路：

修改反向器布局图，使之转化后的NMOS参数为22u，PMOS参数W也为22u，再进行LVS对比，可以看到电路相等的结果。

3.7关于功耗和延迟方面的计算

反相器的N管和P管尺寸依据充放电时间tr和tf方程来求。

关键点是先求出式中CL（即负载）。

它的负载由以下三部分电容组成：

①本级漏极的PN结电容CPN；

②下级的栅电容Cg；

③连线杂散电容CS。

①本级漏极的PN结电容CPN的计算CPN＝Cj×

（Wb）+Cjsw×

（2W+2b）其中Cj是每um2的结电容，Cjsw是每um的周界电容，b为有源区宽度，可从设计规则获取。

如若最小孔为2λ×

2λ，孔与多晶硅栅的最小间距为2λ，孔与有源区边界的最小间距为2，则取b＝6λ。

Cj和Cjsw可用相关公式计算，或从模型库选取，或用经验数据。

其中采用的模型库参数如下所示：

总的漏极PN结电容应是N管和P管的总和，即：

注意：

此处WN和WP都为国际单位

②栅电容Cg的计算

Cg＝Cg，N＋Cg，P＝

＋

＝（WN＋WP）L

此处WN和WP为与本级漏极相连的下一级的N管和P管的栅极尺寸，近似取输出级WN和WP的尺寸。

将输出级N管和P管的宽长比：

（W/L）N=48和（W/L）P=140代入公式进行计算，根据设计规则，λ=0.6μ，L=2λ=1.2μ，代入得：

③连线杂散电容

CS＝

一般

，可忽略

作用，因此可以得出：

又因为：

令

，并把

的值代入公式，根据

≤2nS的条件，计算出

和

的值。

即，

使

=2nS，即

因此，

所以，内部反相器的尺寸为：

4.仿真注意事项

在仿真之前首先确保反相器画得没问题。

注意事项一：

设定提取规则，extractsetup

General选项中

1要设定提取时的设定文件，找到布局反相器的设定文件，lights.ext的位置。

2指定所提取文件的路径。

这项随意。

Output选项中

关键是要设定SPICEincludestatement

指定一个写入文本作为输出网表文件的thesecondline。

关于spiceincludestatement的定义大家可以查看，help中的designVerification中的解释。

定义中说这个文件通常是modelorsubcircuitfile.经过搜索找到四五个以md格式的文件。

等设定之后，就可以输出，然后用T-spice对输出的文件打开，打开之后，对VddTransition等参数进行设定，并插入命令（insertcommand）。

5总结

两个星期的实训结束了，在这次实训中我收获颇丰，在此期间我学习了不少的新知识，还在实训中体会到了不少的感悟。

在这次实训中，我学习了关于集成电路设计的CAD工具Tanner,这是一款功能强大的软件，可以帮助我们设计电路，分析电路，大大减少我们做出实物后的错误。

在画出反相器的电路图之后，我们对其进行了瞬时分析直流分析等，这帮助我们更加了解各种器件的工作原理，提升对器件的理解。

之后又进行了反相器的版图设计，经过一番的努力终于画出了反相器的版图，并且仿真了出来。

在这个过程中，我深深的体会到了理论联系实践这句话的含义。

课本上的知识终究只是书面上的知识，不经过实践是变成不了自己的知识的。

理论和实际还是有差距的，虽然自己感觉学的很不错了，但是如果真的让你去动手实践的话，还是错误百出。

然而这正是实践的意义，查找自己的不足，从而更好的提升自己。

在这两周，我深深地感到了互相帮助的重要性，在学习的过程中，总会遇到自己不会而其他同学会的知识，这时去求教其他会的同学可以大大节省自己的时间，而且通过交流，可以让自己学到更多的知识。

参考文献

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高等教育出版社，2004

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电子工业出版社，2004

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清华大学出版社,2001.01