集成电路版图设计.docx
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集成电路版图设计
《集成电路版图设计》
学院:
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专业班级:
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学号:
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学生姓名:
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指导教师:
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摘要
什么是集成电路?
把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上,整个电路就在这个芯片上,把这个芯片放到管壳中进行封装,电路与外部的连接靠引脚完成。
什么是集成电路设计?
根据电路功能和性能的要求,在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下,尽量减小芯片面积,降低设计成本,缩短设计周期,以保证全局优化,设计出满足要求的集成电路。
《集成电路版图设计》基于Cadence软件的集成电路版图设计原理、编辑和验证的方法。
本次实验是基于Cadence版图设计软件平台,采用L50C7工艺库,设计一个运算放大器,并且,为了防止电路中各元件间产生闩锁效应,在实际生产流片中每个元件都应该添加保护环,以防止各元件间电流之间产生各种影响。
并且增加电路的稳定性和可靠性。
电路的验证采用的是Calibre验证工具,对电路版图进行了DRC验证和LVS验证。
关键词:
Calibre,运算放大器
1、电路设计流程......................................................1
2、版图的制作流程....................................................2
3、二级运算放大器的原理图..............................................3
4、器件尺寸的计算......................................................4
5、二级运算放大器原理图................................................5
6、二级运算放大器版图.................................................9
心得体会.........................................................11
参考文献.........................................................12
1、电路设计流程
设计规范
行为级描述
设计规范是为了确定电路要应用的工艺,和所需要的指标。
这些指标包括:
电源电压、功耗、增益、带宽、失真、噪声、输入输出动态范围、电路面积等。
行为级描述是实现系统功能所必须的编辑。
然后实行RTL描述,功能验证和测试,进行对错误的排除,再设计逻辑组合和门级网表,验证这些组合和网表是否正确,所有都正确了后进行布局布线,画出版图,再验证版图的准确性,就可以进行流片生产。
生产
你
二、版图的制作流程
电路原理图
由于设计目标已经电路的构造课本已经讲述的十分详细。
所以我讲接着阐述版图的制作过程。
首先将电路图转为相应的版图,意思就是把相对
应的器件进行布局布线。
因制造工艺精度有限,所以版图必须满足一定的规则要求。
按照设计规则布局布线后,接着就要对它进行检查。
由于版图是人工布局布线,因此
或多或少的存在一些错误。
这时就需要软件来进行“设计规则检查”(DRC)。
软件所依
据的是DRC文件,它与画版图时使用的规则是一致的,只不过规则文件是给版图设计
者参考使用的,而DRC文件是由软件编写的。
当版图没有了DRC错误,完全符合设计规则之后,再依靠LVS文件,将其与电路原理
图进行比较。
若有不同之处,LVS将进行报错,经过修改之后还要重复DRC、LVS过程。
若两者相同,说版图与原理图一致。
到这一步就完成了版图的制作了。
完成版图之后,
还可以利用工具提取版图中的寄生参数,对包含这些寄生参数的电路再次进行仿真,
从而更准确确定电路的性能。
最后把图形格式的版图文件转换为通用二进制文件(GDS文件),提交给生产厂制造。
3、二级运算放大器的原理图
我们要设计的是以上这个原理图所示的二级运算放大器。
其中二级运算放大器每个管子的参数如下表:
运算放大器框图:
二级运放结构原理:
输入级:
输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号,都采用带恒流源的差分放大器。
中间级:
要求电压放大倍数高。
常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。
输出级:
与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。
偏置电路:
由镜像恒流源等电路组成
工作原理图:
4、器件尺寸的计算
5、二级运算放大器原理图
1.打开虚拟机,键入代码打开cadence软件。
2.选择tool-librarymanager-file-new-library来先建立一个库。
3.键入要设置的名字,按ok。
4.file-new-cellview,建立子元器件库,CellName键入名字czc_yuanlitu。
并且在ViewName选择schematic(一般默认为这个)。
Tool选择ComposerSchematic(一般也是默认的)。
最后点ok。
5.下边的是对各个cmos管的参数及位置、连线等进行编辑。
万变不离其宗,下边只介绍其中一个步骤,其他照葫芦画瓢就可以了。
在菜单栏点击add--instance,此时弹出对话框。
在此对话框选择browse。
选择工艺库L50C7--pmos_P--symbol.
选择nmos的话就在同一个工艺库中选择nmos_N--symbol.
选择电容:
L50C7--cap_CI--symbol.
选择电阻:
L50C7--res_M1--symbol.
6.当所有元器件都按以上步骤摆好了,然后就需要连线,按照原理图连线就可以了。
操作是:
add--wire(narrow),此时弹出对话框:
直接选择hide就可以连线了。
原理图完成后的效果:
7.连线完成后,还需要更改各个元器件的参数。
步骤如下:
选中要编辑的器件--点击左边的property,弹出对话框,只需要按图下表示更改四个指标就可。
6、二级运算放大器版图
最终结果图:
7.DRC验证及其操作
菜单栏选择Calibre--runDRC,然后选rules,在第一个框上选择路径,如图所示路径。
然后在左边选择inputs,files栏文件名正确就可以直接按左边菜单栏的”RunDRC”
结果如图示,显示出来的错误按所示位置进行修改,修改到没有出现错误为止。
心得体会:
这次版图实验中我做了与非门。
二级运放和基准电流源的设计。
在我做集成电
路版图设计过程的一开始分不清楚集成器件的工艺层次结构。
因此导致一开始画得
很困难。
后来经过慢慢的练习,使我慢慢的熟悉了器件的工艺层次结构。
在设计版
图的过程中。
对于工艺部分的尺寸调节这个环节是个相当繁琐的工作,不过在后来
的摸索中我使我熟悉了调节的规则。
方便了我在后来的版图设计与调试。
在画版图之前。
首先我们要画好原理图,然后仿真。
这有助于检验电路是否设
计正确和有助于在版图设计中如何连线。
在画版图时。
我们要注意的地方非常多。
例如管子的匹配,给器件画保护环,
布局布线等等。
由于一开始不熟悉。
所以很多地方画得不好。
后来慢慢的在老师和
同学的帮助下逐渐改进,逐步完善版图。
因为每个工艺库的工艺都不一样。
所以在
画版图之前应该了解工艺的尺寸。
这样可以更好帮助我们画版图,以减少错误。
我
认为学好半导体制造对画版图时非常有帮助的,因为它可以使你更好的理解怎么样
去画,可以很好的帮助你去解决错误。
本次实验中我的收获还是比较大的,初始设计出版图的时候错误非常多,违反
设计规则的也有很多内容,修改的过程也是头痛不已,一开始很多地方不懂,但是
在老师和同学们的帮助下,使我慢慢的了解设计规则和解决问题。
当所有问题解决
之后,心里有一种成就感。
因为觉得自己很多地方都画得不好,后来我就通过不断
的练习以提高和巩固老师说的知识。
版图设计的要点在于,在设计版图之前一定要
对电路的原理进行分析,同时也要根据电流的流向和器件的对称等因素综合考虑器
件的布局。
可以使用交叉匹配式的的电路,满足电路的设计业更加的美观。
通过本
次实践,我对版图设计的整个流程有了深刻的认识。
在这次版图实验中,不仅让我
学到了画版图的技巧。
还让我学会了做事要有耐心和细心,不能急于求成。
最后感
谢老师的指导和同学们的帮助。
参考文献:
1、王自强.CMOS集成放大器设计.国防工业出版社.2007.269~310
2、AlanHastings.王志功译.模拟电路版图艺术(第二版).电子工业出版社.2007
3、朱正涌.半导体集成电路.清华大学出版社.2000.282~285
4、饶妮妮.模拟电路基础.成都:
电子科技大学出版社.2001
5、SaintJ.Saintz著周润德金申美译.集成电路掩模设计——基础版图技术.
清华大学出版社.2012
6、PhillipE.Allen,DouglasR.Holberg著冯军李智群译.CMOS模拟集成电路设
计(第二版).电子工业出版社.2011
7、何乐年王忆模拟集成电路设计与仿真.科学出版社。
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