CADENCE全定制IC设计流程.docx
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CADENCE全定制IC设计流程
1.CADENCE全定制IC设计流程
§1.1全定制IC设计
Cadence定制IC设计流程向用户提供数字,数模及数模混合电路设计和版图设计与版图设计与验证的全套工具，利用Composer可以进行个层次的电路输入；AnalogArtist仿真环境提供多种电路仿真工具与Cadence环境接口;利用Spectre电路仿真器可以进行电路仿真与分析，以确保电路的正确性；Virtuoso提供版图编辑功能；利用LayoutSynthesis可以进行模字mos电路的自动版图设计，利用DLE与ICcraftsman可以进行模拟或数模混合电路的版图设计，Diva，Dracula，Vampire三种版图验证工具可以对不同规模的电路进行版图验证，以确保版图与电路的一致性。
利用上述工具，你可以很方便地将设计转化为现实。
下面给出全定制IC设计的流程图。
2.CadencecdsSPICE的使用说明
CadencecdsSPICE也是众多使用SPICE内核的电路模拟软件之一。
因此他在使用上会有部分同我们平时所用到的PSPICE相同。
这里我将侧重讲一下它的一些特殊用法。
§2－1进入Cadence软件包
一．在工作站上使用
在命令行中（提示符后，如：
ZUEDA22>）键入以下命令
icfb&↙（回车键），其中&表示后台工作。
Icfb调出Cadence软件。
出现的主窗口如图2-1-1所示：
图2-1-1Candence主窗口
二．在PC机上使用
1）将PC机的颜色属性改为256色（这一步必须）；
2）打开Exceed软件，一般选用xstart软件，以下是使用步骤：
startmethod选择REXEC（TCP-IP）,Programm选择Xwindow。
Host选择10.13.71.32或10.13.71.33。
hosttype选择sun。
并点击后面的按钮，在弹出菜单中选择commandtool。
确认选择完毕后，点击run！
3）在提示符ZDASIC22>下键入:
setenvDISPLAY本机ip:
0.0（回车）
4）在命令行中（提示符后，如：
ZUEDA22>）键入以下命令
icfb&↙（回车键）
即进入cadence中。
出现的主窗口如图1-1-1所示。
以上是使用xstart登陆cadance的方法。
在使用其他软件登陆cadance时，可能在登录前要修改文件.cshrc，方法如下：
在提示符下输入如下命令：
vi.cshrc↙（进入全屏幕编辑程序vi）
将光标移至setevnDISPLAYZDASIC22:
0.0处，将“ZDASIC22”改为PC机的IP，其它不变（重新回到服务器上运行时，还需按原样改回）。
改完后存盘退出。
然后输入如下命令：
source.cshrc↙（重新载入该文件）
以下介绍一下全屏幕编辑程序vi的一些使用方法：
vi使用了两种状态，一是指令态（CommandMode），另一是插入态（InsertMode）。
当vi处于指令态时，打入的内容会视作指令来解释；而当vi处于插入态时，就可以打入正文（text）文件；大多数vi指令是单字符的。
由插入态改变为指令态，按〈Esc〉键；而由命令态转为插入态，则可以使用下面的插入令，直接打入，无需再按〈Return〉键。
在vi的指令态下，用h，j，k，l键移动光标，具体如下：
h——光标左移一个字符；
j——光标向下一行；
k——光标向上一行；
l——光标右移一个字符；
以下是一些基本插入命令（须用到的）的用法：
i——在光标处插入正文；
x——删除光标处的字符；
:
wq——存盘退出；
要记著一点，在插入态处，不能打入指令，必需先按〈Esc〉键，返回指令态。
假若户不知身处何态，也可以按〈Esc〉键，不管处于何态，都会返回指令态其它的一些命令请读者自己参阅有关的书籍。
§2－2建立可进行SPICE模拟的单元文件
主窗口分为信息窗口CIW、命令行以及主菜单。
信息窗口会给出一些系统信息（如出错信息，程序运行情况等）。
在命令行中可以输入某些命令。
如我们调用Cadence的命令icfb和一些其它命令，比较重要的有调出帮助文件的openbook&等。
一．File菜单
在File菜单下，主要的菜单项有New、Open、Exit等。
在具体解释之前我们不妨先理顺一下以下几个关系。
library（库）的地位相当于文件夹，它用来存放一整个设计的所有数据，像一些子单元（cell）以及子单元（cell）中的多种视图（view）。
Cell（单元）可以是一个简单的单元，像一个与非门，也可以是比较复杂的单元（由symbol搭建而成）。
View则包含多种类型，常用的有schamatic，symbol，layout，extracted，ivpcell等等，他们各自代表什么意思以后将会一一提到。
New菜单项的子菜单下有Library、Cellview两项。
Library项打开NewLibrary窗口，Cellview项打开CreateNewFile窗口，如图1-2-1和1-2-2所示。
图2-2-1NewLibrary窗口
图2-2-2CreateNewFile窗口
1）建立库（library）:
窗口分Library和TechnologyFile两部分。
Library部分有Name和Directory两项，分别输入要建立的Library的名称和路径。
如果只建立进行SPICE模拟的线路图，Technology部分选择Don’tneedatechfile选项。
如果在库中要创立掩模版或其它的物理数据（即要建立除了schematic外的一些view），则须选择Compileanewtechfile（建立新的techfile）或Attachtoanexistingtechfile（使用原有的techfile）。
2）建立单元文件（cell）：
在LibraryName中选择存放新文件的库，在CellName中输入名称，然后在Tool选项中选择Composer-Schematic工具（进行SPICE模拟），在ViewName中就会自动填上相应的ViewName——schematic。
当然在Tool工具中还有很多别的工具，常用的象Composer－symbol、virtuoso－layout等，分别建立的是symbol、layout的视图（view）。
在Librarypathfile中，是系统自建的librarypathfile文件的路径及名称（保存相关库的名称及路径）。
Open菜单项打开相应的OpenFile窗口，如图2-2-3所示。
在LibraryName中选择库名，在CellNames中选择需要打开的单元名。
Mode项可以选择打开方式——可编辑状态或者只读状态。
图2-2-3OpenFile窗口
Exit项退出Cadence软件包。
二．Tools菜单
在Tools菜单下，主要的菜单项有LibraryManager、LibraryPathEditor等。
LibraryManager项打开的是库管理器（LibraryManager）窗口，如图1-2-4所示。
图2-2-4LibraryManager窗口
在窗口的各部分中，分别显示的是Library、Category、Cell、View相应的内容。
双击需要打开的view名（或同时按住鼠标左右键从弹出菜单中选择Open项）即可以打开相应的文件。
同样在librarymanager中也可以建立library和cell。
具体方法是点击file，在下拉菜单中选择library或cell即可。
LibraryPathEditor项打开的是LibraryPathEditor窗口，如图2-2-5所示。
从File菜单中选择AddLibrary项，填入相应的库名和路径名，即可包括入相应的库。
图2-2-5LibraryPathEditor窗口
三．TechnologyFile菜单
这个菜单中的最后一项EditLayers可以使用在版图编辑中，用来修改原始图层的一些属性。
选择主窗口的File→Open→Openfile，打开相应的文件，即进入了Composer-SchematicEditing窗口，如图1-3-1所示。
窗口左边的按钮分别（从上到下）为CheckandSave（检查并存盘）、Save（存盘）、Zoomoutby2（放
图2-3-1Composer-SchematicEditing窗口
大两倍）、Zoominby2（缩小两倍）、Stretch（延伸）、Copy（拷贝）、Delete（删除）、Undo（取消）、Property（属性）、Component（加元件）、Wire（Narrow）（画细线）、Wire（Wide）（画粗线）、Pin（管脚）、Cmdoptions、Repeat（重复），这些分别可以在菜单中找到相应的菜单项。
选择Add/Component菜单，打开相应添加元件的窗口，如图1-3-2所示。
点击Browse，会弹出librarymanager窗口，一些常用的元器件都在Analoglib库中。
ViewName一般选择symbol，instanceNames不用自己填，系统会自己加上去。
添加完元件后需设定元件的模型名称（如果必须的话）以及一些参数的值，特别是mos管和三极管，一定要填modelname，
图1-3-2添加元件窗口
否则在模拟时会出错（我们一般使用华晶的元件model）。
填好后，就可以将元件添加到Editing的编辑窗口中去了。
其它的一些连线、移动、删除、复制的操作和一般的EDA工具差不多，这儿就不一一再说了。
还有一点要提到的是，对于交叉相连的两条线，系统会有警告，可对连线稍作修改去除这个警告。
注：
以下是一些常用的快捷键：
i——添加元件，即打开添加元件的窗口；
[——缩小两倍；
]——扩大两倍；
w——连线（细线）；
f——全图显示；
p——查看元件属性。
从一种状态转为另一种状态，按escape，或直接点击图标或使用快捷键。
为了使电路图更加明了，一般在电路的输入输出部分加上pin脚。
这在后面的例子中将会提到。
§2－4模拟的设置（重点）
Composer-schamatic界面中的Tools→AnalogArtist项可以打开AnalogArtistSimulation
图2-4-1AnalogArtistSimulation窗口
窗口，如图2-4-1所示。
这是模拟时用到的主要工具，接下去主要介绍一下有关的内容。
一．Session菜单
包括SchematicWindow、SaveState、LoadState、Options、Reset、Quit等菜单项。
Schematicwindow项回到电路图；SaveState项打开相应的窗口，保存当前所设定的模拟所用到的各种
图2-4-2SaveState窗口
参数。
如图2-4-2所示。
窗口中的两项分别为状态名和选择需保存的内容。
LoadState打开相应的窗口，加载已经保存的状态。
Reset重置analogartist。
相当于重新打开一个模拟窗口。
二．Setup菜单
包括Design、Simulator/directory/host、Temperature、ModelPath等菜单项：
Design项选择所要模拟的线路图。
Simulator/directory/host项选择模拟使用的模型，系统提供的选项有cdsSpice、hspiceS、spectreS等等。
我们一般用到的是cdsSpice和spectreS。
其中采用spectreS进行的模拟更加精确。
下面我们只以这两种工具为例说明。
Temperature打开如图2-4-3的窗口，可以设置模拟时的温度。
图2-4-3温度设置窗口
ModelPath打开如图2-4-4的窗口，设置元件模型的路径。
系统会自动在所设定的路径下寻找器件modelname对应的model模型。
图2-4-4模型路径设置窗口
三．Analyses菜单
选择模拟类型。
在cdsSpice下有ac、dc、tran、noise四个选项，分别对应的是交流分析、直流分析、瞬态分析和噪声分析。
我们知道：
交流分析是分析电流（电压）和频率之间的关系，因此在参数范围选择时是选择频率。
直流分析是分析电流（电压）和电流（电压）间的关系。
Tran分析是分析参量值随时间变化的曲线。
他们分别的窗口如下图所示。
其设置很直观，这里就不在赘述。
图2-4-5瞬态分析设置
图2-4-6交流分析设置
图1-4-7直流分析设置
而在spectreS中，可供选择的分析类型有很多，常用的还是ac、dc、tran和noise，不过它们设置与cdsSpice不同。
Tran的设置只需填入模拟停止时间即可。
ac和dc分析的设置则更具特点：
spectreS提供了变量扫描功能（和参量扫描有些类似），其中可供选择的变量（parameter）有frequency（ac分析）、temperature、componentparameter和modelparameter。
以下一一说明：
在ac分析扫描频率（常规分析）时，只需填入起始频率和终止频率即可。
而在扫描其他参数时，必须将整个电路固定在一个工作频率（atfrequency）上，然后进行其它选择。
要进行componentparameter扫描时，先点击selectcomponent，然后在电路图上选择所需扫描的器件，这时会弹出一个列有可供扫描参量名称的菜单，在其上选择即可。
进行modelparameter扫描时只需填入modelname和parametername即可。
当然，以上扫描都免不了要填写扫描范围，就不多说了。
以下是一些图示：
四．Variables菜单
包括Edit等子菜单项。
Edit项打开如图2-4-5的窗口。
可以对变量进行添加、删除、查找、复制等操作。
变量（variables）既可以是电路中元器件的某一个参量，也可以是一个表达式。
变量将在参量扫描（parametricanalysis）时用到，以下会提到。
图2-4-5变量编辑窗口
五．其它有关的菜单项
1）Tools/ParametricAnalysis子菜单可以打开如图1-4-6的窗口。
它提供了一种很重要
的分析方法——参量分析的方法，也即参量扫描。
可以对温度，用户自定义的变量（variables）进行扫描，从而找出最合适的值。
以下详细说明：
图2-4-6参量分析窗口
参量扫描
在模拟中，如果对某一元件的参数大小不确定，不知值取多大可以得到最优的结果时，可以将该参数设为变量，进行变量扫描，比较输出结果，从而确定参数的值。
另外，对系统变量也可以进行扫描，如温度变量（temp）。
步骤：
a.在EditVariables窗口中添加新的变量,如是对系统变量（如温度）扫描，就略去这一步；
b.在ParametricAnalysis窗口（如图1-4-5所示）中，填入变量名称（温度变量是temp），设定扫描范围以及步长等。
也可以点击setup，在picknameforvariables的弹出菜单中选择所需扫描的参量（除系统参量外，菜单中所列举的都是variables中设置的变量）。
其实这个工作和我们前面提到的spectreS中的变量扫描很象，不过它更加完备（因为可以对一个表达式进行扫描），所以读者应当将两种方法都掌握。
然后运行Analysis菜单下的start子菜单，开始模拟，模拟结果会在Waveform窗口中显示。
2）Outputs/Tobeplotted/selectedonschematic子菜单用来在电路原理图上选取要显示的波形（点击连线选取节点电压，点击元件端点选取节点电流），这个菜单比较常用。
当然我们需要输出的有时不仅仅是电流、电压，还有一些更高级的。
比如说：
带宽、增益等需要计算的值，这时我们可以在Outputs/setup中设定其名称和表达式。
在运行模拟之后，这些输出将会很直观的显示出来。
举个例子：
标识3db的点，我们用到的表达式如下：
bandwidth（VF（“/Out），3，“low”）。
需要注意的是：
表达式一般都是通过计算器（caculator）输入的。
Cadance自带的计算器功能强大，除了输入一些普通表达式以外，还自带有一些特殊表达式，如bandwidth、average等等。
本文在最后会对计算器作介绍。
下面介绍一下analogartist窗口的情况，在AnalogArtist窗口中靠右的一列按钮分别是：
ChooseDesign：
选择模拟的电路；
ChooseAnalyses（选择模拟的类型）：
瞬态模拟、直流模拟或交流模拟；
EditVariables（变量编辑）：
打开变量编辑窗口；
SetupOutputs：
输出设置；
Delete：
删除变量等；
RunSimulation：
开始模拟；
StopSimulation：
停止模拟；
PlotOutputs：
波形输出。
§1－5模拟结果的显示以及处理
在模拟有了结果之后，如果设定的output有plot属性的话，系统会自动调出waveform窗口，并显示outputs的波形。
如图2-5-1所示。
图2-5-1波形显示窗口
其左边的一列按钮分别为：
Delete（删除）：
删除图中的某个波形；
Move（移动）：
移动某个波形的位置，可以把几个波形叠加在一个坐标轴下；点击该按钮，然后点击需要移动的波形，再在目的地点击左键，即可完成移动操作；
Undo（取消）：
取消前一次操作；
CrosshairMarkerA、CrosshairMarkerB：
十字标志A和B；
Calculator（计算器）：
计算器工具（可以对输出波形进行特定的处理）；
SwitchAxisMode（坐标轴模式切换）：
同一坐标显示所有波形或分别在各自的坐标下显示；
AddSubwindow：
添加子窗口。
§1－6一个例子——D触发器
1、电路图的输入
这是一个带R清零端（低电平有效）的D触发器，由20个MOS管组成，其中NMOS管和PMOS管各为10个，组成四个传输门、两个反门和两个与非门。
具体的电路如图2-6-1
图2-6-1D触发器电路图
D触发器真值表
时钟（clk）
D
Q
0
X
Q
1
0
0
1
1
1
其中的一些参数设置如下：
传输门的PMOS：
W——30μ，L——3μ；model:
hj3p（在models目录下）
NMOS：
W——15μ，L——3μ；model:
hj3n;
与非门的PMOS：
W——30μ，L——3μ；
NMOS：
W——30μ，L——3μ；
非门的PMOS：
W——30μ，L——3μ；
NMOS：
W——15μ，L——3μ；
电源直流电压:
5.7V；
R端的信号源（R）:
cellname——vpwl;
Numberofpairsofpoints——3（信号源波形上有三个转折点）；
Time1——0s；
Voltage1——0V;
Time2——100μs；
Voltage2——0V;
Time3——105μs；
Voltage3——5V;
Delaytime——500ns;
时钟信号（clk）:
时钟信号的反（clkbar）:
cellname——vpulse;cellname——vpulse;
Voltage1——0V;Voltage1——5V;
Voltage2——5V;Voltage2——0V;
Delaytime——5μs;Delaytime——5μs;
Risetime——5μs;Risetime——5μs;
Pulsetime——100μs;Pulsetime——100μs;
Periodtime——200μs;Periodtime——200μs;
D端输入（D）:
cellname——vpulse;
Voltage1——0V;
Voltage2——5V;
Delaytime——5μs;
Risetime——5μs;
Pulsetime——100μs;
Periodtime——200μs;
瞬态分析设置如下：
From:
0to:
1msby:
1μs
得到的波形如图2-6-2所示：
图1-6-2cdsSPICE模拟结果1
可以看到模拟的结果符合D触发器的逻辑。
但是有一个问题出现了，注意到我们所设的时间是从0→1ms，但是输出的模拟结果到600μs左右就截止了，这是和模拟的工具有关。
为了得到较好的模拟结果，可以换一种工具——spectreS来完成模拟。
在AnalogArtistSimulation窗口中选Setup下的Simulator/directory/host子菜单，出现如图1-6-3的设置窗口。
在Simulator项中选择spectreS工具。
然后在ChoosingAnalyses弹出的设置窗口中设定stoptime为1ms，模拟的结果如图1-6-4所示，将得到一个很好的结果。
。
图1-6-3选择模拟工具窗口
图1-6-4spedtreS模拟结果
§2－7分模块模拟（建立子模块）
在电路越来越复杂的情况下，如果再花时间去建立一个象D触发器这样复杂的schamatic，明显会使工作更繁复。
因此我们在建立了一个子电路后，可以将其看作一个整体，建立一个模块,即建立一个symbol（viewname），放在用户自己库里的作为一个器件（component）来用。
下面通过子模块非门的建立，来说明这一内容。
在LibraryManager中分别建立非门not（cell）的schematic（view）和symbol（view），如图1-7-1（a）和1-7-1（b）所示。
两者的PIN的名称必须一致，这样才能建立起一一对应的关系。
图1-7-1（a）图1-7-1（b）
建立symbol（view）的步骤：
在LibraryManager中新建cell，在如图1-2-2的窗口的Tool项选择Composer-symbol,即建立的是symbol（view）;
用子菜单Add/Shape/Line和Add/Shape/Circle的命令画出如右图的形状；
用子菜单Add/label的命令添加标签[@instanceName]；
用子菜单Add/SelectionBox命令添加选择框。
另一种建立symbol（view）的方法是：
打开not（cell）的schematic（view），用子菜单Design/CreateCellview/FromCellview命令。
出现以下的窗口，如图1-7-2
图2-7-2从一个view建立另一个view
输入相应的名称后，单击OK，就出现如图1-7-3的选项窗口。
其建立的symbol如图1-7-4所示，如果不是建立有常用符号的子模块，如与门，非
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