专用集成模拟电路上机步骤及考试复习.docx
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专用集成模拟电路上机步骤及考试复习
第周第次课20年月日
教学时数
2
章节：
第十讲IC设计工具TannerPro
教学目的及要求：
（1）掌握如何运用TannerTools进行原理图及版图设计
（2）掌握采用S-edit、TSPICE、SPR、L-Edit等软件进行ASIC设计的步骤
（3）掌握本课程的主要内容
教学重点：
掌握采用S-edit、TSPICE、SPR、L-Edit等软件进行ASIC设计的步骤
教学难点：
掌握采用S-edit、TSPICE、SPR、L-Edit等软件进行ASIC设计的步骤
教学手段：
多媒体
教学方法：
课堂提问、讨论、启发
教学内容提要（教学过程）
时间分配
备注
第一部分设计流程
第二部分上机步骤
90分钟
小结与改进措施：
运用TannerTools进行ASIC设计，包括原理图及版图设计；总结本课程的主要内容，并答疑
复习：
一.基本概念—第1、2、3、4、5章。
1）摩尔定理
2）设计规则；特征尺寸
3）ASIC；IC
4）氧化；光刻；扩散；淀积
5）深亚微米集成电路
6）CIF格式；GDSП格式；
7）DRC;ERC;LPE;LVS；
8）PN结
9）方块电阻
10）噪声容限；高电平噪声容限；低电平噪声容限
11）CMOS反向器的功耗；静态功耗；动态功耗；功耗周期延迟积
12）你自己认为的Digital/Analog/SOCIC设计过程
二、集成电路工艺按制作工艺主要分为哪几大类，并简述各工艺的主要特点及应
用范围
三、画出双极晶体管（NPN、横向PNP及纵向PNP）的剖面图、版图及给出简化的标准双极工艺流程
四、版图检查与验证主要包括什么?
五、简述版图设计规则包括了那些内容？
六、选择工艺的主要依据是什么？
七、集成电路中常用的电阻类型及其特点、；电容类型；
八、单管MOS开关及CMOS传输门的特点；并画出CMOS传输门的电路结构。
九、画出CMOS反相器的剖面图和版图。
十、用你自己的话解释微电子学、集成电路、ASIC的概念，并列举
出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用
十一、集成电路设计的一般流程
十二、简述反向器的上升时间、下降时间、延迟时间。
十三、采用传输门构成D触发器的电路结构
十四、恒流源的电路结构及特点
十五、集成运算放大器电路结构及基本的跨导运算放大器电路
十六、简述带隙基准电压源的实现原理，并给出一种简化的CMOS实现结构图。
十七、上机作业（（30分）
必做题目：
（1）自己设计一个简单的数字电路，如D触发器或全加器。
要求用S－edit画图、Ledit/SPR自动布局布线、T－spice功能仿真。
（2）手工画出CMOS结构Nand2或Nor2版图
选做题目：
（1）对一个模拟电路如差分对完成S－edit画图、T－spice功能仿真、Ledit手工画出版图。
（3）必须交上机试验报告（也为一道考题），可以是手写的。
包括详细设计过程、电路图、仿真波形示意图及工作原理和结果分析。
不需要当场交，各班班长于上机结束后三天内收齐交曹老师、李老师（科技试验楼1212房间，Tel：
88204213、88202347），过期不候。
有关考试注意事项
1、上机30%,考试70%；考试时间见课表。
上机时间待通知。
2、上机交实验报告（也为考试一道题），可以是手写的。
包括详细设计过程、电路图、仿真波形示意图、版图示意图、及工作原理和结果分析。
3、考试形式为半开卷。
1）不许带教材、笔记或其它书籍。
2）如果自己认为必要，可将本课的所有内容浓缩在一页A4大小的纸上，也可正反面。
考试只许带这一张纸和笔。
3）纸张展开超过A4大小则无效。
该纸先写上姓名和学号，并必须与试题、试卷一起上交，作为评分依据。
4）该纸必须是自己亲自整理的，任何复印、复写及其他一式多份的复制无效，监考老师会收走。
第十讲IC设计工具TannerPro
一.设计流程
TechnologyMapping激励.vec
Device.libLibraries（TML）
schemlb1.
lib～.sim命令文件
schemlb4.lib.net
.schActel
.wir网表与Harris门阵列
电路级测试矢量National
.tpr输出etc.
版图级
MOSIS
掩模数据输出VLSI
.cifHP等
二.原理图绘制与转换
⒈设计步骤举例
⑴OrCAD/SDT中装有符号库Scemlb1～Schemlb4（用draft/c安装）
drafthadd.sch↙画图如上所示，注意：
接上IPAD,OPAD等；
⑵Annotate,Cleanup,ERC等后处理；
⑶Netlisthadd.schhadd.wirwirlist/s/l/p↙
⑷NetTran-Mscmos2tpr.machadd.wirhadd.tpr↙
↘使用宏文件（用SCMOSLIB库）
NetTran–M+++
scmos2sim.machadd.wir↙
⑸GateSim...
⑹SPR...
图3.21版图设计举例
三.逻辑模拟器
⒈模拟仿真示意框图
图3.22模拟仿真示意框图
四.全定制版图编辑L-Edit
五.版图设计命令
文件（File）编辑（Edit）观察（View）单元（Cell）
排列（Arrange）设置（Setup）特殊功能（Special）
⒈文件（File）命令
⒉编辑（Edit）命令
⒊显示（View）命令
⒋单元（Cell）命令
⒌排列（Arrange）命令
⒍环境设置（Setup）命令
⒎特殊（Special）命令
六.标准单元库
Tanner中有价值的是它的经过验证的标准单元库，包括电路符号库、功能参数库和实体版图尺寸库三个子库，SPR布局布线就是对其进行。
七.自动布局布线
八.设计规则检查
⒈功能（DesignRuleCheck）
检查各层的最小宽度、最小间距和最小覆盖。
也可以检查导出层。
九.版图校验
LayoutVersusSchematic，又称网表比较器—校验版图与逻辑图的拓扑.LVS
一十.版图网表、器件及参数提取
⒈功能和用途
它可以从版图中提取网表、器件和参数，包括寄生器件和参数，其输出是一个标准的Spice格式网表。
它可以用于Spice模拟、LVS版图校验及其它场合。
上机步骤：
一、用S-edit输入原理图：
1、双击S-Edit图标
，就可以启动S-Edit。
在启动时，S-Edit会创建一个名叫File0的文件（这个文件具有一个模块Module0，显示页码为Page0）。
启动S-Edit打开一个未存在的文件时，S-Edit就会寻找文件sedit.sdb，阅读这个文件可以得到设置信息。
2、加库：
Module>symbolbrowser（addlibrary）。
如D：
\Edasoft\tanner\library\Scoms.lib,或spice.lib。
3、放置元件，在moduleNameConflict对话框中选择第四个选项。
图1
移动元件：
先选中元件，用ALT+左键移动。
4、Schematictoolbar（原理图工具栏）（如图2所示）提供了一些用于创建电对象如连线、端口、属性的工具。
图2
5、加电源（vdd和gnd之间）。
（spice库中有电源）
6、添加输入信号。
7、完成原理图后，确认无误时，保存原理图。
8、在S-EDIT窗口中点击T-SPICE图标
，进入T-SPICE仿真环境。
二、T-SPICE仿真
1、加入SPICE仿真命令。
在T-Spice界面中，点击Edit下拉菜单中InsertCommad,其包含基本的spice命令语句，例如参数设置、交、直流分析以及输出的结果等。
（1）、Setting（设置）Patameters。
例调用Scoms库中的单元，要定义l值，可设l＝1u。
（2）、FileIncludeFile：
加入模型库。
（3）、AnalysisTransient：
运行时间、步长、起始时间等。
（4）、OutputTransientRusult：
需要看的输出节点。
（一定要给出参考电压）。
加完spice仿真命令后，可以运行模拟。
2、
SimulateStartSimulation
运行没错误的情况下，软件自动调用波形文件，显示输出波形结果。
三、用SPR自动布局布线。
SPR的一般使用流程:
（1）、生成设计电路图。
此原理图与仿真的原理图不同的地方在于要加上电源、地以及输入、输出PAD，并且去掉信号源。
（2）、输出EDIF或TPR的网表。
L-EDIT支持EDIF200,EDIFlevel0,关键词Level0,显示网表类型。
（3）、启动L-EDIT。
用File>New生成你的设计文件（即版图文件）。
这需要通过在NewFile的对话框CopyTDBsetupfromfile项中输入你的单元库文件名，从而将单元库的工艺设置信息传递给设计文件（即版图文件）。
（4）、用File>Save储存设计文件。
（5）、选择Tools>SPR>Setup。
出现SPRSetup对话框，指定标准单元库文件名和网表文件，电源、地节点及在电路图中所用的端口名。
（此名必须和标准单元的电源、地的端口名称一致）。
（6）、点击InitializeSetup按钮。
此步会读入网表并且用网表的信息初始化以下的设置对话框。
（7）、点击CoreSetup,PadframeSetup和PadRouteSetup的按钮。
（8）、选择Tools>SPR>PlaceandRoute。
设置适当的参数。
（9）、点击Run按钮。
S-EDIT、TSPICE、SPR使用说明
一．用S-EIDT输入原理图
1．双击S-EDIT图标
就可启动S-EDIT，正常启动时，S-EDIT会创建一个名叫File0的文件（这个文件具有一个模块Module0，显示页码为Page0）。
启动S-EDIT打开一个不存在的文件时，S-EDIT就会寻找文件*.sab。
阅读这个文件就可以得到设置信息。
2．加库：
选择Module>Symbolblowser…>Addlibrary…
如C:
\Tanner\S-Edit\library\scmos.sdb
C:
\Tanner\S-Edit\library\spice.sdb
图1.添加模型库图示
3.放置元件使用菜单Module>Symbolblowser或图标
，在Symbolblowse对话框中选者要放置的元件，如INV，然后点击place按扭放置元件。
如果在原理图中已经有相同的元件，则会出现如图2所示的Module.Name.confilct对话框，选择第四个选项。
图2.添加元件图示
若要移动元件，则先选中元件，再用AIt+左键移动，或使用鼠标中键。
4.连线：
点击Schematictoolbar（原理图工具栏）中的连线图标
，在原理图中用鼠标左键确定连线的起点，右键确定连线的终点，将各个元件按功能连接起来。
5.添加输入输出端口：
点击Schematictoolbar中的输入端口
图标和输出端口
图标，添加输入输出端口到原理图中。
6.从Module>Symbolblowser加入电源和地（Vdd和gnd）（spice中有电源）
7.添加输入信号。
8.完成原理图后，确认无误时，保存原理图。
如图3所示。
图3.已完成的S-EDIT原理图
9.在S-EDIT窗口中点击T-SPIC图标进入T-Spice仿真环境。
二．T-Spice仿真
1．加入spice仿真命令。
在T-Spice界面中，点击EDIT下拉菜单中Imand。
其中包含基本的Spice命令语句。
例如参数设置，交流分析，直流分析以及输出的结果等。
也可以在S-Edit中加入MODULE命令来设置参数，要确保仿真命令输入完全正确。
（1）Analysis……Transient设置瞬态分析扫描参数
如：
.tran1N500N
（2）Files……Include加入模型库。
如：
.include"D:
\tanner\tanner\TSpice70\models\ml1_typ.md"
（2）Settings……Parameters设置参数值。
如：
.paraml=1U
（3）Output……TransientResults加入需要看的输出节点。
如：
.printtranv（A）v（B）
.printtranv（CARRY）v（sum）
加完Spice仿真命令后可以点击
运行模拟仿真。
2.若仿真出现错误则再次回到网表中检查命令是否加入完全,参数设置是否正确.也可以手动修改或加入参数。
运行没错误的情况下，软件自动调用波形文件，或点击T-SPICE中的
显示输出波形结果。
如图4所示：
图4W-edit显示的输出波形
三．用SPR自动布局布线。
SPR的一般使用流程。
（1）生成设计电路图，原理图与仿真的原理图。
不同的地方在于要加上电源，地以及输入输出PAD并且去掉信号源。
如图5所示：
图5SPR设计原理图
（2）输出EDIF或TPR的网表。
L-EDIT支持EDIF200，EDIF.LEVEL.0关键词LEVEL.0显示网表类型。
（3）启动L-EDIT
用File>NEW生成你的设计文件（即版图文件）这需要通过在NEW……File的对话框COPYTDBSetupfromfile项中输入你的单元库文件名，从而将单元库的工艺设置信息传递给设计文件（即版图文件）。
（4）用File>save储存设计文件。
（5）选择Tools>SPR>Setup出现SPR.setup对话框。
指定标准单元库文件名和网表文件。
电源，地节点及在电路图中所用的端口名（此名必须和标准单元的电源，地的端口名一致）。
（6）点击Initializesetup按纽,此步会注入网表，并且用网表使信息初始化以下的设置对话框。
（7）点击coresetup、Padframesetup和PadRoutesetup的按纽。
（8）选择Tools>SPR>PlaceandRoute设置适当参数。
（9）Run。
运行没有错误的情况下，L-edit将显示自动布局布线好的版图。
如图6，图7所示：
图6整体半加器框图图7SPR下的半加器框图
L—Edit教程
一、简单介绍
1、鼠标的使用
L—Edit希望使用三键鼠标，如果使用两键鼠标，则中键的功能由按下ALT
键的同时按下左键来实现。
2、屏幕显示
空格键用于屏幕刷新，而其他键和鼠标任一键可中断屏幕刷新；
、
、
、
、用于显示窗口的上下左右移动；“+”用于屏幕的放大而“-”用于缩小屏幕中的内容。
3、调整网格点
可通过Setup中的design中的grid来调节网格宽度，通常设一个网格为1um。
二、设计规则检查DRC
1、DRC的设置
设计规则检查可用Tools中下拉菜单DRCSetup命令项进行设置（或点击界面左上方第三个小图标
）。
可以根据不同的设计规则进行调节。
2、运行DRC
完成布线后，应对版图作设计规则检查，其方法是在Tools中下拉菜单运行DRC．．．命令项（或点击界面左上方第一个小图标），这时就会出现一个是否要将错误信息存入一个文件的对话框。
点确定后即可得到相关信息。
三、基本命令
1、文件操作命令（File）
（1）New:
打开一个新的设计文件，单键命令：
Ctrl+N
（2）Open:
打开一个已存在的磁盘文件，此格式必须为TDB、CIF或GDSⅡ，单键命令：
Ctrl+O
（3）Save:
将当前设计保存，单键命令：
Ctrl+S
（4）Close:
关闭当前打开着的L—Edit设计，单键命令：
Ctrl+W
（5）Quit:
退出L—Edit，单键命令：
Ctrl+Q
2、编辑命令（Edit）
（1）Undo:
取消以前的编辑命令，单键命令：
Ctrl+Z
（2）Cut:
将当前选中的目标剪下来放入缓冲区paste中，单键命令：
Ctrl+X
（3）Copy:
将当前选中的目标复制到缓冲区paste中，单键命令：
Ctrl+C
（4）Paste:
将缓冲区paste中的内容恢复到屏幕中，必须将其移到规定的位置。
单键命令：
Ctrl+V
（5）Clear:
删除当前所选中的目标，与Cut的区别是目标并不拷入缓冲区paste中，单键命令：
Ctrl+B
（6）Duplicate:
为当前的所选目标产生一个副本。
单键命令：
Ctrl+D
（7）SelectAll:
在有效空间中选中所有目标，单键命令：
Ctrl+A
四、举例
1、模拟电路：
如图1所示，为一基本差动对电路，输入为A和B，单端输出为OUT，BIAS1为PMOS管提供电流偏置信号，从而为差动对提供电流源负载。
BIAS2为最下方的NMOS管提供电流偏置信号，从而为差动对提供恒定的尾电流源。
图1：
以PMOS电流源为负载的差分对
如果采用CMOS工艺，则版图层次依次为：
N阱——确定有源区——多晶（MOS管的栅）——P+扩散——N+扩散——引线孔刻蚀——金属连线。
其详细步骤如下（工艺设计选择λ规则）:
（1）在File下拉菜单中击New,出现下面的对话框,在File中选择Layout,在CopyTDBsetupfrom中选择已存在的版图文件,点击OK后就会出现一个同你选择的版图文件一样的设计界面。
（2）在屏幕左侧的版图层次框中选择N-Well,点击BOX快捷键在界面的相应位置画出一矩形代表N阱；
（3）在屏幕左侧的版图层次框中选择Active,在N阱中画两个矩形有源区准备作PMOS管，在N阱外大于5λ处画三个有源区，准备作NMOS管，有源区间的最小距离为3λ；
（4）在屏幕左侧的版图层次框中选择Poly，在所有有源区中间画一细长多晶做MOS管的栅，最小宽度为2λ，栅在有源区的最小伸展为2λ；
（5）在屏幕左侧的版图层次框中选择P-Select，在N阱中覆盖两个有源区，最小覆盖为2λ，在阱外也画一块P扩散区，作NMOS管的衬底；
（6）在屏幕左侧的版图层次框中选择N-Select，在阱外覆盖所有NMOS的有源区，并且在阱内相应位置画一N扩散区，作PMOS管的衬底；
（7）在屏幕左侧的版图层次框中选择PolyContact，在多晶上打接触孔。
孔的边长为2λ；在屏幕左侧的版图层次框中选择ActiveContact，在有源区上打接触孔，边长也为2λ，孔间距为2λ；在屏幕左侧的版图层次框中选择OriginLayer，在衬底上打接触孔，边长都是2λ；
（8）在屏幕左侧的版图层次框中选择Metal1，把相应的接触孔连接起来，输入输出信号可以利用点击Port快捷键写出线名，如果还有二铝的话，先在一铝上打过孔（Via1），再选择二铝（Metal2）进行连接。
图2：
基于CMOS的差动对版图
2、数字电路：
（1）如图3所示：
为一非门电路。
版图工艺及详细步骤同上：
图3：
非门电路
具体版图如下：
图4：
非门的版图（LAYOUT）电路
（2）：
一位半加器
SUM＝A⊕B
CARRY=AB
其电路原理图为：
其版图如下所示：
其详细步骤同上，但在此例中加入Metal2连线。
图5：
一位加法器的版图设计
（1）在File下拉菜单中击New,出现下面的对话框,在File中选择Layout,在CopyTDBsetupfrom中选择已存在的版图文件,点击OK后就会出现一个同你选择的版图文件一样的设计界面。
（2）在屏幕左侧的版图层次框中选择N-Well,点击BOX快捷键在界面的相应位置画出一矩形代表N阱；
（3）在屏幕左侧的版图层次框中选择Active,在N阱中画四个矩形有源区准备作PMOS管，在N阱外大于5λ处画四个有源区，准备作NMOS管，有源区间的最小距离为3λ；
（4）在屏幕左侧的版图层次框中选择Poly，在所有有源区中间画一细长多晶做MOS管的栅，最小宽度为2λ，栅在有源区的最小伸展为2λ；
（5）在屏幕左侧的版图层次框中选择P-Select，在N阱中覆盖两个有源区，最小覆盖为2λ，在阱外也画一块P扩散区，作NMOS管的衬底；
（6）在屏幕左侧的版图层次框中选择N-Select，在阱外覆盖所有NMOS的有源区，并且在阱内相应位置画一N扩散区，作PMOS管的衬底；
（7）在屏幕左侧的版图层次框中选择PolyContact，在多晶上打接触孔。
孔的边长为2λ；在屏幕左侧的版图层次框中选择ActiveContact，在有源区上打接触孔，边长也为2λ，孔间距为2λ；在屏幕左侧的版图层次框中选择OriginLayer，在衬底上打接触孔，边长都是2λ；
（8）在屏幕左侧的版图层次框中选择Metal1，把相应的接触孔连接起来，输入输出信号可以利用点击Port快捷键写出线名，对在一铝交错的连线，先在一铝上打过孔（Via1），再选择二铝（Metal2）进行连接。
注意：
1：
画版图时，一定要注意版图层次和工艺几何设计规则。
例如：
有源区在多晶层前画；引线接触孔边长要小，但要大于工艺所要求的最小边长（在λ规则中为2λ）等等；
2：
移动元件用Alt+鼠标左键来实现；
3：
各层的默认习惯颜色分别为:
多晶——红色；
有源区——草绿色；
接触孔——黑色；
N阱——土黄色（带网格）；
P扩散（PSelect）——棕红色（带网格）；
N扩散（NSelect）——墨绿色（带网格）；
金属连线——蓝色。
4：
常用版图设计规则有微米规则与λ规则：
前者是以微米为尺度表示的版图最小允许值的大小，后者是以λ为基本单位的几何设计规则，它将版图规定尺寸均取为的整数倍来表示。
工艺设计参数
λ规则
微米规则
*调整后
A.N阱区
A.1N阱最小宽度
10λ
52
A.2N阱最小宽度（相同电位）
6λ
32
A.3N阱最小宽度（不同电位）
8λ
42
B.有源区或薄氧化层区
B.1有源区最小宽度
3λ
1.51
B.2有源区之间最小间隔
3λ
1.51
B.3N阱内P扩到阱边的最小间隔
5λ
2.51
B.4N阱内N扩到阱边的最小间隔
3λ
1.51
B.5N阱到阱外N扩的最小间隔
5λ
2.55
B.5N阱到阱外P扩的最小间隔
3λ
1.53
C.多晶硅1（第一层多晶）
C.1多晶最小宽度
2λ
11
C.2多晶硅之间最小间隔
2λ
11
C.3多晶至有源区最小间隔
1λ
升级会员 