CMOS模拟集成电路版图设计：基础、方法与验证 PPT第六章 CMOS模拟集成电路版图设计与验证流程.ppt

1 CMOS模拟集成电路版图设计模拟集成电路版图设计与验证流程与验证流程2提纲提纲n设计环境准备n单级跨导放大器电路的建立和前仿真n跨导放大器版图设计n跨导放大器版图验证与参数提取n跨导放大器电路后仿真n输入输出单元环设计n主体电路版图与输入输出单元环的连接n导出GDSII文件3工艺库准备工艺库准备在进行设计之前，电路和版图工程师需要从工艺厂商那获得进行设计的工艺库设计包，即通常所说的PDK（Process Design Kit）文件包这个设计包中主要包含六方面内容：进行设计所需要的晶体管、电阻、电容等元件模型库（包括支持Spectre、Hpsice、ADS多种仿真工具的电路图模型、版图模型和VerilogA行为级模型等）、进行仿真调用的库文件（分别支持spectre和hspice的.lib文件）、验证和反提规则文件（DRC、LVS、ANT和PEX等规则文件以及相应的说明文档）、输入/输出单元的网表和版图模型、display.drf文件（显示版图层信息所必须的文件，放置于icfb的启动目录之下）、techfile.tf文件（定义该工艺库相应的设计规则，在建立设计库时需要编译该文件或者直接将设计库关联至模型库）。

最后将设计包中的元件模型库放置在一个固定目录下，方便启动Cadence IC 617软件时进行库文件的添加与IC5141中PDK为CDB格式不同，IC617中使用的PDK数据为OA格式4模型工艺库添加（1）在命令行输入“virtuoso &”，运行Cadence IC 617，弹出CIW主窗口，如下图所示模型工艺库添加（2）在CIW窗口中选择ToolsLibrary manager命令，如图6.2所示；弹出“Library manager”对话框如下图所示，这时对话框中有Cadence IC 617自带的几个库，如“analogLib”、“basic”、“function”等5模型工艺库添加（3）在“Library manager”窗口中选择EditLibrary Path命令，如图所示；弹出“Library Path Editor”对话框，该对话框中显示Cadence IC 617中已经存在的几个工艺库6模型工艺库添加（4）在“Library Path Editor”对话框中“Library”栏的下侧空框处单击鼠标右键，弹出“Add Library”选项，如图所示7模型工艺库添加（5）选中“Add Library”选项，弹出“Add Library”对话框，在左侧的“Directory”栏中选择跳转到存在工艺库模型的路径下，在右侧“Library”栏中选中使用的工艺库，这里为smic18mmrf工艺库，如图所示，最后单击“OK”按键，回到“Library Path Editor”对话框中。

8模型工艺库添加（6）在工具栏中选择FileSava as命令，弹出“Save As”对话框，如图所示这时默认在“cds.lib”前勾选，单击“OK”按键，覆盖原来的cds.lib，完成对工艺库模型的添加9模型工艺库添加（7）这样就完成了工艺库模型的添加，此时在“Library manager”对话框的“Library”栏中就出现了smic18mmrf工艺库，如图所示10单级跨导放大器电路的建立和前仿真（1）在命令行输入“virtuoso &”，运行Cadence IC 617，弹出CIW主窗口，然后建立库 ， 选 择 FileNewLibrary命 令 ， 弹 出 “New Library”对 话 框 ， 输 入“EDA_test”，并选择“Attach to an existing technology library”，选择并关联至SMIC18mmrf工艺库文件，如图所示最后单击OK按键，完成设计库的建立11单级跨导放大器电路的建立和前仿真（2）选择FileNewCellview命令，弹出“New File”对话框，在“Library”栏中选择已经建立好的“EDA_test”库，接着在“Cell”栏输入“OTA”，在“Open with”栏中选择“Schematics L”，单击OK按钮，如图所示12单级跨导放大器电路的建立和前仿真（3）选择上侧工具栏中的CreateInstance或者单击键盘“i”键，从工艺库“simc18mmrf”中 调 用 NMOS晶 体 管 n33， 在 右 侧 “view”类 型 中 选 择“Symbol”，13单级跨导放大器电路的建立和前仿真（4）单击“close”，弹出“Edit Object Properties”对话框，分配宽长比10u/1u。

这里将NMOS设置为叉指晶体管，即意味着将单个晶体管拆分叉指状(finger)，每个finger为5u，一共5个finger，总宽度为5x5=25u，如图所示同样设置PMOS晶体管尺寸14单级跨导放大器电路的建立和前仿真（5）从工具栏选择CreatePin或者单击键盘“p”键设置电源管脚vdda，地管脚gnda，差分输入管脚vin和vip，输出管脚vout；再选择CreateWire(narrow)或者单击键盘“w”键进行连接最终建立单级跨导放大器电路15单级跨导放大器电路的建立和前仿真（6）完成电路图建立后，先为跨导放大器建立一个电路符号（symbol）方便后续进行仿 真 调 用 ， 具 体 方 法 为 在 schematic窗 口 工 具 栏 中 选 择 CreateCreate CellviewFrom Cellview命令，弹出“”Cellview From Cellview”对话框，单击OK，在跳出窗口“Symbol generation Option”对话框的各栏中分配端口位置16单级跨导放大器电路的建立和前仿真（7）进行跨导放大器的交流小信号仿真，首先需要建立测试电路图从设计库“EDA_test”中 调 用 建 立 好 的 跨 导 放 大 器 Symbol， 再 从 analogLib中 调 用“ideal_bulan”（变压器），作为单端转差分的转换器使用。

并为各个端口分配同样名称的pin名，并从“analogLib”库中调用一个1uF的电容“cap”作为负载电容电容连接地电位的端口，可以点击键盘上“l”键，输入“gnda”，即可完成物理上的连接17单级跨导放大器电路的建立和前仿真（8）之后在工具栏中选择 LaunchADE L命令，弹出“ADE L”对话框如图所示在这个对话框中我们需要设置电路的激励源、调用的工艺库、仿真类型以及观察输出波形18单级跨导放大器电路的建立和前仿真（9）首先为电路设置输入激励，在工具栏中选择SetupStimuli ，弹出对话框，首先设置电流源“Iin_10u”将“Function”类型修改为“dc”，表示为直流信号 ； 再 将 “type”类 型 修 改 为 “Current” 电 流 设 为 “-10u”， 并 勾 选Enabled按键，最后点击下侧的“Apply”按键，完成输入19单级跨导放大器电路的建立和前仿真（10）之后继续设置电源电压“vdda”为“3.3V”，地“gnda”为“0”，设置输入“in”为交流源“sin”，交流幅度为“1”，相位为“0”共模输入电压“vcm”为1.65V20单级跨导放大器电路的建立和前仿真（11）之后在工具栏中选择SetupModel Libraries，设置工艺库模型信息和工艺角，在”Section”栏中填入工艺角信息，如本例中晶体管工艺角为”tt”，电阻为“res_tt”等。

每完成一个工艺文件添加，需要单击下方的“Apply”按键完成操作21单级跨导放大器电路的建立和前仿真（12）弹出对话框在工具栏选择AnalysesChoose命令，选择“ac”进行交流小信号仿真，在“start”栏中输入开始频率“1”，在“stop”中输入截止频率“1G”，最后勾上“Enabled”选项22单级跨导放大器电路的建立和前仿真（13）弹出对话框在工具栏选择AnalysesChoose命令，选择“ac”进行交流小信号仿真，在“start”栏中输入开始频率“1”，在“stop”中输入截止频率“1G”，最后勾上“Enabled”选项23单级跨导放大器电路的建立和前仿真（14）在工具栏选择StimulationNetlist and Run命令，开始仿真仿真结束后，在工具栏选择ResultDirect Main From，弹出“Direct Plot From”对话框在该对话框中“Modifier”子栏中选择“dB20”24单级跨导放大器电路的建立和前仿真（15）然后在电路图中单击输出端口连线“vout”，输出增益波形，再选择“Phase”，单击“Replot”，输出相位波形25单级跨导放大器电路的建立和前仿真（16）将两个波形分栏显示。

再在工具栏中选择MarkerCreate Marker，弹出“Create Graph Marker”对话框，选择“vertical”，单击“Ok”，最后在波形中拉出纵向标注轴26跨导放大器版图设计（1）在CIW主窗口中选择FileNewCellview命令，弹出“New Cellview”对话框，在Library Name中选择已经建好的库“EDA_test”，在“Cell Name”中输入“OTA”，在“Type”中选择“layout”，并在“Open with”中选择“Layout L”27跨导放大器版图设计（2）在工具栏中选择OptionsDisplay，弹出“Display Option”对话框在“X snap spacing”和“Y snap spacing”分别修改为“0.005”，表示间距为0.005um28跨导放大器版图设计（3）通过快捷键i启动创建器件，在“View”栏中选择“layout”进行调用，选中晶体管，单击键盘“q”键，在晶体管属性中填入Length、Total Width、Finger Width、Fingers等信息之后同样对PMOS晶体管进行设置29跨导放大器版图设计（4）然后进行版图布局，首先进行的是版图布局，将所有晶体管调用放置在版图窗口中。

按照NMOS同行、PMOS同行的方式进行摆放，尽量将整体版图布局成规则的长方形30跨导放大器版图设计（5）首先进行NMOS晶体管栅极的连接，由于要对漏极进行连接，且NMOS的栅极较短，且多晶硅的电阻较大，需要将栅极的多晶硅适当延长留出漏极的布线通道，并打上多晶硅到一层金属的接触孔，通过一层金属进行连接首先在LSW层选择栏中选择“GT”层，然后在键盘上单击r按键，为栅极添加矩形31跨导放大器版图设计（6）在键盘上单击o，弹出“Create Via”对话框，在“Via Definition”栏中选择“M1_GT”，表示选择多晶硅到一层的通孔，在“Columns”栏中填入“2”，表示横向通孔数目为232跨导放大器版图设计（7）单击鼠标左键，选中延长的多晶硅和通孔，单击c按键进行复制，为每一个叉指的多晶硅栅分配延长线和通孔注意这里延长的多晶硅要与原始的栅严丝合缝的对齐，否则会造成DRC错误33跨导放大器版图设计（8）继续在LSW层选择一层金属，单击r键，画矩形连线，将NMOS的漏极和源极拉出（源极和漏极交替出现，图中最左侧和最右侧为漏极，中间为源极；也可将最左侧和最右侧作为源极，中间作为漏极），方便后续进行连接。

同样进行其他NMOS管的栅极、漏极和源极连接34跨导放大器版图设计（9）接下来进行NMOS源极和衬底（地）连接，单击“o”键，弹出“Create Via”对话框，如图6.42所示在“Via Definition”栏中选择“M1_SP”，表示选择P注入到一层的通孔，在“Columns”栏中填入“66”，表示横向通孔数目为66，横向长度以覆盖全部NMOS为准衬底既作为电路的地电位，也作为保护环使用35跨导放大器版图设计（10）参考之前的步骤，对照电路图，完成整体版图的连接PMOS应该。