模拟IC设计流程总结

1、Best wishes 微固学院微固学院 功率集成技术实验室功率集成技术实验室 1 模拟模拟IC设计流程总结设计流程总结 PM Group 陈志军陈志军 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 2 主要内容主要内容 前端设计2 后端设计工具4 绪 论 3 1 后端设计 3 3 结 论 3 5 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 3 模拟模拟IC与数字与数字IC的比较的比较 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 4 模拟模拟IC设计的特点设计的特点 Geometry is an im

2、portant part of the design Usually implemented in a mixed analog-digital circuit Analog is 20% and digital 80% of the chip area Analog requires 80% of the design time Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 5 Requires an ability to grasp multiple concepts simultaneously Requires a wide range of skills

3、 (from system to technology) Be able to use simulation correctly (Usage of a simulator) x (Common sense) Constant Simulators are only as good as the models and the knowledge of those models by the designer Simulators are only good if you already know the answers 模拟模拟IC需要掌握的技能需要掌握的技能 Dont use compute

4、r as a substitute for thinking! Simulation “truths” Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 6 模拟模拟IC的设计流程的设计流程 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 7 主要内容主要内容 前端设计2 后端设计工具4 绪 论 3 1 后端设计 3 3 结 论 3 5 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 8 模拟模拟IC的设计书籍的设计书籍 序号序号书名书名作者作者 1 1Design of Analog CMOS Integrat

5、ed Circuits Behzad Razavi 2 2CMOS Analog Circuit Design PHILLIP E. ALLEN/ DOUGLAS R. HOLBERG 3 3Analysis and Design of Analog Integrated Circuits P.R. Gray /R.G. Meyer 4 4Bipolar and MOS Analog Integrated Circuit Design ALAN. B. GREBENE 5 5Analog Integrated Circuits Design Johns/Martin 6 6Introducti

6、on to CMOS OP-AMPS and ComparatorsROUBIK GREGORIAN 7 7Analog Design for CMOS VLSI SystemsFranco Maloberti 9 9CMOS Mixed-Signal Circuit DesignR.Jacob Baker,Harry W. Li,David E. Boyce 1010Analog MOS Integrated Circuits II Paul R. Gray/Bruce A. Wooley/Robert W. Paul R. Gray/Bruce A. Wooley/Robert W. Br

7、odersenBrodersen 1111Fundamentals of Power ElectronicsErickson, Robert W. 1212Switching Power Supply DesignPressman, Abraham I. 1313Power Electronics :Circuits,Devices and ApplicationsMuhammad H. Rashid 1414Modern DC- to-DC Switchmode Power Converter CircuitsSeverns, Rudolf P. Bloom, Gordon, Ed. Ana

8、log World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 9 逆向设计逆向设计 逆向设计：逆向设计：借鉴以前成功的经验 周期短 见效快 正向设计：正向设计：提供系统解决方案 周期长 系列性 正向设计正向设计逆向设计逆向设计 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 10 逆向设计时的注意事项逆向设计时的注意事项( (一一) ) 多读SPEC，加深对芯片的理解。 查找是否有Reliability Report，这对判断芯片的PIN脚有帮助。 标注信号线最好由1-2人完成(3000个管子以上的版图除外)， 养成边标线边纪录的习惯。 提取版图是一个需要细

9、心和耐心细心和耐心的过程。版图提取错误，会给 随后的电路分析造成很大的麻烦和重复劳动，浪费时间，延缓浪费时间，延缓 进度进度。 按照版图的布局分块提取版图，注明晶体管的类型，遵循版图 原状，不要合并晶体管。 提取版图时应先确定器件的类型，再从POLY层画出器件，然后 再从METAL层画出连线。由下至上，提高效率由下至上，提高效率。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 11 逆向设计时的注意事项逆向设计时的注意事项( (二二) ) 整理电路时，应按照书上的标准模块电路的构架进行整理。 熟悉书上的电路是关键。 分析电路时，应先手动分析，然后仿真验证。 划分电

10、路功能模块时，要多看多看SPEC，要有系统的观念系统的观念，从 整个系统出发进行划分。小组内应该多交流，集思广益。 提前准备好芯片的外围器件model，为整体仿真做好准备。 整体电路仿真时，会经常调整子电路的参数和仿真条件。要 做好每次仿真的记录说明做好每次仿真的记录说明，尤其是对netlist的修改。 撰写Design Note和Simulation Report，做好前端设计的结案数做好前端设计的结案数 据据。不必太详细，但要重点突出，容易理解。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 12 正向设计正向设计 前端设计主要步骤如下：前端设计主要步骤如下：

11、 （1）熟悉Foundry的工艺，了解单管的I-V Curve，阅读仿真所 用的lib文件。 （2）确定电路中MOS管的最小W和L，数字电路部分和开关 控制管一般取最小W和L。 （3）确定SPEC，明确芯片所要达到的性能指标，即Electrical Characteristics和Typical Performance Characteristics。 （4）搭建系统框图，确定主回路(实现主要功能所需模块)。 （5）子电路设计(功能、结构、性能指标)。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 13 （6）子电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。 （7）整

12、体电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。 （8）撰写Design Note和Simulation Report，做好前端设计 的结案数据。 （9）整理出最终电路图。标明走大电流的信号线，给出 确定的电流值；标明需要匹配的器件；标明电路中 的噪声源及对噪声敏感的信号线；标明需要特别注 意的地方。为版图设计做好准备。 正向设计正向设计 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 14 实例：电压基准源的设计实例：电压基准源的设计 等效电路图分析等效电路图分析 24242 1 33311 ()ln() REFEBT RRR RR VVVn RRR RR Analo

13、g World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 15 电压基准源实际电路图电压基准源实际电路图 增加了RC网络改善基准电压的性能 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 16 主要内容主要内容 前端设计2 后端设计工具4 绪 论 3 1 后端设计 3 3 结 论 3 5 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 17 后端设计流程后端设计流程 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 18 版图设计书籍版图设计书籍 Analog World 2021/3/11 微固学院 功

14、率集成技术实验室 19 后端设计步骤后端设计步骤 后端设计主要步骤如下：后端设计主要步骤如下： （1）熟读Foundry提供的Design Rules，正确理解每一条 掩模设计规则。挑出五六个具有代表性的规则熟记。 （2）确定芯片的封装形式，做好芯片的Floorplan。 （3）建立自己的Library，定义Technology File和Display File，做好基本的cell，以备调用。 （4）合理搭建整体版图的轮廓，先确定Pad(包括ESD)和 大器件(如功率管)的位置，然后进行主要信号线的布 局，最后确定各个子电路模块的形状。 （5）子电路模块的子电路模块的Layout，同时进行同

15、时进行DRC(Design Rule Check)和LVS(Layout Versus Schematic)。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 20 （6）完成整体版图的拼接，注意模块与模块之间的走线。 力求整体版图紧凑，无较大空隙。 （7）进行整体版图的DRC和LVS验证，仔细检查每一个出 错的地方，必须要达到零错误才能Go on。 （8）进行整体版图的LPE(Layout Parasitic Extraction)，提 取出网表并再次仿真验证电路的功能。 （9）手动检查整体版图，确定无误后，导出GDS File，交 予Foundry tape o

16、ut。 （10）进行在线光掩膜数据检视进行在线光掩膜数据检视JDV(Job Deck View)。确认 无误后Foundry开始生产制造。 后端设计步骤后端设计步骤 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 21 版图设计的技巧版图设计的技巧()() Pick Five or Six Non-min Design Rules Plenty of Wide Wiring and Vias Dont Believe Your Circuit Designer Use a Consistent Orientation Dont Go Overboard Analog

17、 World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 22 版图设计的技巧版图设计的技巧()() Keep Off the Blocks Care for Sensitive and Noisy Signals Early If It Looks Nice, It Will Work Learn Your Process Dont Let the Noisy Find the Substrate Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 23 版图设计的技巧版图设计的技巧()() Copy and Rename Cells before Making

18、 Changes Remember Your Hierarchy Level Draw Big Power Buses Break Up Large Circuit COMMUNICATE! Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 24 实例：电压基准源的版图实例：电压基准源的版图 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 25 主要内容主要内容 前端设计2 后端设计工具4 绪 论 3 1 后端设计 3 3 结 论 3 5 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 26 版图设计工具版图设计

19、工具 Virtuoso LE Virtuoso Layout Editor 版图编辑大师 Cadence最精华的部分在哪里 Virtuoso Layout Editor 界界 面面 漂漂 亮亮 友友 好好 操操 作作 方方 便便 高高 效效 功功 能能 强强 大大 完完 备备 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 27 版图设计工具版图设计工具 Virtuoso LE 当当 前前 选选 中中 层层 全全 部部 可可 见见 或或 不不 可可 见见 全全 部部 可可 选选 或或 不不 可可 选选 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成

20、技术实验室 28 版图验证工具版图验证工具 Dracula Diva Diva是 Cadence 的版图编辑大师 Virtuoso LE 集成的交互式版图验证工具，具有使用方便、 操作快捷的特点，非常适合中小规模单元的版 图验证。 Dracula Dracula是 Cadence 的一个独立的版图验证工 具，按批处理方式工作，功能十分强大，目前 被认为是布局验证的标准，几乎全世界所有的 IC 公司都拿它作 sign-off 的凭据。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 29 Dracula 的主要功能的主要功能 1设计规则检查 DRC * * 2电气规则

21、检查 ERC 3版图与电路图一致性检查 LVS * * 4版图参数提取 LPE 5寄生电阻提取 PRE Attention：Dracula 的处理对象是的处理对象是GDSII文件！文件！ Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 30 GDSII 格式转换格式转换 执行：CIWFileExportStream 弹出如下窗口： 运行目录运行目录 输出文件名输出文件名 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 31 Dracula 之之 DRC Function of DRC 检查布局设计与制程规则的一致性。 设计规则包括各层wi

22、dth、spacing及不同 层之间的spacing、enclosure等关系。 设计规则的规定是基于process variation、 equipment limitation、circuit reliability。 特殊情况下,设计规则允许有部分弹性。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 32 Dracula DRC 验证步骤：验证步骤： 把版图的GDSII文件导出到含有DRC规则文件的目录 （run directory）下。 更改DRC文件中的INDISK和PRIMARY值。 在Terminal中，进入含DRC规则文件的运行目录下， 依次输入如

23、下命令： % PDRACULA % /g DRC文件名 % /f % Dracula 之之 DRC Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 33 Dracula 之之 DRC 打开待检验单元的版图视图，在工作窗口选择 Tools Dracula Interface，工具菜单里多出DRC、LVS等项。 Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 34 选择DRC-setup，弹出如下图所示对话框，在Run Directory栏中填入运行DRC的路径后，点OK，打开 的版图中会出现错误标记。 Dracula 之之 DRC Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 35 Dracula 之之 DRC Analog World 2021/3/11 微固学院 功率集成技术实验室 36 Dracula 之之 LVS Dracula LVS 验证步骤：验证步骤： 1. 把版图的GDSII文件导出到含有LVS规则文件的目录。 2. 把电路的hspice网表文件导出到含有LVS规则文件的目录。 3. 更改LVS规则文件中的INDISK和PRIMARY值。 4. 在Terminal中含LVS规