集成电路版图设计

1、北京工业大学集成电路版图设计设计报告姓名：学号：2018年5月页眉 目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 目录1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1绪论2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1集成电路的发展现状2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.2集成电路设计流程及数字集成电路设计流程3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Documen

2、t 1.2.1CAD发展现状3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2电路设计5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.1运算放大器电路5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1.1工作原理5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.1.2电路设计5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.2D触发器电路12 HYPERLINK l bookmark2

3、2 o Current Document 反相器12 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 传输门13 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 或非门13 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document D触发器14 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3版图设计15 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.1运算放大器153.1.1运算放大器版图设计15 HYPERLINK

4、 l bookmark46 o Current Document 3.2D触发器18 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 反相器18 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 传输门20 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 或非门21 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document D触发器23 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 4总结与体会27 HYPERLINK l b

5、ookmark94 o Current Document 参考文献281绪论1.1集成电路的发展现状在全球半导体市场快速增长的带动下，我国半导体产业快速发展。到2018年，我国半导体产业销售额将超过8000亿元。近年来，我国半导体市场需求持续攀升，占全球市场需求的比例已由2003年的18.5%提升到2014年的56.6%，成为全球最大的半导体市场。2009-2018年我国半导体产业销售情况变化图幣柠曲亿兀）一用氐感与旺盛的市场需求形成鲜明对比，我国集成电路产业整体竞争力不强，在各类集成电路产品中，中国仅移动通信领域的海思、展讯能够比肩高通、联发科的国际水准。本土集成电路供需存在很大的缺口。20

6、10-2019我国集成电路供需情况对比集成电路设计流程及数字集成电路设计流程集成电路设计的流程一般先要进行软硬件划分，将设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。芯片硬件设计包括：功能设计阶段，设计描述和行为级验证，逻辑综合，门级验证(Gate-LevelNetlistVerification)，布局和布线。模拟集成电路设计的一般过程：电路设计，依据电路功能完成电路的设计；.前仿真，电路功能的仿真，包括功耗，电流，电压，温度，压摆幅，输入输出特性等参数的仿真；版图设计(Layout)，依据所设计的电路画版图；后仿真，对所画的版图进行仿真，并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图；

7、后续处理，将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。数字集成电路设计流程设计逻辑综合系统划分功能仿真布图规划布局布线寄生参数提取输入电路图或硬件描述语言处理硬件描述语言，产生电路网表将电路分成大小合适的块芯片上安排各宏模块的位置安排宏模块中标准单元的位置宏模块与单元之间的连接提取连线的电阻、电容9.版图后仿真1.2.1CAD发展现状CAD/CAM技术20世纪50年代起源于美国,经过近50年的发展，其技术和水平已经到达了相当成熟的阶段。日本、法国、德国也相继在机械制造、航空航天、汽车工业、建筑化工等行业中广泛使用CAD/CAM技术。CAD/CAM技术在发达国家已经成为国民经济的重要支柱

8、。我国CAD/CAM技术的应用起步于20世纪60年代末，经过40多年的研究、开发与推广应用，CAD/CAM技术已经广泛应用于国内各行各业。综合来看,CAD/CAM技术的在国内的应用主要有以下几个特点：起步晚、市场份额小我国CAD/CAM技术应用从20世纪80年代开始，“七五”期间国家支持对24个重点机械产品进行了CAD/CAM的开发研制工作，为我国CAD/CAM技术的发展奠定了一定的基础。国家科委颁布实施的863计划也大大促进了CAD/CAM技术的研究和发展。“九五”期间国家科委又颁发了19952000年我国CAD/CAM应用工程发展纲要，将推广和应用CAD/CAM技术作为改造传统企业的重要战

9、略措施。有些小企业由于经济实力不足、技术人才缺乏,CAD/CAM技术还不能够完全应用到生产实践中。国内研发的CAD/CAM软件在包装和功能上与发达国家还存在差距，市场份额小。应用范围窄、层次浅CAD/CAM技术在企业中的应用在CAD方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。其中CAD二维绘图技术在企业应用情况较好,这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程,另一方面是由于二维绘图技术解决的是所有企业的共性问题。三维造型软件由于早期没有推出微机版本,需要在工作站环境中工作,投资较大,所以只有部分大企业有所应用。在CAM方面，目前企业普遍应用的只是数控程序编制，国内企业已经开

10、始广泛使用华中数控系统、南京SKY系统、日本FUNUC系统、德国SIEMENS系统。而广义的CAM只有少数大型企业采用，中小企业极少应用。功能单一、经济效益不突CAD/CAM技术在企业中的应用只是单元的智能技术应用，是从企业生产的几个侧面来提高效率。功能分散的CAD/CAM技术其效果是有限的，只有将CAD、CAPP、CAM、PDM等技术集成在一起，综合应用在设计与制造生产的过程中，才能产生显著的经济效益。2电路设计2.1运算放大器电路运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减

11、或微分、积分等数学运算的结果。2.1.1工作原理运放有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端0。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。）之间，且其实际方向从a端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b端分别用-和+号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出或用箭头表/示O一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、

12、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2

13、）,其中，A0是运放的低频开环增益（如100dB,即100000倍），E1是同相端的输入信号电压，E2是反相端的输入信号电压。2.1.2电路设计1、启动Aether：在完成启动环境设置后，通过cd命令进入到用户的设计目录,输入工具的启动命令Aether，启动工具界面Drwi|HMahijeiielhei?O11Q3.1ftRl1-1世i|菅邯数E&iguhl沁翌）界丽2、设置PDK和创建设计库：本次课设将基于018um_PDK进行电路的设计，我们需要完成018um_PDK的添加。在DM中，激活Tools-LibraryPathEditor，将弹出LibraryPathEditor编辑窗口，在L

14、ibraryPathEditor编辑窗口中，激活Edit-AddLibrary，进行018um_PDK的添加，在AddLibrary窗口中，点击OKbutton，即完成library的添加。FilEtliLWirnJiwHelpITt匚hrwlmgyManager.AdachTechnology.,.UtroryLibid.rfPiliEditurii.anaogSI-wwTrci.V!lTcmslLTtc.DeviceDtfinc.世EileEditVitvininiBO1匚1:;UbraiesP*piPjmN?mpPaih1basic/emp丫rcan/toola/aethu”ihFosi

15、c2amloy足mPYrean/touls/aether/liWanabc3jpoiyranftnols/aptlw/lilVshptPIIrdudeDefine|HIL.-?eflieliil匚二iiu图2-1LibraryPatilEdit&i图2-2AddLibraryofLibraryPathEditor图2-3TinishedAddLibraryofLibraryPathEditor3、创建设计库：在DM的窗口中，通过菜单命令File-NewLibrary激活NewLibrary命令；在激活NewLibrary后，弹出NewLibrary创建窗口；在NewLibrary的窗口中进行相

16、应的指定，点击OK,既可以完成Library的创建。图MArtiTiteNEWLibraryOmmaiE囲2-5NewLibianrFonn4、创建放大器电路原理图：在DesignManager中，通过菜单命令FileNewCell/View。在弹出的NewCell/View对话框中，在对话框中分别进行设置，完成design/cp_amp/schematic的创建，当点击NewCell/View窗口中的OK键，原理图编辑器SchematicEditor将自动弹出原理图编辑界面。3-1NewCelL-View5、添加元器件Instance：通过CreateInstance命令完成器件的创建，如图

17、所示：1)通过菜单CreateInstance命令弹出CreateInstance选项设置窗口；点击BrowseButton,在Browse窗口中将Library/Cell/View选择为018um_PDK/pl8/symbol；在CreateInstance窗口中将p18的参数值设置为：Length=0.6u,EntrySwitch=FingerWidth,FingerWidth=8u,Fingers=4,SDMetalWidth=0.23u；通过快捷键/vShift+RMB/vCtrl+RMB实现对器件的R90/MY/MX操作；p18的symbol将出现在SchematicEditor编辑

18、区中；在SchematicEditor编辑区内，通过鼠标移动可以进行p18摆放位置的移动，点击鼠标左键(LMB)确定p18的摆放外置，完成p18的创建。aRlisHwwCiuiaEdir5-oIaceCLsry匕血1如SDlT-ak僧iridMOpiiotsHalp3y=：mruma.-i.i住LlkraryiIS旳ZIkOOc3-4Instance丄丄丄J,TfTClu!niauiw-Fniejruilcg皿忙bjulhjuiZhjblhlitpL:-heeiHUIvlSnpn丄F-艸丄GLL7nnHlLwzi_ilpFi丄直_刊勺1-3iTft-dlepIliaISpnpj.S-WlSLl

19、J口np：6、修改MOS器件的Property:1）选中需要修改参数的MOS器件2）选中MOS器件后，激活Property命令；3）Property命令被激活后，将调出的EditInstanceProperties窗口，在EditInstanceProperties窗口中，即可完成对MOS器件的参数修改；4）当选中多个器件时，可以通过First,Next,Previous和Last进行切换。関3-6趨改MOS器杵Properties7、创建输入输出Pin:通过菜单命令CreatedPin；CretaePin命令激活后，将弹出CreatePin窗口，可以进行PinName的添加。8、添加连线Wi

20、re:接下来，要对已经摆放好的MOS器件和Pins完成Wire连线。1）通过菜单CreatedWire、快捷键vW方式激活命令。2）激活CreateWire命令后，单击F3键，可以弹出CreateWire选项设置窗口；3）在SchematicEditor中，通过单击鼠标左键vLMB,即可完成连线；n18t1,w=OJ04mJ=2u图去&CreateWineNaaie9、Check/CheckandSave:完成运算放大器原理图设计后，必须通过Check/CheckandSave，对原理图进行电学规则（ERC）检查，以确保原理图的正确性。激活CheckandSave命令,分别完成对原理图数据的S

21、ave操作和电学规则的检查，并将Check的结果显示在Check&SaveReport窗口中；通过Verify-FindeMarker命令显示Check信息，对ERC错误进行详细定位。已经完成的运算放大器的原理图如下：D触发器电路D触发器：该触发器由4个或非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。2.2.1反相器反相器是可以将输入信号的相位反转180度，这

22、种电路应用在模拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中，经常要用到反相器#昨斡理血卅、丄4AT9甲斗中3.弋計出叭/0-OoCCwinpiwccnHt5Hp日P0*L1L吕骨#口q御f0-工禹L3砂艸応邛當社羽DIF框If置丄丄+J,T*丫沪1电*-1讨比沖/&O3卫屮irwQIartir-Fdt*rfll0,EH工.ftjwfrli*kci曰arwchyThiff-Jwi宜皿nrXpm.曰ssISJartQ*fi*kK+fti*片EH*丄PAT中T一中一宀計/口也口口JI:!:3版图设计31运算放大器311运算放大器版图设计电路图:模拟器件图:仿真电路图:仿真波形图:iWave

23、2ClL3.12PBuiltan201312313FiledtVjirwQijryIbofeCursorFPDConF也in卤辑HelpI0*t、：画|O佃弟固訝詔器胆z3LL1=M+*JJfSedrchek23SignalManagerNg=/KqeuAj宛0“.&EI.&54占2L口OOCJO口OJ1SignalsV(VbMJ5vvin)vtwipjTime(us)l二-1*1-二*Ei=71=lrr=T=;-01235w(vin)(L0.899M7C6)0%v|-AllIq.curvePanelicAEOLUS/wirekSBcptschematicNammslspaeokjwwk23c

24、ptschematicNominal?ptrOI|feIIIJI.bULt版图设计图:tlHF怡y町町口Edlfclmi；50|-：U|E血X:|E3U3MT|37TOO由：O.JM曲匕乙3fit&3R5OrthEelCO+fll业DRC验证:角*i*4*EnAsi9Av*iiwrMi-|MMij-JhWMaMn敦=EW：JtJ.*1CJfVMEh;：!*!2.I1W?!r?tt(in：jyii：_*!iphKitmtwiMrwtofK2?lM?7li-lntewK_pdk3WrjhMnwgiwtmM1GM*il-HdH4i-Hrri-iai-l9-ii-iiH-iH4i-Hi-Ki-iai-

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27、iirnufrafasshsr“.1耳.亠c-r(知uriEutaitack*miMlA3N-M?ANn*3|-ry|D触发器3.2.1反相器电路图:EitherEl，tirwD3NB.dl3dKI旳匚hyQuAiy炉fy3IXINKIttiidiM-砂面HpXAft中3-蒔*血/O凸dX.0.LI7MCmda-df也灯乃0C&+DIjFAUnuicrhffwnHfiFHIHfiTTW=1uI-O/Ifiu息出Si总fl丑丄丄1AT4ft11Cwinpcfisw|V|jiI审0血I=i.li5u模拟器件图:fijirstanceNatieI,Il*-j-1I+：gcellNome謁：|e.aL

28、35er色弟彌血|乩口宓|dr：n.ise细bn：巾.3阳版图设计图:日惜ElEbL%Qus回曲*ir=片亞r忘庖供WW4晦=K*ItiF.向莓印ttm帝A巫9MEl+1：3ffl_lHw型vk鉴HI呂椒t少erwi赠SjuwtiYw*yQDLgCEQrernvriaItoCak肿4硼HdpHFttiFT-*fi|nyilpfnirt;rcfrlfnciisunnx且叵|诃filMS-:vaid：-Cflfls-|(K：Uiim-Jiaxdroi.fl!4-150IXhSHICM-01i3.2.2传输门电路图：JCLlisr|wEEK43.nDunrE-iaDL：tuTCInqr0E*如bl!

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31、.PariID5-275.De-Ho-：0.5口玛力uiiD-EDkDC=1.#i|i(JmMZ0=1OOif仿真波形图:1.80巴MCWTi_t*achrT4k:F4Hkgiteoc叶岸tumQuruirrrn匚MoygeawfcjtipXt+*日x：|dkh昨r因33-.AmDnMU.眾网DiHHrX!L7L233lfhflim(jHe*Wbfj0J1网itwvbgftWtefcab_UJ_M*K_AtVUJW*Mta*5_CiJJ：cr*mM5i_)i_5hefn4Cjan3LLEE对】#fawHQ-iihin：rw&3)-inetWi版图设计图:Orm*A时&*srTiff*tsEiErl巧J?*J?弭=宜斗曲如nuHpNEEusfeTLaflanafe3+m口筍田衣申申側iSH硏!佔LA：仇如jnJJ峠*Ui.BnfKF5沪ZwfrflPilMrmom-1pc*jiGacngC-MQr雨I艇空;更M!|mAK14auDRC滲s“-.TS*TO-MdtHrJnmJruluTml&I首LK-.pctunr二jl.IMS*3p*Fu-tA-u-p-口*FCUIM*Mrr-ALQLMiu&H-Lil:!LFL-：T=芳zsG畧bJVEsm_K584I-vfsM.H*&话rhast-E-_.tr.-UKI*WFtax.兰寸庄AhJHT*-v-