模拟IC设计流程总结课件

模拟IC设计流程总结模拟IC设计流程总结1

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后2模拟IC与数字IC的比较微固学院功率集成技术实验室模拟IC与数字IC的比较微固学院功率集成技术实验室3模拟IC设计的特点GeometryisanimportantpartofthedesignUsuallyimplementedinamixedanalog-digitalcircuitAnalogis20%anddigital80%ofthechipareaAnalogrequires80%ofthedesigntime微固学院功率集成技术实验室模拟IC设计的特点Geometryisanim4•Requiresanabilitytograspmultipleconceptssimultaneously•Requiresawiderangeofskills(fromsystemtotechnology)•Beabletousesimulationcorrectly♦(Usageofasimulator)x(Commonsense)≈Constant♦Simulatorsareonlyasgoodasthemodelsandtheknowledgeofthosemodelsbythedesigner♦Simulatorsareonlygoodifyoualreadyknowtheanswers模拟IC需要掌握的技能Don’tusecomputerasasubstituteforthinking!Simulation“truths”微固学院功率集成技术实验室•Requiresanabilitytograsp5模拟IC的设计流程微固学院功率集成技术实验室模拟IC的设计流程微固学院功率集成技术实验室6

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后7模拟IC的设计书籍序号书名作者1DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuitsBehzadRazavi2CMOSAnalogCircuitDesignPHILLIPE.ALLEN/DOUGLASR.HOLBERG3AnalysisandDesignofAnalogIntegratedCircuitsP.R.Gray/R.G.Meyer4BipolarandMOSAnalogIntegratedCircuitDesignALAN.B.GREBENE5AnalogIntegratedCircuitsDesignJohns/Martin6IntroductiontoCMOSOP-AMPSandComparatorsROUBIKGREGORIAN7AnalogDesignforCMOSVLSISystemsFrancoMaloberti9CMOSMixed-SignalCircuitDesignR.JacobBaker,HarryW.Li,DavidE.Boyce10AnalogMOSIntegratedCircuitsIIPaulR.Gray/BruceA.Wooley/RobertW.Brodersen11FundamentalsofPowerElectronicsErickson,RobertW.12SwitchingPowerSupplyDesignPressman,AbrahamI.13PowerElectronics:Circuits,DevicesandApplicationsMuhammadH.Rashid14ModernDC-to-DCSwitchmodePowerConverterCircuitsSeverns,RudolfP.Bloom,Gordon,Ed.微固学院功率集成技术实验室模拟IC的设计书籍序号书名作者1DesignofAnal8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：提供系统解决方案周期长系列性正向设计逆向设计微固学院功率集成技术实验室逆向设计逆向设计：借鉴以前成功的经验周期短见效快正向9逆向设计时的注意事项(一)多读SPEC，加深对芯片的理解。查找是否有ReliabilityReport，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。微固学院功率集成技术实验室逆向设计时的注意事项(一)多读SPEC，加深对芯片的理解。微10逆向设计时的注意事项(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。划分电路功能模块时，要多看SPEC，要有系统的观念，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，尤其是对netlist的修改。撰写DesignNote和SimulationReport，做好前端设计的结案数据。不必太详细，但要重点突出，容易理解。微固学院功率集成技术实验室逆向设计时的注意事项(二)整理电路时，应按照书上的标准模块电11正向设计前端设计主要步骤如下：（1）熟悉Foundry的工艺，了解单管的I-VCurve，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ElectricalCharacteristics和TypicalPerformanceCharacteristics。（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)。微固学院功率集成技术实验室正向设计前端设计主要步骤如下：微固学院功率集成技术实验室12（6）子电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。（7）整体电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。（8）撰写DesignNote和SimulationReport，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。

正向设计微固学院功率集成技术实验室（6）子电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。正向设计微13

实例：电压基准源的设计

等效电路图分析

微固学院功率集成技术实验室实例：电压基准源的设计等效电路图分析14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微固学院功率集成技术实验室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微固学院15

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后16后端设计流程微固学院功率集成技术实验室后端设计流程微固学院功率集成技术实验室17版图设计书籍微固学院功率集成技术实验室版图设计书籍微固学院功率集成技术实验室18后端设计步骤后端设计主要步骤如下：（1）熟读Foundry提供的DesignRules，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TechnologyFile和DisplayFile，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Layout，同时进行DRC(DesignRuleCheck)和LVS(LayoutVersusSchematic)。微固学院功率集成技术实验室后端设计步骤后端设计主要步骤如下：微固学院功率集成技术实19（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Goon。（8）进行整体版图的LPE(LayoutParasiticExtraction)，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GDSFile，交予Foundrytapeout。（10）进行在线光掩膜数据检视JDV(JobDeckView)。确认无误后Foundry开始生产制造。后端设计步骤微固学院功率集成技术实验室后端设计步骤微固学院功率集成技术实验室20版图设计的技巧(Ⅰ)PickFiveorSixNon-minDesignRulesPlentyofWideWiringandViasDon’tBelieveYourCircuitDesignerUseaConsistentOrientationDon’tGoOverboardTip1--5微固学院功率集成技术实验室版图设计的技巧(Ⅰ)PickFiveorSixNon21版图设计的技巧(Ⅱ)KeepOfftheBlocksCareforSensitiveandNoisySignalsEarlyIfItLooksNice,ItWillWorkLearnYourProcessDon’tLettheNoisyFindtheSubstrateTip6--10微固学院功率集成技术实验室版图设计的技巧(Ⅱ)KeepOfftheBlocksC22版图设计的技巧(Ⅲ)CopyandRenameCellsbeforeMakingChangesRememberYourHierarchyLevelDrawBigPowerBusesBreakUpLargeCircuitCOMMUNICATE!!!Tip11--15微固学院功率集成技术实验室版图设计的技巧(Ⅲ)CopyandRenameCell23

实例：电压基准源的版图微固学院功率集成技术实验室实例：电压基准源的版图微固学院功率集成技术实验24

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后25版图设计工具

——

VirtuosoLEVirtuosoLayoutEditor——版图编辑大师Cadence最精华的部分在哪里VirtuosoLayoutEditor界面漂亮友好操作方便高效功能强大完备微固学院功率集成技术实验室版图设计工具——VirtuosoLEVirtuo26版图设计工具

——

VirtuosoLE当前选中层

全部可见或不可见

全部可选或不可选微固学院功率集成技术实验室版图设计工具——VirtuosoLE当全全微固学院27版图验证工具

——

Dracula

Diva

Diva是Cadence的版图编辑大师VirtuosoLE

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。微固学院功率集成技术实验室版图验证工具——DraculaDiva微固学院功28Dracula

的主要功能1．设计规则检查

——

DRC

*2．电气规则检查

——

ERC3．版图与电路图一致性检查

——

LVS

*4．版图参数提取

——

LPE5．寄生电阻提取

——

PREAttention：Dracula

的处理对象是GDSII文件！微固学院功率集成技术实验室Dracula的主要功能1．设计规则检查——DRC*29GDSII

格式转换执行：CIW－>File－>Export－>Stream…

弹出如下窗口：

运行目录输出文件名微固学院功率集成技术实验室GDSII格式转换执行：CIW－>File－>Export30Dracula

之

DRCFunctionofDRC检查布局设计与制程规则的一致性。设计规则包括各层width、spacing及不同层之间的spacing、enclosure等关系。设计规则的规定是基于processvariation、equipmentlimitation、circuitreliability。特殊情况下,设计规则允许有部分弹性。微固学院功率集成技术实验室Dracula之DRCFunctionofDRC微31DraculaDRC

验证步骤：把版图的GDSII文件导出到含有DRC规则文件的目录（rundirectory）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，依次输入如下命令：

%

PDRACULA

%

/gDRC文件名

%

/f

%

Dracula

之

DRC微固学院功率集成技术实验室DraculaDRC验证步骤：Dracula之DR32

Dracula

之

DRC打开待检验单元的版图视图，在工作窗口选择

Tools－>DraculaInterface，工具菜单里多出DRC、LVS等项。

微固学院功率集成技术实验室Dracula之DRC打开待检验单元的版图视图，在工作33选择DRC->setup，弹出如下图所示对话框，在RunDirectory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

DRC微固学院功率集成技术实验室选择DRC->setup，弹出如下图所示对话框，在RunD34

Dracula

之

DRC

微固学院功率集成技术实验室Dracula之DRC微固学院功率集成技术实验室35

Dracula

之

LVS

DraculaLVS

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规则文件的目录下输入：

%LOGLVS%cir网表文件名%con电路顶层名%x微固学院功率集成技术实验室Dracula之LVSDraculaLVS验证步36

Dracula

之

LVS

%PDRACULA

%

/gLVS文件名%/f%5.按上述步骤执行完LVS后，在工作目录下会生成名为

lvsprt.lvs的文件，打开此文件可以查看LVS结果报告。如果版图与电路图匹配，会显示“

LAYOUTANDSCHEMATICMATCHED

”，否则，会列出Discrepancy项，并注有不匹配的部分在版图中的坐标和网表中的器件名。微固学院功率集成技术实验室Dracula之LVS37

Dracula

之

LVSSetupenvironmentforLVS微固学院功率集成技术实验室Dracula之LVSSetupenvironmen38

Dracula

之

LVSSelecterror微固学院功率集成技术实验室Dracula之LVSSelecterror微固学39

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后40结论

1Circuitdesign:Makethetransistorworkatthebeststate.2Layoutdesign:Placethetransistoratthebestposition.3Testdesign:Validatetheproductasthedesigner’sidea.微固学院功率集成技术实验室结论1Circuitdesign:Ma41ThankYou!ThankYou!42模拟IC设计流程总结模拟IC设计流程总结43

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后44模拟IC与数字IC的比较微固学院功率集成技术实验室模拟IC与数字IC的比较微固学院功率集成技术实验室45模拟IC设计的特点GeometryisanimportantpartofthedesignUsuallyimplementedinamixedanalog-digitalcircuitAnalogis20%anddigital80%ofthechipareaAnalogrequires80%ofthedesigntime微固学院功率集成技术实验室模拟IC设计的特点Geometryisanim46•Requiresanabilitytograspmultipleconceptssimultaneously•Requiresawiderangeofskills(fromsystemtotechnology)•Beabletousesimulationcorrectly♦(Usageofasimulator)x(Commonsense)≈Constant♦Simulatorsareonlyasgoodasthemodelsandtheknowledgeofthosemodelsbythedesigner♦Simulatorsareonlygoodifyoualreadyknowtheanswers模拟IC需要掌握的技能Don’tusecomputerasasubstituteforthinking!Simulation“truths”微固学院功率集成技术实验室•Requiresanabilitytograsp47模拟IC的设计流程微固学院功率集成技术实验室模拟IC的设计流程微固学院功率集成技术实验室48

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后49模拟IC的设计书籍序号书名作者1DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuitsBehzadRazavi2CMOSAnalogCircuitDesignPHILLIPE.ALLEN/DOUGLASR.HOLBERG3AnalysisandDesignofAnalogIntegratedCircuitsP.R.Gray/R.G.Meyer4BipolarandMOSAnalogIntegratedCircuitDesignALAN.B.GREBENE5AnalogIntegratedCircuitsDesignJohns/Martin6IntroductiontoCMOSOP-AMPSandComparatorsROUBIKGREGORIAN7AnalogDesignforCMOSVLSISystemsFrancoMaloberti9CMOSMixed-SignalCircuitDesignR.JacobBaker,HarryW.Li,DavidE.Boyce10AnalogMOSIntegratedCircuitsIIPaulR.Gray/BruceA.Wooley/RobertW.Brodersen11FundamentalsofPowerElectronicsErickson,RobertW.12SwitchingPowerSupplyDesignPressman,AbrahamI.13PowerElectronics:Circuits,DevicesandApplicationsMuhammadH.Rashid14ModernDC-to-DCSwitchmodePowerConverterCircuitsSeverns,RudolfP.Bloom,Gordon,Ed.微固学院功率集成技术实验室模拟IC的设计书籍序号书名作者1DesignofAnal50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：提供系统解决方案周期长系列性正向设计逆向设计微固学院功率集成技术实验室逆向设计逆向设计：借鉴以前成功的经验周期短见效快正向51逆向设计时的注意事项(一)多读SPEC，加深对芯片的理解。查找是否有ReliabilityReport，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。微固学院功率集成技术实验室逆向设计时的注意事项(一)多读SPEC，加深对芯片的理解。微52逆向设计时的注意事项(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。划分电路功能模块时，要多看SPEC，要有系统的观念，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，尤其是对netlist的修改。撰写DesignNote和SimulationReport，做好前端设计的结案数据。不必太详细，但要重点突出，容易理解。微固学院功率集成技术实验室逆向设计时的注意事项(二)整理电路时，应按照书上的标准模块电53正向设计前端设计主要步骤如下：（1）熟悉Foundry的工艺，了解单管的I-VCurve，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ElectricalCharacteristics和TypicalPerformanceCharacteristics。（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)。微固学院功率集成技术实验室正向设计前端设计主要步骤如下：微固学院功率集成技术实验室54（6）子电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。（7）整体电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。（8）撰写DesignNote和SimulationReport，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。

正向设计微固学院功率集成技术实验室（6）子电路仿真(功能验证、参数仿真、容差分析)。正向设计微55

实例：电压基准源的设计

等效电路图分析

微固学院功率集成技术实验室实例：电压基准源的设计等效电路图分析56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微固学院功率集成技术实验室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微固学院57

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后58后端设计流程微固学院功率集成技术实验室后端设计流程微固学院功率集成技术实验室59版图设计书籍微固学院功率集成技术实验室版图设计书籍微固学院功率集成技术实验室60后端设计步骤后端设计主要步骤如下：（1）熟读Foundry提供的DesignRules，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TechnologyFile和DisplayFile，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Layout，同时进行DRC(DesignRuleCheck)和LVS(LayoutVersusSchematic)。微固学院功率集成技术实验室后端设计步骤后端设计主要步骤如下：微固学院功率集成技术实61（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Goon。（8）进行整体版图的LPE(LayoutParasiticExtraction)，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GDSFile，交予Foundrytapeout。（10）进行在线光掩膜数据检视JDV(JobDeckView)。确认无误后Foundry开始生产制造。后端设计步骤微固学院功率集成技术实验室后端设计步骤微固学院功率集成技术实验室62版图设计的技巧(Ⅰ)PickFiveorSixNon-minDesignRulesPlentyofWideWiringandViasDon’tBelieveYourCircuitDesignerUseaConsistentOrientationDon’tGoOverboardTip1--5微固学院功率集成技术实验室版图设计的技巧(Ⅰ)PickFiveorSixNon63版图设计的技巧(Ⅱ)KeepOfftheBlocksCareforSensitiveandNoisySignalsEarlyIfItLooksNice,ItWillWorkLearnYourProcessDon’tLettheNoisyFindtheSubstrateTip6--10微固学院功率集成技术实验室版图设计的技巧(Ⅱ)KeepOfftheBlocksC64版图设计的技巧(Ⅲ)CopyandRenameCellsbeforeMakingChangesRememberYourHierarchyLevelDrawBigPowerBusesBreakUpLargeCircuitCOMMUNICATE!!!Tip11--15微固学院功率集成技术实验室版图设计的技巧(Ⅲ)CopyandRenameCell65

实例：电压基准源的版图微固学院功率集成技术实验室实例：电压基准源的版图微固学院功率集成技术实验66

主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后端设计33结论35微固学院功率集成技术实验室主要内容前端设计2后端设计工具4绪论31后67版图设计工具

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VirtuosoLEVirtuosoLayoutEditor——版图编辑大师Cadence最精华的部分在哪里VirtuosoLayoutEditor界面漂亮友好操作方便高效功能强大完备微固学院功率集成技术实验室版图设计工具——VirtuosoLEVirtuo68版图设计工具

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VirtuosoLE当前选中层

全部可见或不可见

全部可选或不可选微固学院功率集成技术实验室版图设计工具——VirtuosoLE当全全微固学院69版图验证工具

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Dracula

Diva

Diva是Cadence的版图编辑大师VirtuosoLE

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。微固学院功率集成技术实验室版图验证工具——DraculaDiva微固学院功70Dracula

的主要功能1．设计规则检查

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DRC

*2．电气规则检查

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ERC3．版图与电路图一致性检查

——

LVS

*4．版图参数提取

——

LPE5．寄生电阻提取

——

PREAttention：Dracula

的处理对象是GDSII文件！微固学院功率集成技术实验室Dracula的主要功能1．设计规则检查——DRC*71GDSII

格式转换执行：CIW－>File－>Export－>Stream…

弹出如下窗口：

运行目录输出文件名微固学院功率集成技术实验室GDSII格式转换执行：CIW－>File－>Export72Dracula

之

DRCFunctionofDRC检查布局设计与制程规则的一致性。设计规则包括各层width、spacing及不同层之间的spacing、enclosure等关系。设计规则的规定是基于processvariation、equipmentlimitation、circuitreliability。特殊情况下,设计规则允许有部分弹性。微固学院功率集成技术实验室Dracula之DRCFunctionofDRC微73DraculaDRC

验证步骤：把版图的GDSII文件导出到含有DRC规则文件的目录（rundirectory）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，依次输入如下命令：

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PDRACULA

%

/gDRC文件名

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/f

%

Dracula

之

DRC微固学院功率集成技术实验室DraculaDRC验证步骤：Dracula之DR74