集成电路版图设计反向提取与正向设计.docx
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集成电路版图设计反向提取与正向设计.docx
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集成电路版图设计反向提取与正向设计
集成电路设计综合实验报告
班级:
微电子学1201班
姓名:
学号:
日期:
2016年元月13日
一.实验目的
1、培养从版图提取电路的能力
2、学习版图设计的方法和技巧
3、复习和巩固基本的数字单元电路设计
4、学习并掌握集成电路设计流程
二.实验内容
1.反向提取给定电路模块(如下图所示),要求画出电路原理图,分析出其所完成的逻辑功能,并进行仿真验证;再画出该电路的版图,完成DRC验证。
2.设计一个CMOS结构的二选一选择器。
(1)根据二选一选择器功能,分析其逻辑关系。
(2)根据其逻辑关系,构建CMOS结构的电路图。
(3)利用EDA工具画出其相应版图。
(4)利用几何设计规则文件进行在线DRC验证并修改版图。
三.实验原理
1.反向提取给定电路模块
方法一:
直接将版图整体提取(如下图)。
其缺点:
过程繁杂,所提取的电路不够直观,不易很快分析出其电路原理及实现功能。
直接提取的整体电路结构图
方法二:
将版图作模块化提取,所提取的各个模块再生成symbol,最后将symbol按版图连接方式组合成完整电路结构(如下图)。
其优点:
使电路结构更简洁直观、结构严谨、层次清晰,更易于分析其原理及所实现的功能。
CMOS反相器模块CMOS反相器的symbol
CMOS传输门模块CMOS传输门的symbol
CMOS三态门模块CMOS三态门的symbol
CMOS与非门模块CMOS与非门的symbol
各模块symbol按版图连接方式组合而成的整体电路
经分析可知,其为一个带使能端的D锁存器,逻辑功能如下:
①当A=1,CP=0时,Q=D,—Q=;
②当A=1,CP=1时,Q、—Q保持;
③当A=0,Q=0,=1。
2.CMOS结构的二选一选择器
二选一选择器(mux2)的电路如图所示,它的逻辑功能是:
①当sel=1时,选择输入A通过,Y=A;
②当sel=0时,选择输入B通过,Y=B。
二选一选择器(mux2)由三个与非门(nand)和一个反相器(inv)构成(利用实验1的与非门和反相器symbol即可)。
CMOS结构的二选一选择器整体电路
按照层次化设计方法,mux2的版图层次如下图所示,有底层的PMOS管和NMOS管组成高一级的与非门和反相器,加上布局mux2的连接线,在组成顶级的mux2版图。
四.实验步骤
1.反向提取给定电路模块
方法一:
①将给定版图反向提取出整体电路图,理论分析其逻辑功能。
②在CIW中File→New→Library,设置新库名DSC。
③在CIW或LibraryMenager,选File→New→CellView...,建立schematic。
④Add→Instance...添加器件,Add→Wire连线...画出电路图。
⑤Tool→AnalogEnvironment...设置参数进行仿真,分析仿真波形验证前期理论分析的电路逻辑功能。
⑥在CIW中File→New→CellView...,建立layout。
⑦按照版图设计规则完成版图。
⑧进行DRC验证。
方法二:
①将给定版图按模块化反向提取出各模块电路图,理论分析其逻辑功能。
②在CIW中File→New→Library,设置新库名DSC。
③在CIW或LibraryMenager,选File→New→CellView...,建立schematic。
④Add→Instance...添加器件,Add→Wire连线...画出电路图。
⑤Tool→AnalogEnvironment...设置参数进行仿真,分析仿真波形验证前期理论分析的电路逻辑功能。
⑥Design→CreateCellView→FromCellView...建立symbol。
⑦重复上述3-6步骤,生成各个模块的symbol。
⑧再在CIW或LibraryMenager,选File→New→CellView...,建立总的schematic。
⑨添加各模块symbol组合成完整电路,理论分析其逻辑功能。
⑩Tool→AnalogEnvironment...设置参数进行仿真,分析仿真波形验证前期理论分析的电路逻辑功能。
⑪在CIW中File→New→CellView...,建立layout。
⑫按照版图设计规则完成版图。
⑬进行DRC验证。
2.CMOS结构的二选一选择器
①根据要求设计出CMOS结构的二选一选择器的电路原理图。
②在CIW中File→New→Library,设置新库名mux2。
③在CIW或LibraryMenager,选File→New→CellView...,建立schematic。
④直接调用实验一生成的与非门和反相器的symbol,组合成此设计的电路图。
⑤Tool→AnalogEnvironment...设置参数进行仿真,分析仿真波形验证是否实现了设计电路的逻辑功能。
⑥在CIW中File→New→CellView...,建立layout。
⑦按照版图设计规则完成版图。
⑧进行DRC验证。
五.实验结果
1.反向提取给定电路模块
方法一:
直接将版图整体提取。
①整体提取的电路如下
②电路仿真波形如下
带使能端的D锁存器真值表
EN
CP
D
Q(n+1)
(n+1)
0
×
×
0
1
1
1
×
Q(n)
(n)
0
1
1
0
0
0
1
经验证,其波形满足理论分析的逻辑功能。
③设计版图如下
经DRC验证无误。
方法二:
将版图先作模块化提取,所提取的各个模块再生成symbol,最后将symbol按版图连接方式组合成完整电路结构。
①由各提取模块symbol的组合成的完整电路如下
②电路仿真波形如下
带使能端的D锁存器真值表
EN
CP
D
Q(n+1)
(n+1)
0
×
×
0
1
1
1
×
Q(n)
(n)
0
1
1
0
0
0
1
经验证,其波形满足理论分析的逻辑功能。
③设计版图如下
经DRC验证无误。
2.CMOS结构的二选一选择器
①设计的二选一选择器电路如下
②电路仿真波形如下
CMOS结构的二选一选择器真值表
Sel
A
B
Y
0
×
0
0
×
1
1
1
0
×
0
1
×
1
经验证,其波形满足理论分析的逻辑功能。
③设计版图如下
经DRC验证无误。
六.设计心得体会
本次实验与以往最大的不同是,从版图反向提取电路到正向设计电路及版图,更加综合系统地学习了集成电路版图设计方法,深入理解了为何集成电路版图是集成电路从设计走向制造的桥梁。
以下是我总结的几条心得:
①进行电路仿真时,其输出波形会出现些微毛刺,通过输出端加滤波电容得以消除,但电容不宜过大,1pF-10pF为宜。
②在构思版图结构时,除要考虑版图所占面积、输入和输出的合理分布、减小不必要的寄生效应之外,还应力求版图与电路原理图框图保持一致,并力求版图美观大方。
③在芯片版图空余空间,多打衬底接触,多打接触孔,尤其是地线和电源线更要多打孔,以降低电源和地线上孔的电阻,从而降低线上的电压降。
④对于电路中大量重复的单元,可以将它们的版图精心设计好并放入库中作为Instance保存,在需要时随时调用,无论对称、旋转、平移,都可以用来组成新单元,达到节省建立版图时间和减少错误的目的。
例如接触孔就是版图中经常使用的单元,不仅孔的大小要画精确,还将有源区、多晶和金属对孔的覆盖尺寸画精确,会很费时力。
因此,可以画两种关于接触孔的Instance并加以保存:
一种是有源区开接触孔,上面再覆盖金属,但是,当进行版图检测时,还应该在有源区外再加上N+和P+注入层,便可形成了P型接触孔和N型接触孔两个例图。
另一种是多晶硅上开接触孔,上面再覆盖金属,当要有源区或多晶硅上开接触孔时就将其作为Instance调用。
⑤为追求版图打印效果更加清晰美观,专门下载、使用Photoshop进行先色相调节至最大,后反相操作,达到去除黑色背景且基本保留版图原貌的效果。
在实验过程中,难免会出现各种看似莫名其妙的问题,我们要在深度困惑中保持耐心,多加摸索总会在细节处找到解决办法,到那时,克服困难后的舒畅感和终得正果的成就感便油然而生。
总之,实践的过程是学习探索的过程,同时也是深化理论知识巩固的过程,我在为期两周的实习过程中,充实而不忙乱,耐心细致,反复摸索学习,不停地发现问题不停地解决问题,最终顺利完成实验,收获颇丰。
最后特别感谢王老师和伍老师的悉心指导!
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