实操1- 模拟集成电路设计工具的使用

本课程使用目前业界模拟集成电路主流的设计工具， Cadence 的模拟设计平台 Virtuoso ，其中包括制作电路原理图的 Composer，用以模拟验证的 Spectre，绘制版图的 Virtuoso；验证阶段使用 Mentor 的验证工具Calibre，包括 DRC， LVS，寄生参数提取等。

在UNIX / LINIX 环境下，打开一个视窗 ( Terminal); 键入ICFB, 进入 Virtuoso 平台，如图 1。

图 1 Virtuoso 平台

进入 Virtuoso 平台后，选择 “File” 下拉式菜单，点选 “New” 创建一个新的设计，或者 “Open” 打开一个已储存的设计。

图 2 创建一个新的设计或打开一个已储存的设计

点选 “New” 后，创建新设计的窗口弹出，确认该设计是在哪个资源夹或环境下 ( Library Name), 键入新设计的名称 (Cell Name), 根据所选择使用的 (Tool)，系统自动填充对应的 (View Name), 图3 要创建电路原理图 (Schematic)，选择对应工具 (Composer-Schematic), “View Name” 自动显示为 “Schematic”。

图 3 创建新的电路原理图

点击 “OK”, 创建电路原理图的视窗自动打开，如图4。

图 4 创建电路原理图的视窗

接下来做 Pcell 的例化，就是调用对应 Pcell，确定各参数，调入到电路原理图视窗。键入“i”，这里的“i” 就是指 “instance”; 或打开 “Add” 下拉式菜单, 点击 “Instance”，选择各器件 (Instance) 的窗口打开，如图5。

首先确定所需的器件 (Instance) 是在哪个大类里 (Library)，对于设计所需的各器件，如晶体管，电阻电容电感等，都是在代工厂提供的元器件库里，此处是 SMIC 的 0.13um 的射频/混合信号库；对于验证所需的各器材器件，如电流电压源，示波器，电阻电容电感等，此处在 “analoglib” 里可以找到。

接下来在具体的类别 ( Category) 选对应的器件，如“晶体管”，“电感” 等；之后在具体到某个器件，如“n12” ( 1.2伏的 n 型场效应管)；最后确定显示形式 “View”, 对于电路原理图，选择“符号图” ( symbol)。

图 5 选择器件 (Instance) 的窗口

确认器件后，修改该器件参数的窗口打开，如图6，该窗口还可以修改，创建该器件的名称(Names);

图 6 确定所选器件参数

重复上述过程，将所需的器件都拉到电路原理图的视窗；键入“w”，这里的“w” 就是指 “wire”; 或打开 “Add” 下拉式菜单, 点击 “Wire”，将各器件联结起来，如图7。点击右侧 “Tools” 下第一个键，将设计检查并保存；检查中，可能会出现 “warning” 和 “error” 两种提示，“error” 必须要改正，“warning” 可改可不改，视情况而定。

图 7 完成的电路原理图

接下来做设计验证，就是 “Simulation”, 这里原理图和验证工具是无缝联结的；

选择 “Tools” 下拉式菜单, 点击 “Analog Synthesis”，自动弹出验证窗口如图9。

图 8 进入验证阶段 “TestBench”

点击右侧 “Help” 下方第二个键，验证项目选择窗口自动弹出，如图9，在这里选择所要验证的项目和相关参数，如直流“dc”，交流“ac”，瞬态“tran”等。

点击右侧 “Help” 下方第六或第七个键，启动验证；

图 9 验证窗口

验证结束后，查询验证结果，如图 10；查询电路的直流工作点，晶体管相关参数，瞬态响应等。

图 10 查询验证结果

图11 显示除电路中某个晶体管的相关参数，非常详细，这些参数中，比较重要的有 “Vth, gm, gmds, vdsat, region” 等，其中 “region” 用从 0 到 4 的数字表示晶体管所处的工作区域，0 是截止区，1 是线性区，2 是饱和区，3 是亚阈值区，4 是击穿区；在之后所接触到的设计中，晶体管通过直流工作点的设置，基本都处于饱和区。