1、頁(yè)眉 PAGE 28北京工業(yè)大學(xué)集成電路版圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告姓名： 于書(shū)偉 學(xué)號(hào)： 15027321 2018年 5 月平時(shí)成績(jī)（40分）完成情況（40分）考試（10分）報(bào)告（10分）總分評(píng)語(yǔ)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc515270443 目錄 PAGEREF _Toc515270443 h 1 HYPERLINK l _Toc515270444 1緒論 PAGEREF _Toc515270444 h 2 HYPERLINK l _Toc515270445 1.1集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc515270445 h 2 HYPERLINK l

2、 _Toc515270446 1.2集成電路設(shè)計(jì)流程及數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程 PAGEREF _Toc515270446 h 3 HYPERLINK l _Toc515270447 1.2.1CAD發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc515270447 h 3 HYPERLINK l _Toc515270448 2電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc515270448 h 5 HYPERLINK l _Toc515270449 2.1運(yùn)算放大器電路 PAGEREF _Toc515270449 h 5 HYPERLINK l _Toc515270450 2.1.1工作原理 PAGEREF _Toc51

3、5270450 h 5 HYPERLINK l _Toc515270451 2.1.2電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc515270451 h 5 HYPERLINK l _Toc515270452 2.2D觸發(fā)器電路 PAGEREF _Toc515270452 h 12 HYPERLINK l _Toc515270453 2.2.1反相器 PAGEREF _Toc515270453 h 12 HYPERLINK l _Toc515270454 2.2.2傳輸門(mén) PAGEREF _Toc515270454 h 13 HYPERLINK l _Toc515270455 2.2.3或非門(mén) PAGE

4、REF _Toc515270455 h 13 HYPERLINK l _Toc515270456 2.2.4D觸發(fā)器 PAGEREF _Toc515270456 h 14 HYPERLINK l _Toc515270457 3版圖設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc515270457 h 15 HYPERLINK l _Toc515270458 3.1運(yùn)算放大器 PAGEREF _Toc515270458 h 15 HYPERLINK l _Toc515270459 3.1.1運(yùn)算放大器版圖設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc515270459 h 15 HYPERLINK l _Toc515270460

5、 3.2D觸發(fā)器 PAGEREF _Toc515270460 h 18 HYPERLINK l _Toc515270461 3.2.1反相器 PAGEREF _Toc515270461 h 18 HYPERLINK l _Toc515270462 3.2.2傳輸門(mén) PAGEREF _Toc515270462 h 20 HYPERLINK l _Toc515270463 3.2.3或非門(mén) PAGEREF _Toc515270463 h 21 HYPERLINK l _Toc515270464 3.2.4D觸發(fā)器 PAGEREF _Toc515270464 h 23 HYPERLINK l _To

6、c515270465 4總結(jié)與體會(huì) PAGEREF _Toc515270465 h 27 HYPERLINK l _Toc515270466 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc515270466 h 28緒論集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的帶動(dòng)下， 我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。到 2018 年， 我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售額將超過(guò) 8000 億元。近年來(lái)，我國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)需求持續(xù)攀升，占全球市場(chǎng)需求的比例已由 2003 年的18.5%提升到 2014 年的 56.6%，成為全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)。2009-2018 年我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售情況變化圖與旺盛的市場(chǎng)需求形成鮮明對(duì)比，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)整體競(jìng)

7、爭(zhēng)力不強(qiáng)， 在各類(lèi)集成電路產(chǎn)品中，中國(guó)僅移動(dòng)通信領(lǐng)域的海思、展訊能夠比肩高通、聯(lián)發(fā)科的國(guó)際水準(zhǔn)。 本土集成電路供需存在很大的缺口。 2010-2019 我國(guó)集成電路供需情況對(duì)比 集成電路設(shè)計(jì)流程及數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程集成電路設(shè)計(jì)的流程一般先要進(jìn)行軟硬件劃分，將設(shè)計(jì)基本分為兩部分：芯片硬件設(shè)計(jì)和軟件協(xié)同設(shè)計(jì)。 芯片硬件設(shè)計(jì)包括：功能設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)描述和行為級(jí)驗(yàn)證，邏輯綜合，門(mén)級(jí)驗(yàn)證（Gate-Level Netlist Verification），布局和布線。 模擬集成電路設(shè)計(jì)的一般過(guò)程：電路設(shè)計(jì)，依據(jù)電路功能完成電路的設(shè)計(jì)；.前仿真，電路功能的仿真，包括功耗，電流，電壓，溫度，壓擺幅，輸入輸出

8、特性等參數(shù)的仿真；版圖設(shè)計(jì)（Layout），依據(jù)所設(shè)計(jì)的電路畫(huà)版圖；后仿真，對(duì)所畫(huà)的版圖進(jìn)行仿真，并與前仿真比較，若達(dá)不到要求需修改或重新設(shè)計(jì)版圖；后續(xù)處理，將版圖文件生成GDSII文件交予Foundry流片。數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程 設(shè)計(jì) 輸入電路圖或硬件描述語(yǔ)言 邏輯綜合 處理硬件描述語(yǔ)言，產(chǎn)生電路網(wǎng)表 系統(tǒng)劃分 將電路分成大小合適的塊 功能仿真 布圖規(guī)劃 芯片上安排各宏模塊的位置 布局 安排宏模塊中標(biāo)準(zhǔn)單元的位置 布線 宏模塊與單元之間的連接 寄生參數(shù)提取 提取連線的電阻、電容 版圖后仿真CAD發(fā)展現(xiàn)狀CAD/CAM技術(shù)20世紀(jì)50年代起源于美國(guó),經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展,其技術(shù)和水平已經(jīng)到達(dá)了相

9、當(dāng)成熟的階段。日本、法國(guó)、德國(guó)也相繼在機(jī)械制造、航空航天、汽車(chē)工業(yè)、建筑化工等行業(yè)中廣泛使用CAD/CAM技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。 我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用起步于20世紀(jì)60年代末,經(jīng)過(guò)40多年的研究、開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用,CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各行各業(yè)。綜合來(lái)看,CAD/CAM技術(shù)的在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)特點(diǎn): 起步晚、市場(chǎng)份額小我國(guó) CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,“七五”期間國(guó)家支持對(duì)24個(gè)重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行了 CAD/CAM的開(kāi)發(fā)研制工作,為我國(guó) CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。國(guó)家科委頒布實(shí)施的863計(jì)劃也大

10、大促進(jìn)了 CAD/CAM技術(shù)的研究和發(fā)展?！熬盼濉逼陂g國(guó)家科委又頒發(fā)了19952000年我國(guó) CAD/CAM應(yīng)用工程發(fā)展綱要,將推廣和應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)作為改造傳統(tǒng)企業(yè)的重要戰(zhàn)略措施。有些小企業(yè)由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足、技術(shù)人才缺乏,CAD/CAM技術(shù)還不能夠完全應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。國(guó)內(nèi)研發(fā)的CAD/CAM軟件在包裝和功能上與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在差距,市場(chǎng)份額小。 應(yīng)用范圍窄、層次淺CAD/CAM技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用在CAD方面主要包括二維繪圖、三維造型、裝配造型、有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。其中CAD二維繪圖技術(shù)在企業(yè)應(yīng)用情況較好,這一方面得益于國(guó)家大力推進(jìn)“甩圖板”工程,另一方面是由于二維繪圖技術(shù)解決的是

11、所有企業(yè)的共性問(wèn)題。三維造型軟件由于早期沒(méi)有推出微機(jī)版本,需要在工作站環(huán)境中工作,投資較大,所以只有部分大企業(yè)有所應(yīng)用。在CAM方面,目前企業(yè)普遍應(yīng)用的只是數(shù)控程序編制,國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用華中數(shù)控系統(tǒng)、南京SKY系統(tǒng)、日本FUNUC系統(tǒng)、德國(guó)SIEMENS系統(tǒng)。而廣義的 CAM只有少數(shù)大型企業(yè)采用,中小企業(yè)極少應(yīng)用。 功能單一、經(jīng)濟(jì)效益不突CAD/CAM技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用只是單元的智能技術(shù)應(yīng)用,是從企業(yè)生產(chǎn)的幾個(gè)側(cè)面來(lái)提高效率。功能分散的CAD/CAM技術(shù)其效果是有限的,只有將CAD、CAPP、CAM、PDM等技術(shù)集成在一起,綜合應(yīng)用在設(shè)計(jì)與制造生產(chǎn)的過(guò)程中 ,才能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。電

12、路設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器電路 運(yùn)算放大器是具有很高放大倍數(shù)的HYPERLINK /view/134362.htm電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號(hào)可以是輸入信號(hào)加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。工作原理 運(yùn)放有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個(gè)輸出端o。也分別被稱(chēng)為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。）之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U+加在b端和公共端之間，

13、U與U+兩者的實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同。為了區(qū)別起見(jiàn)，a端和b 端分別用-和+號(hào)標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。 一般可將運(yùn)放簡(jiǎn)單地視為：具有一個(gè)信號(hào)輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電

14、位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱(chēng)為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的信號(hào)電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0（E1-E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開(kāi)環(huán)增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，E2 是反相端的輸入信號(hào)電壓。電路設(shè)計(jì)1、啟動(dòng)Aether ：在完成啟動(dòng)環(huán)境設(shè)置后，通過(guò)cd命令進(jìn)入到用戶的設(shè)計(jì)目錄，輸入工具的啟動(dòng)命令A(yù)ether，啟動(dòng)工具界面 設(shè)置PDK和創(chuàng)建設(shè)計(jì)庫(kù) ：本次課設(shè)將基于018um_PDK進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，我們需要完成018um

15、_PDK的添加。在DM中，激活Tools-Library Path Editor，將彈出Library Path Editor編輯窗口， 在Library Path Editor編輯窗口中，激活Edit-Add Library，進(jìn)行018um_PDK的添加，在Add Library窗口中，點(diǎn)擊OK button，即完成library的添加。創(chuàng)建設(shè)計(jì)庫(kù)：在DM的窗口中，通過(guò)菜單命令File-New Library激活New Library命令； 在激活New Library后，彈出New Library創(chuàng)建窗口；在New Library的窗口中進(jìn)行相應(yīng)的指定，點(diǎn)擊OK，既可以完成Library的

16、創(chuàng)建。創(chuàng)建放大器電路原理圖：在Design Manager中，通過(guò)菜單命令FileNew Cell/View。在彈出的New Cell/View對(duì)話框中，在對(duì)話框中分別進(jìn)行設(shè)置，完成 design/cp_amp/schematic 的創(chuàng)建，當(dāng)點(diǎn)擊New Cell/View窗口中的OK鍵，原理圖編輯器Schematic Editor將自動(dòng)彈出原理圖編輯界面。5、添加元器件Instance： 通過(guò)Create Instance命令完成器件的創(chuàng)建，如圖所示： 1）通過(guò)菜單CreateInstance命令彈出Create Instance選項(xiàng)設(shè)置窗口；2）點(diǎn)擊Browse Button，在Browse

17、窗口中將Library/Cell/View選擇為 018um_PDK/p18/symbol；3）在Create Instance窗口中將p18的參數(shù)值設(shè)置為：Length=0.6u，Entry Switch=FingerWidth，F(xiàn)inger Width=8u， Fingers=4 ，SD Metal Width=0.23u；通過(guò)快捷鍵/實(shí)現(xiàn)對(duì)器件 的R90/MY/MX操作；4）p18的symbol將出現(xiàn)在Schematic Editor編輯區(qū)中；在Schematic Editor 編輯區(qū)內(nèi)，通過(guò)鼠標(biāo)移動(dòng)可以進(jìn)行p18擺放位置的移動(dòng)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵 (LMB)確定p18的擺放外置，完成p18的

18、創(chuàng)建。6、 修改MOS器件的Property ： 1）選中需要修改參數(shù)的MOS器件2）選中MOS器件后，激活Property命令；3）Property命令被激活后，將調(diào)出的Edit Instance Properties窗口，在Edit Instance Properties窗口中，即可完成對(duì)MOS器件的參數(shù)修改；當(dāng)選中多個(gè)器件時(shí)，可以通過(guò)First, Next, Previous和Last進(jìn)行切換。7、 創(chuàng)建輸入輸出 Pin ：通過(guò)菜單命令Created Pin；Cretae Pin命令激活后，將彈出Create Pin窗口，可以進(jìn)行Pin Name的添加。8、添加連線Wire ：接下來(lái)，要

19、對(duì)已經(jīng)擺放好的MOS器件和Pins完成Wire連線。 1）通過(guò)菜單Created Wire、快捷鍵方式激活命令。2）激活Create Wire命令后，單擊鍵，可以彈出Create Wire選項(xiàng)設(shè)置窗 口； 3）在Schematic Editor中，通過(guò)單擊鼠標(biāo)左鍵，即可完成連線； 9、Check/Check and Save ：完成運(yùn)算放大器原理圖設(shè)計(jì)后，必須通過(guò)Check/Check and Save，對(duì)原理圖進(jìn)行電學(xué)規(guī)則（ERC) 檢查，以確保原理圖的正確性。 激活Check and Save命令，分別完成對(duì)原理圖數(shù)據(jù)的Save操作和電學(xué)規(guī)則的檢查， 并將Check的結(jié)果顯示在Check

20、& Save Report窗口中；通過(guò)Verify-Finde Marker命令顯示Check信息，對(duì)ERC錯(cuò)誤進(jìn)行詳細(xì)定位。 已經(jīng)完成的運(yùn)算放大器的原理圖如下：D觸發(fā)器電路 D觸發(fā)器：該觸發(fā)器由4個(gè)HYPERLINK /view/127334.htm或非門(mén)組成，其中G1和G2構(gòu)成基本HYPERLINK /view/3591105.htmRS觸發(fā)器。電平觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí)，必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào)，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣，輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。反相

21、器反相器是可以將輸入信號(hào)的相位反轉(zhuǎn)180度，這種電路應(yīng)用在模擬電路，比如說(shuō)音頻放大，HYPERLINK /view/1847884.htm時(shí)鐘振蕩器等。在電子線路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常要用到反相器傳輸門(mén)所謂傳輸門(mén)（TG）就是一種傳輸模擬信號(hào)的模擬開(kāi)關(guān)。CMOS傳輸門(mén)由一個(gè)P溝道和一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOSFET并聯(lián)而成或非門(mén) 或非門(mén)是數(shù)字電路的一種基本邏輯電路。若當(dāng)輸入均為低電平（0），則輸出為低電平（1）；若輸入中至少有一個(gè)為高電平（1），則輸出為HYPERLINK /view/1299029.htm高電平（0）。與非門(mén)可以看作是HYPERLINK /view/994983.htm與門(mén)和HYPERLINK /view/78645.htm非門(mén)的疊加。D觸發(fā)器該D觸發(fā)器電路由4個(gè)或非門(mén)，4個(gè)傳輸門(mén)以及兩個(gè)個(gè)反相器組成，電路圖如圖：版圖設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器版圖設(shè)計(jì)電路圖：模擬器件圖：仿真電路圖：仿真波形圖：版圖設(shè)計(jì)圖：DRC驗(yàn)證：LVS驗(yàn)證：D觸發(fā)器反相器電路圖：模擬器件圖：版圖設(shè)計(jì)圖：傳