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模拟集成电路设计流程(2)——原理图设计与仿真

作者:小编    发布时间:2022-12-25 16:32:30    浏览量:

  上一次分享了Cadence软件的操纵方式,而且终端留了一个旨趣图绘制的小事业,抱负人人阅历奋发学习已经对软件行使有了肯定肩负,星期二跟大众分享极少意义图想象经过和电路仿底细关内容。

  紧接上一次的内容,一齐杀青反相器真理图绘制,并征战器件尺寸和仿真模型,曾经实现的同学没闭系直接跳过,反相器的行状途理不做细致说明,自尊大众已经在集成电途相干课程里研习过。

  打开之前开办的反相器真理图文件,在理由图绘制界面,添补NMOS管和PMOS管。按下急忙键i, 在弹出的对话框内Library抉择analogLib, Cell采选nmos4, View采选symbol, 填写器件尺寸和模型与下图相似,而后鼠标左键单击Hide, 把NMOS管睡觉在空白处。听命同样的办法安排PMOS, 器件尺寸没合系纵情,后续会做治疗。

  摆放好MOS管地位之后竣工连线,经过很方便。运用火速键w, 尔后用线恪守反相器中两个MOS管的相联关连连线。在连线告终之后利用快捷键p, 为输入、输出、电源和地打上端口,结尾check&save, 假如旨趣图中有脱漏的角落软件会报错或者警卫,按下神速键g, 可能查看报错细目。

  确认途理图没有失足,可以在电路左右加上适应的诠释,在路理图输入界面的菜单栏,拣选:Create-Note, 可能抉择填补文本疏解恐惧表明框,写上意义图功能、形式,倘若竣工仿真之后还无妨扩展电路的行状条款、职能等信歇,以供日后容易阅读。

  理由图的绘制是为了方便正面的电路仿真,接下来会脱手电途仿真的内容,电途仿真需要最初决计想象采纳的工艺,确凿利用仿真模型举办仿真,能力获得精确的仿真结果。假如仿真模型不确实,那么仿真到底对实践想象来说不会有任何意旨。

  仿真使用的模型文件一般包含在代工厂供给的PDK文件(process design kit)中。PDK是相通I博鱼体育C联想、代工厂与EDA工具之间的桥梁,PDK中网罗良多实勤恳能,无妨升高事迹作用,非常是对国界的赞成让领土设计变得便利许多。

  本文中操纵的PDK是smic提供的0.18μm RF工艺库,提议世人可能先采纳一样的工艺库研习,熟练之后再调动工艺库。周详工艺的取得,没关系在网上自行搜罗,假若找不到不妨私信小目同窗。

  工艺库下载之后放到Linux编制,小目同窗建议众人无妨在行状目录新建一个文件夹特地用来寄存工艺库,小目同窗在事业目录workspace下新修文件夹:pdks用来寄放所有工艺库。

  PDK需要装置工艺库才能够运用,然而PDK的装配分为差别的环境,与软件版本、PDK版本以及取得的PDK精确内容有闭,以上音信也许每片面的都不尽相似,所以提倡人人在网上探寻工艺库安装的教程效力自己的状况举行装置。

  装置完工艺库之后,启动Cadence软件,这时刻在Library Manager界面内多了一个与PDK名称不异的库。没错,PDK原本便是一个联想库,不过征求了更多效力云尔。比方小目同砚完毕PDK装备之后,PDK文件夹的内容和Library Manager界面内的内容如下图所示。

  方今有了PDK,可能开始以PDK为根源的电途遐想。浸新绘制反相器的理由图,这次MOS管行使smic18mmrf库里供应的器件,这个库供给了1.8V和3.3V两种电压的MOS管,没关系肆意采纳。以下是小目同窗使用名为n33和p33的MOS管绘制的道理图。

  在原理图设计中使用PDK着想的益处是:厘正器件参数特别容易,使用PDK联想不须要筑改器件模型,同时对于器件尺寸也有肯定的限度,当用户想象的尺寸不关理时,PDK会有相应的鉴戒。

  PDK中需要了器件的幅员,用户不妨直接挪用器件版图,不须要为器件设想领土,只需要属目器件之间的互连遐想。

  电道想象的要紧一步是理由图完成之后的电路仿真,体验仿真实情清楚电路的想象指标是否顺心遐想吁请,该奈何改正等。当然,行动一个合格的设计者在电途设想之时该当对电路功效有必定的预期,理论明了与仿真终究相联络,才干高效地设计电路。

  周详电路的想象都是有遐想指倾向,最简陋的反相器也不各异,今天遐想的反相器只设一个指标,反相器的开合阈值电压:

  反相器的开关阈值电压被定义成反相器输入等于输出的点,这个电压反映着反相器中PMOS和NMOS的尺寸比值,在想象反相器时志愿这个点虽然亲切电源电压的中央值,展现PMOS和NMOS才力好像。

  在函数图像上体现成反相器输出电压曲线与函数:V_{OUT}=V_{IN}的交点,因此设计反相器时志气看到这个交点在\frac{VDD}{2}的职位。也就是说,假若能够取得反相器输出特色曲线和曲线,在图像上找到两条曲线的交点,就可以经过交点地位鉴定反相器的开合阈值是否中意遐想央浼。

  在仿真前,必要选取仿真模型和工艺角,注意文件在PDK文件夹下的models文件夹,遍及PDK会需要两种仿真器的model, 一个是spice model, 另一个是spectre model, 星期天选取的仿真器是spectre, 因而选择spectre文件夹内的仿真模型,至于spice的仿真从此会特别博鱼体育来叙。

  之后还须要采选贯通方法、输出灯号等,每一个建树在ADE L的界面内都有指点,各位同学本身尝试点选每个菜单,寓目界面更正,熟悉ADE L作战。

  到这里有些同窗应当一经动手有疑问了,要效仿电途的实质职业境况,莫非电路仿真不需要像实际电途事业那样接电压源、输入暗号之类的吗?答案是一定的,电路仿真中把信号输入叫做鼓动,仿真电途是必要从命电道职业时的形式扩大怂恿,在真理图中填补直流旗号源,囊括输入旗号、电源电压和地信号,器件均在analogLib库中。

  服从下图中所示,推广电途激励,并改善属性,注视此中为AVDD和输入信号A供给驱策的直流电压源的DC Voltage一项不同设为avdd和vin, 云云便当随时勘误数值,同时设计变量在仿真时也有妙用。

  ADE L的仿真征战要注意:在dc仿真一项,抉择Sweep Variable一项,变量的值填入前面输入暗号的直流电压值vin, 如此配置的有趣是扫描输入电压的值,况且扫描界限从0到电源电压,仿真器在仿真时会自愿改变输入电压值而后记载响应的输出电压,终端画出反相器输入信号在0到电源电压之间转移时输出电压的变动曲线。

  修筑完成仿真选项之后,鼠标左键单击ADE L界面右下角绿色按钮畏惧在菜单栏:Simulation-Netlist and Run, 运行仿真。仿真下场会输出如下曲线,要是仿真没有确凿运行只怕没有输出波形,可以察看CIW输出窗口,细致阅读输出消息并找到原因。

  仿真输出曲线如上图所示,全班人的办法是看到反相器的输出曲线与函数:的交点,从仿真事实可能看出输入信号与反相器输出灯号的交点正是反相器的开关阈值。

  从上图中可能看到小目同学设想的反相器开合阈值惬意设想苦求(1.45 V),不大白列位的仿真原形如何。前文提到过反相器的开关阈值与PMOS和NMOS的尺寸比值有合,有趣味的没合系疗养两个管子的尺寸比例,迟疑一下仿真到底有何区别。

  通晓更深的源由,PMOS和NMOS管子中载流子的变动疾率不相仿,电子变化率未必是空穴迁徙率的2.5倍,因此遍及反相器中PMOS管子尺寸未必是NMOS管子尺寸的2.5倍才华竣工开关阈值在电源电压的中间值左近。

  由于Cadence仿真功劳良多,无法一一介绍,只管是本文中所示范的反相器仿真也没有很精确地介绍周详设置和仿真。

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