模拟集成电路设计

一电路原理模拟电路广泛地包含电压基准和电流基准，这种基准是直流量，与电源盒工艺参数的关系很小，但与温度的关系式确定的。在本章中，我们讨论在coms技术中基准产生的设计，着重于公认的带隙技术。首先我们研究与电源无关的偏执电路和启动问题。接着，阐述与温度无关的基准，研究诸如失调电压的影响等问题。最后，我们给出常数mG偏置电路。带隙基准利用得到的正负温度西数的电压，我们现在可以设计出一个令人呢满意的零温度系数的基准。我们有12lnREFBETVVVn，这里lnTVn是两个工作在不同电流密度下的双极性晶体管的基极和发射极电压之差，我们如何选择呢，因为在室温下，然而，所以我们可以令，选择，使得，也就是，表明零温度系数的基准为现在让我们来设计一个完成和想家的电路，首先，如图，假设基极电流可以忽略，晶体管是由n个并列的晶体管单元组成，而是一个晶体管单元。假设我们用某种方法强制相等，那么，即，就可以作为与温度无关的基准。上述电路需要作两处修改，首先，假如一种电路，保证，其次，适当增大项。这里，放大器以为输入，驱动和的上端，使得店和店稳定在近似相等的电压。基准电压可以再放大器输出端。格局对图的分析，我们有，得到流过右边之路的电流为，一次输出电压为。为了而得到零温度洗漱，必须使。考虑到与CMOS工艺的兼容性，我们用pnp晶体管实现图中的电路。带隙基准根据式子refTV=V+lnBEVn产生的电压被称为带隙基准，我们将输出电压写为因此得到，将此式子置为零，并用代替，我们有，如果由此式子得到，我们得到，这样额定零温度系数的电压基准就由一些基本数字给出，硅的带隙基准，迁移率的温度指数m,和热电势，因为，当T趋于零时，所以这里使用带隙这个术语。电源影响和启动问题在电路中，只要运放的开环增益足够高，输出电压就相对独立于电源电压，但是，如果xV和yV均等于零，运放的输入差动就可能会关断，所以电路可能要启动机制，我们可以增加与图所示的相似的启动技术，以保证运放在上电时能正常工作。由于运放的抑制作用，电路的电源抑制特性一般在高频时会降低，经常要求“电源调节”。二仿真过程一、编辑电路图（schematic）进入~/chl1092110317/chenhailong/ic/spice_labs$目录，启动cadence的设计环境平台，在命令行提示符($)下执行，$icfb&建立一个设计库，tools-librarymanager，File-New-Library,即建立了设计库chl(陈海龙的拼音首字母)，在设计库中建立amp2,然后在cellview里面建立schematic。出现电路图的编辑界面后，插入元器件，选择analoglib库中的的nmos4、pmos4、res、cap等器件，形成下面的电路图，当然这其中包含做放大器和偏置电路的symbol，Design-CreateCellview-FromCellview，在弹出的界面，按ok后出现symbolGenerationoptions，选择端口排放顺序和外观，然后按ok出现symbol编辑界面。按照需要编辑成想要的符号外观。二仿真环境设定（ADE）在schematic编辑界面，选择Tools-AnalogEnvironment，出现VirtuosoAnalogDesignEnvironment(ADE)，在ADE中，设置仿真器、仿真数据存放路径和工艺库，具体地，setup-Simulator/Directory/Host…中选择simulator为spectre，projectDirectory改为./simulation。Setup-ModelLibraries中ModelLibraryFile找到sm046005-1j.scs文件填入，section部分填typical和bjt，如下图，按add，然后ok。三调试和运行四电路分析采用运算放大器，同时对其中的运算放大器的特性也进行仿真，得到如开环增益的幅频和相频响应等主要特性。下图为几个测试点的电压，用于确认放大器在单位增益结构中，传输曲线的线性受到ICMR的限制。若采用高增益结构，传输曲线的线性部分与输出电压摆幅一致，下图为反相增益较高的结构可用来测试输出CMR。如图所示为运算放大器的输入CMR仿真瞬态结果如下（瞬态电压幅值为50mV，频率为1K），从图中可以看出输出低电平不能达到0下图为带隙基准电路的温度特性和PSR特性。可以发现，基准电压为1.22580v。三版图设计在集成电路设计完成之后，开始进行IC的版图，以便进行制版，完成工艺流片。版图设计规则是一套图形的设计规则的组合，是联系集成电路工业制造厂家（foundry）和集成电路设计者的桥梁。一IC版图绘制首先确保执行目录下有display.drf文件。进入~lab1/chl1092110317/chenhailong/ic/lay_out启动目录，启动cadence设计平台，在命令提示符下执行操作icfb&,注意icfb和&之间有空格。首先建立一个设计库，，tools-librarymanager，File-New-Library,在在Name内添上harlenchen(harlen为英文名，chen为姓氏)，ok后，选择compileatechfile，找到techfile，然后ok。这样就建立了一个设计库。这里注意需要选择编译techfile，是因为我们要依据电路进行版图设计。然后，在harlenchen设计库里建立一个layoutview，在LibraryManager菜单New-cellview，填入jizhun，viewname选layout，tool选virtuoso，然后ok，则会出现版图的编辑界面。在版图编辑界面中，从LSW中选择图层，然后绘制各种图形。各个编辑命令在菜单里均可找到，常用的命令以按钮的方式显示在编辑窗口的左侧。另外，记住一些常用命令的快捷方式有助于快速绘制版图。从PDK中选择NMOS和PMOS等按照电路的尺寸填入相应的器件参数。下面是变为PDK器件库之后的电路图。二版图验证采用calibre做DRC、LVS、PEX验证在做calibre的DRC、LVS、PEX之前，我们为其建立一个工作目录。$mkdirverify$cdverify$mkdirdrclvspex二DRC在版图编辑界面，菜单calibre-RunDRC，出现calibre的DRC工具界面，在此界面之前还会有一个Runset的load界面，是以往DRC配置的load选择，如果是第一次做DRC，这里是空的。在DRCRunDirectory中填写DRC的工作目录，就是刚才建立的DRC工作目录（项目工作目录/verify/drc，例如我的是~/chenhailong/ic/layout_labs/verify/drc然后，Inputs是填写版图数据输入文件，由于是集成在virtuoso界面中，Outputs是DRC结果的输出设置，工具也会自动填写。按RunDRC进行DRC检查，运行完毕后，会出现report报表，同时会出现RVE界面进行error的显示，我们可以利用其进行debug。这里，显示由两个error：Metal1和Metal2的金属覆盖密度不够，这是由于我们选择2metal2poly工艺，而在版图中没有使用metal2，因此，会出现这个问题，这个不是版图设计的图形有问题。RVE可以和版图界面进行交互，在RVE中点击error项，版图中会自动focus此error项。我们可以在退出DRC工具时，将设置存成一个runset，以便下次调用。这个过程也可以在菜单File-SaveRunset（或SaveRunsetAs）。没有问题后，出现下图所示的报表。LVS在版图编辑界面，菜单calibre-RunLVS，出现calibre的LVS工具界面，同样地，在此界面之前还会有一个Runset的load界面，是以往LVS配置的load选择，如果是第一次做LVS，这里是空的。然后，Inputs是填写版图数据和电路输入文件，由于是集成在virtuoso界面中，因此，这里工具自动填写，注意这里Layout和Netlist的Exportfromlayoutviewer必须勾选上。（注意电路的顶层单元名需和layout的一致，否则此处的topcell需要更改）Outputs是LVS结果的输出设置，工具也会自动填写。工艺的lvs还需要设置环境变量，具体在setup-SetEnvironment中设置，运行完毕后，会出现report报表，同时会出现RVE界面进行error的显示，我们可以利用其进行debug。同样，RVE可以和版图界面进行交互，在RVE中点击error项，版图中会自动focus此error项。同样方法可以保存runset。2.3PEXPEX的过程和LVS过程基本一致，这是由于PEX首先也要做LVS，然后进行寄生参数提取。在版图编辑界面，菜单calibre-RunPEX，出现calibre的PEX工具界面，最终产生名为jizhun的报表。四总结这次课程设计历时两个星期，在这段日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学的到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对项目的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。我们的课题是基于单周期MIPS的微控制器串口数据接收器，但当每一个子模块编写调试成功时，心里特别的开心。但是在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，总是有错误，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。在连接各个模块的时候一定要注意才能得出正确的结果，否则，出现任何一点小的误差就会导致整个文件系统的编译出现错误提示。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。总的来说，这次设计的结果还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。知识是无穷无尽的，知识的获取需要一颗上进的心，老师将我们领进了门，下面的路就应该我们自己出去去走，即使充满荆棘，也要努力奋斗向前冲。最后，对给过我帮助的老师和同学再次表示忠心的感谢！