电子科技大学-集成电路原理实验-集成电路版图识别与提取-王向展

实验报告课程名称：集成电路原理实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真小组成员：实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日2017年6月12日微电子与固体电子学院一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真二、实验学时：4三、实验原理1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。

运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。

2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。

3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。

4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。

5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。

6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。

图 1两级共源CMOS运放电路图实验所用原理图如图1所示。

图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。

M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。

其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：转换速率：SR=I5I I第一级增益：I I1=−I I2I II2+I II4=−2I I1I5(I2+I3)第二级增益：I I2=−I I6I II6+I II7=−2I I6I6(I6+I7)单位增益带宽：GB=I I2I I输出级极点：I2=−I I6I I零点：I1=I I6I I正CMR：I II,III=I II−√5I3−|I II3|(III)+I II1,III负CMR：I II,III=√I5I1+III5,饱和+I II1,III+I II饱和电压：III,饱和=√2I III功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II)四、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。

实验指导书教学单位：电子工程系课程名称：集成电路原理面向专业：电子科学与技术电子科技大学中山学院2010年2月实验指导书实验一：熟悉L-EDIT软件工具学时安排：3学时实验类别：演示性实验要求：必做￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、实验目的和任务本实验其目的在于：学会使用集成电路版图设计L-EDIT软件工具，熟练画电路版图的操作指令和各种快捷命令，并熟悉应用特定工艺库即工艺文件来实现电路。

通过该实验，使学生掌握L-EDIT的设计方法，加深对课程知识的感性认识，增强学生的设计与综合分析能力，为将来成为优秀的后端工程师做准备。

二、实验原理介绍如将设计好的电路制成实际使用的集成块，就必须利用版图工具将设计的电路采用标准工艺文件转换成可以制造的版图。

然后再将版图提交给集成电路制造厂家（foundry），完成最后的集成块制造，所以画版图的本质就是画电路原理图。

在画版图时，首先要明白工艺文件的含义，每一种工艺文件代表一条工艺线所采用的光刻尺寸，以及前后各个工序等等；其次要懂得所使用的工具步骤及各个菜单及菜单栏的内容，以便熟练使用该软件；最后对所画版图进行验证，确保不发生错误。

此外，还必须了解所使用的版图设计法则，对于不同的工艺尺寸其法则有所不同，这就要求设计者在应用该软件时，必须熟悉相应的设计法则，为完成正确的版图做准备。

该实验原理是画常用的NMOS管，画图时要求熟悉NMOS的工艺过程及设计法则。

三、实验设备介绍1.工作站或微机终端一台2.局域网3.L-EDIT版图工具软件 1套四、实验内容和步骤了解L-EDIT版图软件工具的安装，熟悉该软件工具栏的菜单功能及使用方法。

试以NMOS器件为例，调用相应的工艺文件画版图（如选用几微米的工艺线、设计法则）。

对所画的版图进行DRC验证，并修改不正确的部分。

1.安装L-EDIT仿真软件：先点击Daemon.exe文件，用虚拟光驱将.ISO文件载入，并点击L-EDIT 的Setup.exe文件即可。

电子科技大学实验报告二、实验项目名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真三、实验地点：211大楼606房间四、实验学时：4五、实验目的：（1）综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计，掌握基本的IC版图布局布线技巧。

（2）学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行版图的的设计与验证六、实验原理：IC设计一般规则：①根据用途要求，确定系统总体方案②根据电路的指标和工作条件，确定电路结构与类型，然后通过模拟计算，决定电路中各器件的参数（包括电参数、几何参数等），EDA软件进行模拟仿真。

③根据电路特点选择适当的工艺，再按电路中各器件的参数要求，确定满足这些参数的工艺参数、工艺流程和工艺条件。

④按电路设计和确定的工艺流程，把电路中有源器件、阻容元件及互连以一定的规则布置在硅片上，绘制出相互套合的版图，以供制作各次光刻掩模版用。

⑤生成PG带制作掩模版⑥工艺流片⑦测试，划片封装实验模拟基于Cadence 平台的电路设计与仿真七、实验内容：1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。

2、设计一个运算放大器电路，要求其增益大于60dB, 相位裕度大于45º，功耗小于10mW。

3、根据设计指标要求，选取、确定适合的电路结构，并进行计算分析。

4、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC分析、瞬态Trans分析、建立时间小信号特性和压摆率大信号分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法。

5、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。

6、整理仿真数据与曲线图表，撰写并提交实验报告。

八、实验仪器与器材（1）工作站或微机终端一台（2）EDA仿真软件 1套九、实验结果：1、根据实验指导书熟悉UNIX操作系统常用命令的使用，掌握Cadence EDA仿真环境的调用。

2、根据设计指标要求，设计出如下图所示的电路结构。

并进行计算分析，确定其中各器件的参数。

实验报告课程名称：集成电路原理实验名称：模拟集成电路版图设计与验证小组成员：实验地点：科技实验大楼606实验时间：2017年6月19日2017年6月19日微电子与固体电子学院一、实验名称：模拟集成电路版图设计与验证二、实验学时：4三、实验原理1、电路设计与仿真实验2内容，根据电路的指标和工作条件，然后通过模拟计算，决定电路中各器件的参数（包括电参数、几何参数等），EDA软件进行模拟仿真。

2、工艺设计根据电路特点结合所给的工艺，再按电路中各器件的参数要求，确定满足这些参数的工艺参数、工艺流程和工艺条件。

3、版图设计按电路设计和确定的工艺流程，把电路中有源器件、阻容元件及互连以一定的规则布置在Candence下的版图编辑器内。

并优化版图结构。

四、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。

其目的在于：1、根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计，掌握基本的IC版图布局布线技巧。

2、学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行版图的的设计与验证。

通过该实验，使学生掌握CMOS模拟IC版图设计的流程，加深对课程知识的感性认识，增强学生的设计与综合分析能力。

五、实验内容1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。

2、根据实验2所得参数，自主完成版图设计，并掌握布局布线的基本技巧。

3、整理版图生成文件，总结、撰写并提交实验报告。

六、实验仪器设备（1）工作站或微机终端一台（2）EDA仿真软件1套七、实验步骤1、根据实验指导书掌握Cadence EDA仿真环境的调用。

熟悉版图编辑器Layout Editor的使用。

了解基本的布局布线方法及元器件的画法。

2、根据实验2所计算验证的两级共源CMOS运放的元器件参数如表1所示，在版图设计器里画出相应的元器件，对V+、V-、V out、V DD、GND的压焊点位置合理化放置，通过金属画线将各个元器件按实验2的电路图合理连接，避免跳线。

西安邮电大学集成电路版图设计实验报告学号：XXX姓名：XX班级：微电子XX日期：20XX目录实验一、反相器电路的版图验证1)反相器电路2)反相器电路前仿真3)反相器电路版图说明4)反相器电路版图DRC验证5)反相器电路版图LVS验证6)反相器电路版图提取寄生参数7)反相器电路版图后仿真8)小结实验二、电阻负载共源放大器版图验证9)电阻负载共源放大器电路10)电阻负载共源放大器电路前仿真11)电阻负载共源放大器电路版图说明12)电阻负载共源放大器电路版图DRC验证13)电阻负载共源放大器电路版图LVS验证14)电阻负载共源放大器电路版图提取寄生参数15)电阻负载共源放大器电路版图后仿真16)小结实验一、反相器电路的版图验证1、反相器电路反相器电路由一个PMOS、NPOS管，输入输出端、地、电源端和SUB 端构成，其中VDD接PMOS管源端和衬底，地接NMOS管的漏端，输入端接两MOS管栅极，输出端接两MOS管漏端，SUB端单独引出，搭建好的反相器电路如图1所示。

图1 反相器原理图2、反相器电路前仿真通过工具栏的Design-Create Cellview-From Cellview将反相器电路转化为symbol，和schemetic保存在相同的cell中。

然后重新创建一个cell，插入之前创建好的反相器symbol，插入电感、电容、信号源、地等搭建一个前仿真电路，此处最好在输入输出网络上打上text，以便显示波形时方便观察，如图2所示。

图2 前仿真电路图反相器的输入端设置为方波信号，设置合适的高低电平、脉冲周期、上升时间、下降时间，将频率设置为参数变量F，选择瞬态分析，设置变量值为100KHZ，仿真时间为20u，然后进行仿真，如果仿真结果很密集而不清晰可以右键框选图形放大，如图3所示。

图3 前仿真结果3、反相器电路版图说明打开之前搭建好的反相器电路，通过Tools-Design Synthesis-Laout XL新建一个同cell目录下的Laout文件，在原理图上选中两个MOS管后在Laout中选择Create-Pick From Schematic从原理图中调入两个器件的版图模型。

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symbolCMOS传输门模块 CMOS传输门的symbolCMOS三态门模块 CMOS三态门的symbolCMOS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—=D—；②当A=1，CP=1时，Q、Q—保持；③当A=0，Q=0，Q—=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)。

电子科技大学集成电路实验报告――模拟集成电路CMOS模拟集成电路设计及HSPICE使用实验学时：4学时实验一CMOS工艺参数测量一、实验目的：学习和掌握EDA仿真软件Hspice；了解CMOS工艺技术及元器件模型，掌握MOSFET工作原理及其电压电流特征；通过仿真和计算，获得CMOS中NMOS和PMOS的工艺参数kp,kn, p, n,Vtp,Vtn，为后续实验作准备。

二、实验内容：1）通过Hspice仿真，观察NMOS和PMOS管子的I-V特性曲线；2）对于给定长宽的MOSFET，通过Hspice仿真，测得几组栅-源电压、漏-源电压和漏-源电流数据，代入公式IDSn1WKn()n(VGS Vtn)2(1 nVDS)，求得对应的工艺参数2Lkp,kn, p, n,Vtp,Vtn 。

三、实验结果：本实验中所测试的NMOS管、PMOS管L=1u，W由学号确定。

先确定W。

W等于学号的最后一位，若学号最后一位=0，则W=10u。

所以，本实验中所测试的NMOS管、PMOS管的尺寸为：（1）测0.5um下NMOS和PMOS管的I-V特性曲线所用工艺模型是TSMC 0.50um。

所测得的Vgs=1V时，NMOS管Vds从0V到2.5V变化时的I-V特性曲线为：所测得的Vds=1.2V时，NMOS管Vgs从0V到2.5V变化时的I-V特性曲线为：所测得的Vsg=1V时，PMOS管Vsd从0V到2.5V变化时的I-V特性曲线为：所测得的Vsd=1.2V时，PMOS管Vsg从0V到2.5V变化时的I-V特性曲线为：（2）计算TSMC 0.50um工艺库下mos管对应的工艺参数测试NMOS管相关参数，Hspice中仿真用源文件（.sp文件）为：NOMS I-V Characteristic M1 OUT IN 0 0 CMOSn L=1U W=8U VIN IN 0 1 VOUT OUT 0 1.2.***** LIST NODE POST *.DC VOUT 0 2.5 0.1 .DC VIN 0 2.5 0.1*.DC VOUT 0 2.5 0.1 VIN 0.8 1.0 0.2 .PRINT DC I(M1).LIB “C:\synopsys\project\tsmc_050um_model.lib"CMOS_MODELS .END所测得的NMOS管电流曲线为：所测的数据如下表：根据公式IDSn1Kn()n(VGS Vtn)2(1 nVDS)，计算kn, n,Vtn，分别为：2Lkn 119 10-6, n 0.028,Vtn 1.37测试PMOS管相关参数，Hspice中仿真用源文件（.sp文件）为：POMS I-V CharacteristicM1 OUT IN Vdd Vdd CMOSP L=1U W=8UVIN Vdd IN 1 VOUT Vdd OUT 1.2.***** LIST NODE POST *.DC VOUT 0 2.5 0.1 .DC VIN 0 2.5 0.1*.DC VOUT 0 2.5 0.1 VIN 0.8 1.0 0.2.PRINT DC I(M2).LIB "C:\synopsys\project\tsmc_050um_model.lib"CMOS_MODELS .END所测得的PMOS管电流曲线为：所测的数据如下表：计算TSMC 0.50um 工艺中pmos 参数pptp，分别为：Kp 54.89 10-6, p 0.017,Vtp 0.927综上所述，可得：四、思考题2）不同工艺，p, n不同。