模拟集成电路设计

cmos模拟集成电路设计与仿真实例——基于cadence ic617

CMOS（互补金属氧化物半导体）模拟集成电路是现代电子设备中常见的一种设计和制造技术。在本文中，我们将介绍基于Cadence IC617的CMOS模拟集成电路设计和仿真实例，以便读者了解CMOS电路设计的基本流程和重要步骤。

步骤1：设计电路

首先，我们需要确定所设计的电路的功能和性能指标。例如，我们可以设计一个运算放大器电路来放大输入的电压信号。然后，我们可以使用Cadence IC617中的设计工具创建原始的电路图。

在Cadence IC617中，我们可以选择所需的电路元件，如MOS管、电容器和电阻器，并将它们放置在电路图中。然后，我们可以将它们连接起来，以实现所需的电路功能。在设计电路时，我们需要注意元件的尺寸和位置，以及电路的布局，以确保性能和可靠性。

步骤2：参数化模型

完成电路设计后，接下来我们需要为每个元件选择适当的参数化模型。这些模型是描述元件行为和特性的数学表达式。例如，我们可以选择MOS管的Spice模型，该模型可以描述其转导和容性特性。

在Cadence IC617中，我们可以通过浏览模型库，选择适合我们电路的元件模型。然后，我们可以将这些模型与电路元件关联起来，以便在仿真过程中使用。

步骤3：电路布局 完成参数化模型的选择后，我们需要进行电路布局。电路布局是将电路元件实际放置在芯片上的过程。在Cadence IC617中，我们可以使用布局工具来配置电路元件的位置和尺寸。

在电路布局过程中，我们需要考虑元件之间的互连和布线。我们可以使用布线工具来连接元件的引脚，并确保布线符合规定的电气规范。同时，我们还需要遵循布线规则，以确保信号传输的稳定性和可靠性。

步骤4：参数抽取和后仿真

完成电路布局后，我们可以进行参数抽取和后仿真。参数抽取是从电路布局中提取出元件的真实特性和物理参数的过程。在Cadence IC617中，我们可以使用抽取工具来自动提取电路布局中各个元件的参数。

模拟集成电路设计流程

集成电路设计流程是指针对特定的功能、性能和工艺要求，通过一系列设计步骤将电路实现在单一芯片上的过程。下面将详细介绍集成电路设计流程。

第一步：需求分析

在这一阶段，设计师首先与客户进行沟通，了解他们的需求和目标。根据客户的要求，设计师需要明确电路的功能、性能、工艺要求等，以便后续的设计工作。

第二步：电路设计

在电路设计阶段，设计师通常会运用计算机辅助设计（CAD）工具，绘制电路原理图。该原理图表达了电路的各个组成部分以及它们的连接方式。设计师需要合理选择器件、元件和电路拓扑结构，确保设计满足需求。

第三步：电路模拟

在电路模拟阶段，设计师使用电路仿真软件对设计的电路进行模拟。通过输入各个引脚的电压或电流信号，仿真软件可以预测电路的行为和性能。这包括输出电压、电流、功率、频率响应等。

第四步：电路布局设计

在电路布局设计阶段，设计师将电路的各个元件和连接线摆放在芯片上，以实现最佳的电气和物理特性。布局的目标是减小元件之间的电容和电感，以及减小串扰和噪声干扰。

第五步：电路布线设计 在电路布线设计阶段，设计师连通各个元件和引脚，形成实际的交互连接。布线的目标是最大程度地减小电路的延迟和功率消耗，同时提高信号完整性和电路性能。

第六步：电路验证

在电路验证阶段，设计师使用电路验证工具对设计的电路进行验证。验证的目标是确保电路满足需求，并且没有任何错误或故障。

第七步：物理设计

在物理设计阶段，设计师将电路的布局和布线信息转换为物理版图。这包括确定芯片尺寸、电路层次、元件摆放和布线、金属线层、填充等。物理设计的目标是满足工艺制约条件，并且最大程度地减小芯片面积和功耗。

第八步：工艺设计

在工艺设计阶段，设计师根据制造工艺的要求，提供物理版图，包括图形层次、金属层次、曝光层次等。这使制造商能够根据工艺要求进行后续的加工和制造。

第九步：芯片制造

在芯片制造阶段，制造商使用光刻、薄膜沉积、离子注入等工艺制造出芯片。这些步骤涉及一系列微细的操作，确保电路的每个部分都按照规划进行生产。

《模拟集成电路设计》复习

答疑安排：

第13周星期二（5月29日），上午9:00-11:30，下午14:30-17:00，工三310

考试题型：

七道大题：第2章一题，第3、4章各两题，第5章一题，第6、7章共一题

考试注意事项：

所有题目采用课本P32表2.1的数据，VDD=3V，COX=3.8410-7F/cm2，忽略漏/源横向扩散长度LD。试题会给出所需参数值。

时刻区分大信号、小信号。

时刻注意是否考虑二级效应。

题目有“推导”两字时，需给出求解过程。

必考：画小信号等效电路

复习题

例2.2 补充问题：（1）分析MOS工作区间变化情况；（2）画出ID-VDS曲线；（3）推导线性区跨导表达式。

习题2.2 注意：跨导的单位。 习题2.3补充问题：给定参数值，计算本征增益的数值。注意：画曲线时需考虑与L的关系。

例3.5 补充问题：画出图3.21(b)电路的小信号等效电路，推导增益表达式。

习题3.2 问题（b）删去。补充问题：求Rout。

习题3.12 解题思路：I1VoutVGS2(W/L)2Av

习题3.14 输出摆幅=VDD-VOD1-VOD2。

解题思路：Av，Routgm1(W/L)1VOD1VOD2(W/L)2

第4章课件第49页的题目 差模增益-gm1(ro1ro3)，共模增益0，共模抑制比+

例4.6

习题4.18 只要求图4.38(a)-(d)。补充问题：画出半边电路。注意：画半边电路时去掉电流源M5。

习题4.25 计算过驱动电压VOD时忽略沟道长度调制效应。注意双端输出摆幅为单端时的2倍。

习题5.1问题（e）删去。问题（c）和（d）有简单的计算方法。

习题5.5问题（b）（c）删去。=0。

例6.4补充问题：画出低频小信号等效电路，推导低频小信号增益；写出CD、CS分别包含哪些MOS电容。

习题6.9 只要求图6.39(a)(b)(c)。

第３５卷第６期　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．６　２０１４年１１月　Ｎｏｖ．２０１４　井冈山大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　７０　文章编号：１６７４－８０８５（２０１４）０６—００７０：０７　模拟集成电路测试仪的设计　谢义建，陈跃东　（安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室，　安徽芜湖２４１０００）　摘要：针对学校的集成电路教学实验，设计了一款模拟集成电路的测试仪。以单片机为控制核心，对几种常用　测试电路进行处理、比较，并输出判断结果。使用按键进行测试数据的输入，并通过液晶显示器显示输出结果。　同时辅以发光二极管对测试仪的状态进行显示。介绍了测试仪的硬件设计和软件流程，实验证明，设计方案合理　有效。　关键词：模拟集成电路；芯片测试；单片机；液晶显示器　中圈分类号：Ｇ　６４２．４２３　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４．８０８５．２０１４．０６．０１５　ＤＥＳＩＧＮ　ｏＦ　ＴＨＥ　ＴＥＳＴ　ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ　ＦｏＲ　ＡＮＡＬｏＧ　ＩＮＴＥＧＲ　ＥＤ　ＣＩＲＣＵＩＴ　’ＸＩＥ　Ｙｉ－ｊｉａｎ，ＣＨＥＮ　Ｙｕｅ　ｄｏｎｇ　ｒ（ｎｎｈｕｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｎｈｕｉ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｄｒｉｖｅ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｗｕｈｕ，Ａｎｈｕｉ　２４１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｎ　ｓｃｈｏｏｌ，ａｎ　ａｎａｌｏｇ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｅｓｔｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｕｎｉｔ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ，ｓｅｖｅｒａｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｔｅｓｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｒｅ　ｄｅａｌｔ　ｗｉｔｈ，ｃｏｍｐａｒｅｄ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ．Ｕｓｉｎｇ　ｋｅｙｓ　ｆｏｒ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ｉｎｐｕｔ，ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ＬＣＤ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｌｅｄ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ｔｏ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｒ’Ｓ　ｓｔａｔｕｓ。Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｅｓｔ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｎａｌｏｇ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｈｉｐ　ｔｅｓｔ；ｍｉｃｒｏ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｕｎｉｔ（ＭＣＵ）；ＬＣＤ．　引言　在信息化时代，以集成电路技术支撑的电子信　息系统已成为电子信息化发展的根基和关键技术。　随着数字电路的发展，其在现代信息技术中的优势　得到了充分体现，应用越来越广。关于数字电路的　测试技术也随其应用得到充分发展，并且由于数字　电路模型相对简单，因此，数字电路测试仪是比较　常见的【ｌ】。由于模拟电路的输入和输出都是连续的　变化量，而且电路中元件的参数是连续量，同时各　元件具有容差，这使得故障模型模糊化、复杂化，　难以进行简单的量化。最后，电流是模拟电路中的　一个重要参数，但在实际测量中，除了输入和输出　端口外，其他的节点电流并不可测，这也使得用于　故障诊断的有关信息量减少，文献［２］提出了直流测　试法和交流测试法，很好的解决了故障诊断问题，　并能判断电路的功能是否正常。　现有的集成电路检测仪大多数都是数字电路　检测仪，模拟电路检测仪比较少，针对学生实验经　常用到的Ｏ８０９，０８３２，２１１４，３５２４，ＬＭ３２４和ＬＭ３４７　等几种芯片的专门检测仪更是基本没有，因此开发　一种针对这几种常用芯片的测试仪是很有必要的。　本文介绍了一种模拟集成电路测试仪可用于检测　这六种芯片的正常与否【３】。　收稿日期：２０１４－０３－２８；修改日期：２０１４－０７—１８　基金项目：安徽高校省级自然科学研究重点项目（ＫＪ２０１３Ａ０４１）；安徽省大学生创新创业训练计划项Ｉ￣１（ＡＨ２０１３１０３６３００５）．　作者简介ｌ・谢义建０９９ｏ－），男，安徽安庆人．硕士生．主要从事运动控制系统的分析与设计研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅｙｉｊｉａｎ１２３＠１６３．ｃｏｍ）；　陈跃东（１９５６－）．男，湖北宜昌人，教授．硕士生导师。主要从事电力拖动控制系统与检测技术研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｄｃｈｅｎ＠ａｈｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）．