第五章 CMOS集成电路版图设计

第5章CMOS版图设计5.1 版图设计基本概念5.2 设计规则5.3 基本工艺层版图5.4 FET版图尺寸的确定5.5 逻辑门的版图设计5.6标准单元版图5.7 设计层次化2/783/785.1 版图设计基本概念⏹什么是版图设计？☐Layout design ：定义各工艺层图形的形状、尺寸以及不同工艺层的相对位置。

⏹版图设计的内容☐布局：就是将组成集成电路的各部分合理地布置在芯片上。

安排各个晶体管、基本单元、复杂单元在芯片上的位置。

☐布线：就是按电路图给出的连接关系，在版图上布置元器件之间、各部分之间的连接。

设计走线，实现管间、门间、单元间的互连。

☐尺寸确定：确定晶体管尺寸（W、L）、互连尺寸（宽度）以及晶体管与互连之间的相对尺寸等。

4/78⏹版图设计的目标☐满足电路功能、性能指标、质量要求☐尽可能节省面积，以提高集成度，降低成本☐尽可能缩短连线，以减少复杂度，缩短延时、改善可靠性5/78EDA工具的作用(EDA: Electronic Design Automation)⏹版图编辑☐规定各个工艺层上图形的形状、尺寸、位置（Layout Editor）⏹规则检查☐版图与电路图一致性检查（LVS，Layout VersusSchematic）☐设计规则检查（DRC，Design Rule Checker）☐电气规则检查（ERC，Electrical Rule Checker）⏹布局布线☐Place and route，自动给出版图布局与布线6/787/78电路图与版图一致性检查（LVS ）从版图中提取的电路同原电路相比较，其方法通常是将两者的网表进行对比。

比较的结果，可以是完全一致或两者不全一致，设计者应对所示的错误进行必要的版图修改。

电路图与版图一致性检查（LVS: Layout Versus Schematic ）设计规则检验（DRC：Design Rule Check）设计规则检查是一个运用版图数据库检查在版图上涉及的每条设计规则的程序。

CMOS模拟集成电路版图设计课程大纲第一讲CMOS模拟集成电路版图基础⏹CMOS模拟版图概述⏹CMOS模拟集成电路版图的定义⏹CMOS模拟集成电路版图设计流程❑版图规划❑版图设计实现❑版图验证❑版图完成⏹CMOS模拟集成电路版图设计工具第二讲模拟集成电路版图器件与互连⏹概述⏹器件❑MOS管❑电阻❑电容❑电感❑三极管⏹互连❑金属（第一层金属，第二层金属……）❑通孔第三讲寄生参数⏹概述⏹寄生电容⏹线电阻压降（IR drop）⏹寄生电感⏹连线寄生模型⏹MOS管寄生效应第四讲器件匹配⏹概述⏹指状交叉法线⏹共质心法⏹虚拟器件⏹MOS晶体管匹配⏹电阻匹配⏹电容匹配⏹差分线布线⏹器件匹配总则第五讲设计规则⏹概述⏹工艺库中各类器件的层信息⏹设计规则细则⏹工业标准的基本数据格式第六讲验证⏹设计规则检查（DRC）Design Rule Check⏹版图与电路图的对照（LVS）Layout Versus Schematic⏹电气规则检查（ERC）Electrical Rule Check⏹天线规则检查（ANT）⏹静电放电检查（ESD）第七讲可靠性设计⏹天线效应⏹闩锁效应⏹静电放电保护（Electro-Static Discharge ，ESD）⏹数模混合集成电路版图设计第八讲工艺设计工具包（PDK）⏹ 1.PDK名称的涵义⏹ 2.PDK中包含的内容● 2.1 IO lib2.1.1 GDS文件的导入操作2.1.2 网表导入2.1.3 IO使用文档介绍● 2.2 SMIC_13_PDK_v2.6_20142.2.1 Smic13mmrf_1233文件夹2.2.2 model 文件夹2.2.3 Calibre 文件夹● 2.3 SMIC_13_TF_LG_LIST_2014122.3.1 Standard cell Timing lib2.3.2 Calview.cellmap2.3.3 Standard cell netlist及网表导入操作2.3.4 Ant rule （天线规则）第九讲Cadence spectre概述与操作界面⏹Cadence spectre 概述⏹Cadence spectre的特点⏹Cadence spectre的仿真设计方法⏹Cadence spectre与其他EDA软件的连接⏹Cadence spectre的基本操作第十讲Spectre窗口和库元件⏹模拟设计环境（Analog Design Environment）⏹波形显示窗口（Waveform）⏹波形计算器（Waveform Calculator）⏹Spectre库中的基本器件第十讲Cadence Virtuoso版图设计工具⏹Cadence Virtuoso概述⏹Virtuoso 界面介绍⏹Virtuoso 基本操作第十一讲Mentor Calibre版图验证工具⏹Mentor Calibre版图验证工具概述⏹Mentor Calibre版图验证工具调用⏹Mentor Calibre DRC验证⏹Mentor Calibre LVS验证⏹Mentor Calibre寄生参数提取(PEX)第十二讲版图设计与验证流程实例⏹设计环境准备⏹反相器链电路的建立和前仿真⏹反相器链版图设计⏹反相器链版图验证与参数提取⏹反相器链电路后仿真⏹输入输出单元环设计⏹主体电路版图与输入输出单元环的连接⏹导出GDSII文件。

cmos集成电路版图课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握CMOS集成电路版图的基本概念，包括版图设计原理、构成要素及其相互关系。

2. 使学生了解CMOS工艺流程，理解不同工艺对版图设计的影响。

3. 帮助学生掌握版图设计中的关键参数，如线宽、间距、面积等，并能运用这些参数进行版图优化。

技能目标：1. 培养学生运用EDA工具进行CMOS集成电路版图设计的能力。

2. 培养学生分析和解决版图设计过程中遇到的问题，提高版图设计的实际操作能力。

3. 培养学生具备团队协作和沟通能力，能够在项目中与他人共同完成版图设计任务。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对CMOS集成电路版图设计的兴趣，激发学习热情。

2. 培养学生严谨、细致的学习态度，养成精益求精的工作习惯。

3. 使学生认识到版图设计在集成电路领域的重要性，增强学生的责任感和使命感。

本课程针对高年级电子科学与技术专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果。

通过本课程的学习，学生将能够掌握CMOS集成电路版图设计的基本知识和技能，为今后的专业发展和就业奠定坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. CMOS集成电路版图基本原理：介绍版图设计的基本概念、构成要素及其相互关系，包括晶体管、连线、电源地网络等。

2. CMOS工艺流程：讲解CMOS工艺的基本流程，分析不同工艺对版图设计的影响，如光刻、刻蚀、离子注入等。

3. 版图设计方法：教授版图设计的基本方法，包括版图布局、布线、封装等，以及版图优化技巧。

4. EDA工具应用：介绍版图设计自动化工具，如Cadence、Mentor Graphics等，指导学生运用这些工具进行版图设计。

5. 版图设计实例分析：分析实际项目中CMOS集成电路版图设计案例，使学生了解版图设计在实际应用中的关键问题。

教学内容安排如下：第1周：版图基本原理及构成要素第2周：CMOS工艺流程及其对版图设计的影响第3-4周：版图设计方法及技巧第5-6周：EDA工具应用及版图设计实践第7周：版图设计实例分析及讨论教材章节对应内容如下：第1章：CMOS集成电路版图基本原理第2章：CMOS工艺流程第3章：版图设计方法第4章：EDA工具应用第5章：版图设计实例分析三、教学方法为确保教学效果，充分激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用以下多样化的教学方法：1. 讲授法：通过系统讲解CMOS集成电路版图的基本原理、工艺流程和设计方法，为学生奠定扎实的理论基础。

目录摘要 (3)绪论 (5)1软件介绍及电路原理 (6)1.1软件介绍 (6)1.2电路原理 (6)2原理图绘制 (8)3电路仿真 (10)3.1瞬态仿真 (10)3.2直流仿真 (11)4版图设计及验证 (12)4.1绘制反相器版图的前期设置 (12)4.2绘制反相器版图 (13)4.3 DRC验证 (15)结束语 (17)参考文献 (18)摘要CMOS技术自身的巨大发展潜力是IC高速持续发展的基础。

集成电路制造水平发展到深亚微米工艺阶段，CMOS的低功耗、高速度和高集成度得到了充分的体现。

本文将简单的介绍基于ORCAD和L-EDIT的CMOS反相器的电路仿真和版图设计，通过CMOS反相器的电路设计及版图设计过程，我们将了解并熟悉集成电路CAD的一种基本方法和操作过程。

关键词：CMOS反相器ORCAD L-EDIT版图设计AbstractThe huge development potential of CMOS technology itself is the foundation of sustainable development of IC high speed. The manufacturing level of development of the integrated circuit to the deep sub micron technology, CMOS low power consumption, high speed and high integration have been fully reflected. In this paper, the circuit simulation and layout design of ORCAD and L-EDIT CMOS inverter based on simple introduction, through the circuit design and layout design process of CMOS inverter, we will understand and a basic method and operation process, familiar with IC CAD.Keywords: CMOS inverter layout ORCAD L-EDIT绪论20世纪是IC迅速发展的时代。