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“集成电路版图设计”教学探索与实践【摘要】本文围绕着集成电路版图设计的教学探索与实践展开讨论。
在我们探讨了研究背景和研究意义，引出了本文的主题。
正文部分分为教学内容设计、教学方法探索、案例分析、教学效果评估和教学改进建议。
通过对这些方面的分析和讨论，我们可以全面地了解集成电路版图设计教学的现状和挑战。
结论部分结合实践经验，提出了集成电路版图设计教学的未来发展方向，总结了本文的研究成果，并展望了未来的发展前景。
整个文章系统地探讨了集成电路版图设计教学的问题，为相关教学工作提供了有价值的借鉴和参考。
【关键词】集成电路版图设计, 教学探索与实践, 教学内容设计, 教学方法探索, 案例分析, 教学效果评估, 教学改进建议, 未来发展方向, 结论总结, 展望, 研究背景, 研究意义.1. 引言1.1 研究背景集成电路设计是电子信息工程领域中的重要组成部分，它涉及到电路设计、工艺制造、功能验证等多个方面，是电子科学技术领域中的前沿研究领域之一。
随着科技的不断进步和电子技术的快速发展，集成电路设计在各个领域的应用越来越广泛，尤其是在数字电路、通信系统、嵌入式系统等方面扮演着至关重要的角色。
在集成电路设计领域，尤其是在版图设计方面，由于其专业性和复杂性，很多学生在学习过程中往往会遇到困难和挑战。
教师在教学过程中也面临一些问题，比如如何提高学生的学习兴趣，如何培养学生的实际操作能力等。
对于集成电路版图设计教学的探索与实践显得尤为重要。
本文旨在通过对集成电路版图设计教学的探索与实践，提出一些有效的教学方法和改进建议，以期为今后的教学实践提供一定的借鉴和参考。
通过本文的研究，希望能够探讨出一套适合学生学习和成长的集成电路版图设计教学模式，为培养更多优秀的电子信息工程人才做出贡献。
1.2 研究意义集成电路版图设计作为现代物理电子学科的重要内容，对学生掌握集成电路设计和实现的基本原理和方法具有重要的意义。
通过集成电路版图设计教学，可以培养学生的创新思维能力、工程实践能力和团队合作精神，提高学生的设计能力和实践能力，为他们未来的工程实践奠定坚实的基础。
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)。
集成电路版图设计岗位职责职位要求(实用版)编制人：______审核人：______审批人：______编制单位：______编制时间：__年__月__日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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《集成电路版图设计》课内实验学院：信息学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：模拟集成电路版图设计集成电路版图是电路系统与集成电路工艺之间的中间环节，是一个不可少的重要环节。
通过集成电路的版图设计，可以将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原于基于硅材料的立体结构。
因此，版图设计是一个上承的电路系统，下接集成电路芯片制造的中间桥梁，其重要性可见一斑。
但是，集成电路版图设计是一个令设计者感到困惑的一个环节，我们常常感到版图设计似乎没有什么规矩，设计的经验性往往掩盖了设计的科学性，即使是许多多年版设计经验的人有时候也说不清楚为何要这样或者那样设计。
在此，集成电路版图设计是一门技术，它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造方面的基础知识。
但它更需要设计者的创造性，空间想象力和耐性，需要设计者长期工作的经验和知识的积累，需要设计者对日异月新的集成电路发展密切关注和探索。
一个优秀的版图设计者对于开发超性能的集成电路是极其关键的。
在版图的设计和学习中，我们一直会面临匹配技术降低寄生参数技术熟悉电路作用（功能，频率）电流密度的计算（大电流和小电流的电流路径以及电流流向）等这些基本，它们也是最重要的问题。
版图的设计，从半导体制造工艺，到最后的后模拟过程都是非常关键的，里面所涉及的规则有1500——2000条，一些基本问题的解决方法和设计的调理化都将在下面提及。
模拟集成电路版图设计流程：阅读研究报告理解电路原理图了解电路的作用熟悉电流路径晶大小知道匹配器件明白电路中寄生，匹配，噪声的产生及解决方案对版图模块进行平面布局对整个版图进行平面布局熟练运用cadence软件进行版图绘制Esd的保护设计进行drc与lvs检查整理整个过程中的信息时刻做记录注意在设计过程中的交流集成电路制造工艺双极工艺：Cmos（p阱）工艺：版图设计经验总结：1 查看捕捉点设置是否正确.08工艺为0.1,06工艺为0.05,05工艺为0.025.2 Cell名称不能以数字开头.否则无法做DRACULA检查.3 布局前考虑好出PIN的方向和位置4 布局前分析电路，完成同一功能的MOS管画在一起5 对两层金属走向预先订好。
《集成电路版图设计》
学院：_____________ 专业班级：_____________ 学号：_____________ 学生姓名：_____________ 指导教师：_____________
摘要
什么是集成电路？把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片放到管壳中进行封装，电路与外部的连接靠引脚完成。
什么是集成电路设计？根据电路功能和性能的要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。
《集成电路版图设计》基于Cadence软件的集成电路版图设计原理、编辑和验证的方法。
本次实验是基于Cadence版图设计软件平台，采用L50C7工艺库，设计一个运算放大器，并且，为了防止电路中各元件间产生闩锁效应，在实际生产流片中每个元件都应该添加保护环，以防止各元件间电流之间产生各种影响。
并且增加电路的稳定性和可靠性。
电路的验证采用的是Calibre验证工具，对电路版图进行了DRC验证和LVS验证。
关键词：Calibre，运算放大器
目录
一、电路设计流程 (1)
二、版图的制作流程 (2)
三、二级运算放大器的原理图 (3)
四、器件尺寸的计算 (4)
五、二级运算放大器原理图 (5)
六、二级运算放大器版图 (9)
心得体会 (11)
参考文献 (12)
一、电路设计流程
设计规范
行为级描述
RTL描述（HDL）
功能验证与测试
逻辑组合
门级网表
逻辑验证与测试
布局布线
画物理版图
版图验证
生产
设计规范是为了确定电路要应用的工艺，和所需要的指标。
这些指标包括：电源电压、功耗、增益、带宽、失真、噪声、输入输出动态范围、电路面积等。
行为级描述是实现系统功能所必须的编辑。
然后实行RTL描述，功能验证和测试，进行对错误的排除，再设计逻辑组合和门级网表，验证这些组合和网表是否正确，所有都正确了后进行布局布线，画出版图，再验证版图的准确性，就可以进行流片生产。
二、版图的制作流程
由于设计目标已经电路的构造课本已经讲述的十分详细。
所以我讲接着阐述版图的制作过程。
首先将电路图转为相应的版图， 意思就是把相对 应的器件进行布局布线。
因制造工艺精度有限，所以版图必须满足一定的规则要求。
按照设计规则布局布线后，接着就要对它进行检查。
由于版图是人工布局布线，因此 或多或少的存在一些错误。
这时就需要软件来进行“设计规则检查”（DRC ）。
软件所依 据的是DRC 文件，它与画版图时使用的规则是一致的，只不过规则文件是给版图设计 者参考使用的，而DRC 文件是由软件编写的。
当版图没有了DRC 错误，完全符合设计规则之后，再依靠LVS 文件，将其与电路原理 图进行比较。
若有不同之处，LVS 将进行报错，经过修改之后还要重复DRC 、LVS 过程。
若两者相同，说版图与原理图一致。
到这一步就完成了版图的制作了。
完成版图之后， 还可以利用工具提取版图中的寄生参数，对包含这些寄生参数的电路再次进行仿真， 从而更准确确定电路的性能。
最后把图形格式的版图文件转换为通用二进制文件（GDS 文件），提交给生产厂制造。
画版图
电路原理图 版图文件 设计规则 DRC 检查 LVS 检查
DRC 文件 LVS 文件
三、二级运算放大器的原理图
我们要设计的是以上这个原理图所示的二级运算放大器。
其中二级运算放大器每个管子的参数如下表：
运算放大器框图：
输入中间输出
偏
置
二级运放结构原理：
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器。
中间级：要求电压放大倍数高。
常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成
工作原理图：
四、器件尺寸的计算
五、二级运算放大器原理图
1.打开虚拟机，键入代码打开cadence软件。
2.选择tool-library manager-file-new-library来先建立一个库。
3.键入要设置的名字，按ok。
4.file-new-cell view，建立子元器件库，Cell Name键入名字czc_yuanlitu。
并且在View Name 选择schematic（一般默认为这个）。
Tool选择Composer Schematic（一般也是默认的）。
最后点ok。
5.下边的是对各个cmos管的参数及位置、连线等进行编辑。
万变不离其宗，下边只介绍其中一个步骤，其他照葫芦画瓢就可以了。
在菜单栏点击add--instance，此时弹出对话框。
在此对话框选择browse。
选择工艺库L50C7--pmos_P--symbol.
选择nmos的话就在同一个工艺库中选择nmos_N--symbol.
选择电容：L50C7--cap_CI--symbol.
选择电阻：L50C7--res_M1--symbol.
操作是：add--wire（narrow），此时弹出对话框：直接选择hide就可以连线了。
原理图完成后的效果：
7.连线完成后，还需要更改各个元器件的参数。
步骤如下：
选中要编辑的器件--点击左边的property，弹出对话框，只需要按图下表示更改四个指标就可。
六、二级运算放大器版图
最终结果图：
7.DRC验证及其操作
菜单栏选择Calibre--run DRC，然后选rules，在第一个框上选择路径，如图所示路径。
然后在左边选择inputs，files栏文件名正确就可以直接按左边菜单栏的”Run DRC”
结果如图示，显示出来的错误按所示位置进行修改，修改到没有出现错误为止。
心得体会：
这次版图实验中我做了与非门。
二级运放和基准电流源的设计。
在我做集成电路版图设计过程的一开始分不清楚集成器件的工艺层次结构。
因此导致一开始画得很困难。
后来经过慢慢的练习，使我慢慢的熟悉了器件的工艺层次结构。
在设计版图的过程中。
对于工艺部分的尺寸调节这个环节是个相当繁琐的工作，不过在后来的摸索中我使我熟悉了调节的规则。
方便了我在后来的版图设计与调试。
在画版图之前。
首先我们要画好原理图，然后仿真。
这有助于检验电路是否设
计正确和有助于在版图设计中如何连线。
在画版图时。
我们要注意的地方非常多。
例如管子的匹配，给器件画保护环，
布局布线等等。
由于一开始不熟悉。
所以很多地方画得不好。
后来慢慢的在老师和同学的帮助下逐渐改进，逐步完善版图。
因为每个工艺库的工艺都不一样。
所以在画版图之前应该了解工艺的尺寸。
这样可以更好帮助我们画版图，以减少错误。
我认为学好半导体制造对画版图时非常有帮助的，因为它可以使你更好的理解怎么样去画，可以很好的帮助你去解决错误。
本次实验中我的收获还是比较大的，初始设计出版图的时候错误非常多，违反
设计规则的也有很多内容，修改的过程也是头痛不已，一开始很多地方不懂，但是在老师和同学们的帮助下，使我慢慢的了解设计规则和解决问题。
当所有问题解决之后，心里有一种成就感。
因为觉得自己很多地方都画得不好，后来我就通过不断的练习以提高和巩固老师说的知识。
版图设计的要点在于，在设计版图之前一定要对电路的原理进行分析，同时也要根据电流的流向和器件的对称等因素综合考虑器件的布局。
可以使用交叉匹配式的的电路，满足电路的设计业更加的美观。
通过本次实践，我对版图设计的整个流程有了深刻的认识。
在这次版图实验中，不仅让我学到了画版图的技巧。
还让我学会了做事要有耐心和细心，不能急于求成。
最后感谢老师的指导和同学们的帮助。
参考文献：
1、王自强.CMOS集成放大器设计.国防工业出版社.2007.269～310
2、Alan Hastings.王志功译.模拟电路版图艺术（第二版）.电子工业出版社.2007
3、朱正涌.半导体集成电路.清华大学出版社.2000.282～285
4、饶妮妮.模拟电路基础.成都：电子科技大学出版社.2001
5、Saint J.Saintz 著周润德金申美译.集成电路掩模设计——基础版图技术.
清华大学出版社.2012
6、Phillip E.Allen,Douglas R.Holberg 著冯军李智群译.CMOS模拟集成电路设
计（第二版）.电子工业出版社.2011
7、何乐年王忆模拟集成电路设计与仿真.科学出版社。
