Spectre与Calibre联合后仿真的方法

Calibre后仿

1. 在用户目录(/home/用户名)下的Simulation文件夹中，新建一个存放后仿真文件的文件夹，如对本例的inverter则后仿文件夹名可取为“postinv”。

2. 新建一个inverter的schematic cellview，如取为inverter_simu，并画好inverter的电路图和进行相应的电路仿真。仿真完成后，则会在simulation文件夹中生成一个相应的存放仿真结果的文件夹，且其文件夹名与schematic cellview name完全一样。该文件夹中保存了仿真生成的电路网表(在文件夹“…/simulation/inverter_simu/spectre/schematic/netlist”中)和仿真分析结果(在文件夹“…/simulation/inverter_simu/spectre/schematic/psf”中，里面存入了dc、ac和tran分析的所有静态工作点、所有节点电压和电流等信息)。

将文件夹“…/simulation/inverter_simu/spectre/schematic/netlist”中的网表文件“input.scs”(该文件为spectre仿真时所运行的网表文件，相当Hspice的“.sp”文件)和文件夹“…/simulation/inverter_simu/spectre/schematic/psf”中“runObjFile”文件(该文件为查看仿真分析结果文件“dc-dc”、“ac-ac”和“tran-tran”中的节点电压电流等信息时的控制文件，里面包含了节点控制信息)复制到后仿文件夹“postinv”中。

注意：这里的schematic cellview(如取名为inverter_simu_1)最好是先建成symbol，然后再新建一个仿真用的schematic cellview(如取名为inverter_simu_2)。在schematic cellview (inverter_simu_2)中调用inverter_simu_1的symbol来构造电路图进行仿真，用对inverter_simu_2进行电路仿真的过程中所生成的电路网表文件“input.scs”进行后仿真。不要直接对inverter_simu_1进行电路仿真和不要直接用inverter_simu_1仿真生成的“input.scs”进行后仿真，尤其是对于较大的电路(如有十几个或几十个晶体管的电路)。因为直接用inverter_simu_1仿真生成的“input.scs”进行后仿真时，schematci网表和PEX提取的版图网表的节点很难保持一致，具体的原因将会在后面的后仿过程中详细介绍。

3. 运行Caliber->Run PEX，提取包含寄生参数的版图网表

(1) 新建一个PEX用的inverter的layout和schematic cellview，并按Calibre LVS过程中画电路图和版图的方法，画好相应的inverter的版图和电路图。

(2) 运行Calibre->Run PEX，即弹出Calibre Interactive-PEX对话框，其中的Rules栏目和Inputs 栏目与Calibre LVS的填写完全一样(注意：运行PEX的控制文件完全与LVS的控制文件完全一样，也是“chrt035ee_lvs.ctl”文件，不要选择其它的文件，如“.cal”和“.pex”等文件)。

左击Outputs按钮，在Outputs对话框中的Extraction Type栏目中选择上“Transistor level”和“Lumped C + coupling caps”(因为EEPROM是数字工艺，寄生电阻对数字电路功能影响不大，因而主要考虑的是寄生电容的影响，故规则文件中只规定了寄生电容的提取规则，不能提取寄生电阻)。

填写好各栏目后，左击“Run PEX”运行PEX。

(3) PEX运行成功后，即弹出一个提取出来的网表文件对话框。将这个PEX提取出来的版图网表文件保存到新建的用于后仿的文件夹“postinv”中，并对其命名，如取为“netlistinv”。

打开PEX提取出来的网表“netlistinv”，若该网表用INCLUDE命令包含了其它的文件，则应将这些文件也复制到后仿文件夹“postinv”中(注意：这些文件都保存在PEX输出文件夹中，如“ee035_lvsout”)。对PEX提取出来的网表“netlistinv”，还可注意到：PEX提取出来的电路网表均是以子电路的形式的来描述的。这一点也是先将schematic cellview (inverter_simu_1)建成symbol，然后再新建一个仿真用的schematic cellview(inverter_simu_2)调用已建好的symbol进行电路仿真的理由。

4. 对schematic进行电路仿真所生成的电路网表“input.scs”和PEX提取出来的版图网表“netlistinv”，将“input.scs”的电路描述部分用PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中相应的电路描述部分替换。在网表替换过程中，应注意如下事项：

(1) 若PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中包含其它文件，即该网表用INCLUDE命令包含了其它的文件，则应在PEX输出文件夹(如“ee035_lvsout”) 中将这些相应的文件也复制到后仿文件夹“postinv”中。

(2) 替换后的电路网表中的节点和端口名及顺序要完全一致，且节点和端口顺序要以对schematic进行电路仿真所生成的电路网表“input.scs”为准。

(3) 要特别注意的地方是：

(a) PEX提取出来的版图网表“netlistinv”是以spice语法来描述的。并且，若版图中的端口名的第一个字母若采用了数字，如“0”等，或在端口名的后面加了“!”号，如“vdd!”及“gnd!”，则提取出来的网表中的端口名会与所标的端口名不一样，所有的端口名前均被添加了“nonref_”。故一定要用全英文字符串来标注版图中的端口名。

(b) 用spice语法描述的电路在进行电路仿真时是不区分大小写的，即节点名“IN”与“in”是完全一样的。而用spectre语法描述的电路在进行电路仿真时则是区分大小写的，即节点名分别为“IN”与“in”的两个节点是完全不相同的。这一点在进行电路仿真时要特别注意。

(c) 若对schematic中的端口是采用全数字来进行标注或端口名的第一个字母是数字，如“0”或以“0”开头，则在电路仿真生成的网表“input.scs”中，对该端口名前会自动添加上“_net0”，从而使schematic中的端口名与网表中的节点名不一致。所以尽量要用用全英文字符串来标注schematic中的端口名。

(d) 对schematic中未指定端口名的节点，spectre在电路仿真生成电路网表时是自动给这些未指定端口名的节点命名的，一般以“_net”开头，后面接编号。为保证PEX提取出的版图网表和spectre提取出的电路网表尽量一致，应对schematic作如下处理：凡是版图中标有端口名的地方，在schematic中的相应地方也要采用pin标注上一样的端口名。(由于电源电压节点“vdd!”和地节点“0”比较特殊，这里可暂时不考虑schematic中电源电压节点和地节点的端口标注，后面将会介绍这两个端口的处理方法。)

(4) 网表的替换可采取如下两种方法：

一是：不改动PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中的节点和端口名及顺序，而是

改动schematic电路仿真生成的电路网表“input.scs”中的节点和端口名及顺序，使之与前者完全一致。

二是：不改动schematic电路仿真生成的电路网表“input.scs”中的节点和端口名及顺序，而是改动PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中的节点和端口名及顺序，使之与前者完全一致。这种方法对小电路还可行；但对大的电路则不可行，因为大的电路中的需改动的地方很多。

因而，一般是采用第一种方法来替换“input.scs”中的电路网表。

(5) 在用PEX提取出来的版图网表“netlistinv”替换schematic电路仿真生成的电路网表“input.scs”中的相应电路描述部分时也有两种方法：

一是：打开PEX提取出来的版图网表“netlistinv”和schematic电路仿真生成的电路网表“input.scs”，将PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中的内容复制到“input.scs”中，并替换掉“input.scs”相应的电路描述部分。然后修改“input.scs”文件中的所有节点和端口名及顺序，使两者完全一致。

二是：直接删除schematic电路仿真生成的电路网表“input.scs”中与PEX提取出来的版图网表“netlistinv”相应的电路描述部分，然后用“INCLUDE netlistinv”命令代替该电路描述部分，即直接将PEX提取出来的版图网表“netlistinv”包含到“input.scs”中。然后修改“input.scs”文件中的所有节点和端口名及顺序，使两者完全一致。

(6) 修改PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中的所有元件的模型名，使之与model文件中定义的元件的模型名完全一致。

(7) 在修改后的电路网表“input”文件中加入如下语句：

在“input”文件中被替换的电路描述部分之前加入命令：

simulator lang=spice (意思是该命令之后的电路网表是以spice语法来描述的) 在“input”文件中被替换的电路描述部分之后加入命令：

simulator lang=spectre (意思是该命令之后的电路网表是以spectre语法来描述的) (8) 在用spectre进行电路仿真时，应特别注意以下事项：

spectre在进行电路仿真时，默认的电源电压节点只有“vdd!”，默认的地节点只有“0”；并且“vdd!”和“0”均被定义成了全局变量(global 0 vdd!)。

故在对spectre网表“input.scs”进行电路仿真之前，应先确保PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中的电源电压节点VDD和地节点GND(spice语法描述的)和spectre所定义的电源节点“vdd!”和地节点“0”是连接在一起的。修改的方法有如下两种：

(a) 由4(3)(a)可知：版图中的电源电压端口和地端口应采用大写或小写的“vdd”和“gnd”来进行标注，故PEX所提取的版图网表中电源电压节点和地节点分别为“VDD”和“GND”。因而只需将PEX所提取的版图网表中的所有电源电压节点“VDD”和地节点“GND”分别替换为spectre语法所下定义的电源电压节点“vdd!”和地节点“0”即可。

(b) 对于电源电压节点和地节点的统一，还可采取下述方法很方便的解决：

在schematic电路图中：在电源电压节点“vdd!”(即analogLib中vdd symbol，它为一“T”字形)和电路中需要提供电源电压的节点之间串联一个电压为0的电压源；同时，也在

地节点“0”和电路中需要接地的节点之间也串联一个电压为0的电压源，如下图所示。然后，在电路中需要提供电源电压的节点和需要接地的节点上用pin分别标注上“vdd”和“gnd”端口。这样，在电路仿真所生成的网表“input.scs”中，spectre就加入了与PEX提取出的版图网表中完全一致的电源电压端口“VDD”和地端口“GND”，从而保证了spectre电路仿真生成的schematic网表“input.scs”和PEX提取的版图网表中的所有端口名的完全一致。故只需用PEX提取的版图网表替换“input.scs”中相应的电路描述部分即可。(文件夹“postinv_2”就是采用这种方法解决“vdd”和“gnd”端口的一致性问题的)

5. 在终端中用spectre运行改好的电路网表“input.scs”，运行步骤如下：

(1) 在…/simulation/postinv文件夹下打开终端treminal；

(2) 输入命令csh，并键入回车，将运行环境切换到cshell环境；

(3) 输出命令：

spectre –raw psf input.scs

并在其后键入回车，即用spectre运行电路网表文件“input.scs”；其中的“psf”为指定的保存仿真输出结果的文件夹，该文件夹名可以任意取定，如“output”等均可以。

若提示没有error信息，则表示仿真成功。

6. 在终端中用spectre进行电路仿真完成后，再查看输出波形。

(1) 将前仿真生成的文件夹“…/simulation/inverter_simu/spectre/schematic/psf”中“runObjFile”文件复制到保存后仿真输出结果的文件夹“…/simulation/postinv/psf”中。

(2) 查看输出波形，方法有两种：

(i) 用旧版的波形查看窗口，方法如下：

在…/simulation/postinv文件夹下打开的终端terminal中输入命令：

awd &

(注意：这里的“&”表示在后台运行该命令，它可所打开的终端还可输入其它命令。如不加“&”后缀，则该终端就死掉了，不可再输入其它任何命令。)

并在其后键入回车，即弹出“Browser Project Hierarchy”对话框，在其中的“Porject Directory”栏目中填写保存后仿真输出结果的文件夹“…/simulation/postinv/psf”的路径“./psf”，并键入回车，则弹出“Results Browser”窗口。左击“Results Browser”窗口下的左侧小窗口中的“dc-dc”或“ac-ac”或“tran-tran”，则在右侧的小窗口中显示出相应的分析类型所对应的各个节点，然后右键双击节点名即弹出该节点的电压波形图；左键双击则可调出calculator。

(ii) 启动Cadence中的新版Results Browser来查看输出波形。

输入命令“icfb &”，启动cadence。打开tools->Analog Artist Environment->Results Browser 即可打开Results Browser对话框。点击上侧菜单栏中的：File->Open，找到要保存仿真输出结果的文件夹“…/simulation/postinv/psf”并打开，则会在Results Browser下方的左侧的小窗口中显示所保存的所有仿真结果文件，如“dc-dc”或“ac-ac”或“tran-tran”等。若左击左侧小窗口中的“dc-dc”或“ac-ac”或“tran-tran”，则在右侧的小窗口中显示出相应的分析类型所对应的各个节点。然后右击节点名，则显示出一个下拉列表，根据需要选择上节点波形的输出方式(append表示与前面的所有波形显示在同一窗口中；replace表示替换掉波形窗口中已显示的波形；newsubwin表示以新的子窗口的形式显示该波形；newwin表示以新的窗口的形式显示该波形)。在弹出的波形窗口中，点击tools->calculator即可调出计算器，通过calculator可对波形进行运算，也可对不不同仿真结果中的波形进行运算处理。

7. 在查看波形时，会发现一个比较严重的问题。

如果第2步中电路仿真所生成的网表文件“input.scs”是直接画电路图就进行电路仿真得到的；而不是先画电路图建立symbol，再调用symbol进行电路仿真得到，则仿真结果中总不能正常显示出输出波形。

这是因为采用Analog Artist Environment得到的仿真结果中的节点及端口名是区分大小写的(spectre语法)，而PEX提取出来的版图网表“netlistinv”中的节点及端口名是不区分大小写的(spice语法)，且提取出的节点及端口名均以大写表示。若电路仿真所生成的网表文件“input.scs”的节点和端口名是以小写表示的，则在第2步电路仿真所生成的输出仿真结果文件夹中的“…/simulation/inverter_simu/spectre/schematic/psf”中的“runObjFile”所记录的节点和端口名也是小写的，即使将“input.scs”中节点和端口名及顺序改为与“netlistinv”完全一致，但是它们的大小写却无法统一，因而在输出结果中同一个节点和端口同时出现了大写的(对应于PEX提取出来的版图网表“netlistinv”)和小写的(对应于第2步电路仿真生成的网表文件“input.scs”)，致使仿真结果不能正常保存和显示。

解决这一问题的方法有三种：

(1) 在电路仿真时，先将要进行电路仿真的schematic cellview(如取名为inverter_simu_1)建成symbol，然后再建一个新的仿真用schematic cellview(如取名为inverter_simu_2)。在schematic cellview (inverter_simu_2)中调用inverter_simu_1的symbol来构造电路图并进行电路仿真，

再用对inverter_simu_2进行电路仿真所生成的电路网表文件“input.scs”进行后仿真。

这样，spectre在电路仿真时所生成的网表文件“input.scs”中的主电路部分是以子电路的形式描述的，在子电路之外的元件只有电压源和输入激励源。通过这样的子电路形式处理后，可避免所有的节点或端口名的不一致问题，不需要在schematic中外加冗余的零电压源来加入电源电压端口“vdd”和地端口“gnd”(参见4(8)(b))，只需保证端口顺序完全一致即可。故在后仿真时，推荐采用这种方法进行后仿。采用这种方法可实现如下效果：

(a) 由于PEX提取出来的电路网表均是以子电路的形式描述的，故很容易实现“input.scs”中的描述inverter_simu_1的电路网表的替换。

(b) 输入激励源的非地节点也在子电路之外。由于spectre在提取schematic的电路网表时，对子电路是两套节点处理方法，即子电路两套节点：一是主电路调用子电路时所定义的一套子电路外部节点；二是子电路定义时所下定义的一套内部节点。

(i) 子电路外部节点。spectre在提取schematic的电路网表，给主电路中的每一个节点都定义了一个节点名，这些节点处于最上层，主电路的仿真结果都保存在这些最上层的节点中。在主电路调用子电路时，根据子电路的端口调用顺序赋予了一套这样的处于最上层的节点，也即外部节点。

(ii) 内部节点。内部节点是spectre通过symbol提取电路时所生成的一套节点，它是根据建立symbol的schematic cellview的端口定义来生成的。(其实，symbol相当于是子电路) 对于上例中的电路图单元inverter_simu_1，由于在建立symbol时需先采用pin对inverter_simu_1的端口进行定义，即需定义vdd、gnd、输入端口in和输出端口out。而在建立symbol时也保存了这些端口信息，故这些端口也就是symbol(或子电路)的内部节点。或者说，spectre在提取inverter_simu_1的symbol的网表时，实质上也就是在提取inverter_simu_1的网表。而在提取电路网表时，若某个节点或端口已经采用 pin进行了命名，则所生成的电路网表的相应节点也应采用该pin名称，也即pin实际上是定义了电路网表的节点名称。

对于采用symbol仿真的inverter例子，它的节点定义如下：

内部节点： .subckt inverter_simu_1 GND IN OUT VDD

.ends inverter_simu_1

外部节点： I0 (0 net3 OUT vdd!) inverter_simu_1

虽然在提取网表时，对symbol(或子电路)赋予两套节点，即外部节点和内部节点，但在进行电路仿真时它们只相当于一套节点，语法规定这不是重复定义，因而不会导致仿真出错。

由于第2步中电路仿真过程中所生成的保存输出仿真结果的记录文件“runObjFile”(保存在第2步电路仿真所生成的输出仿真结果文件夹“…/simulation/inverter_simu/spectre /schematic/psf”中)所记录的节点信息为外部节点信息，故通过symbol(或子电路)处理后，“runObjFile”保存的节点信息与symbol(或子电路)的内部节点无关，从而保证了symbol(或子电路)的内部节点不影响输出仿真结果的保存和输出仿真结果的正常显示。(文件夹“postsimu_inv”则是采用调用symbol建立schematic cellview的方法进行后仿真的结果)

如果是直接对inverter_simu_1进行电路仿真，则PEX提取出来的版图网表“netlistinv”不能以子电路形式嵌入到“input.scs”中。此时，输入激励源的非地节点和输出节点可能会由于大小写的缘故不能正常保存仿真数据结果。若第2步中电路仿真所生成的网表文件“input.scs”的inverter的输入和输出节点分别为小写的in和out，而PEX提取出来的版图网表“netlistinv”的输入和输出节点则分别为大写的IN和OUT。由于第2步中电路仿真所生成的输出仿真结果记录文件“runObjFile”保存的节点名是小写的，而替换后的“input.scs”网表文件中的输入和输出节点又以大写形式表示，则保存输出结果信息时就会出现混乱，从而不能正常显示节点波形。

注意：采用这种方法在替换网表时，可用INCLUDE命令直接替换，不必复制。但需修改PEX提取的版图网表中所定义的子电路的名称和端口顺序，使之与主电路调用时的名称和端口顺序完全一致。(文件夹“postinv_0”就是采用这种方法进行后仿真的)

(2) 直接对inverter_simu_1进行电路仿真，在修改网表“input.scs”时作如下处理：

(a) 用PEX提取出来的版图网表“netlistinv”的内容替换掉到对inverter_simu_1进行电路仿真所生成的网表“input.scs”中相应的电路描述部分(注意：“netlistinv”用INCLUDE命令包含的文件也需要复制到后仿文件夹中)

(b) 将“netlistinv”的所有节点和端口名及顺序改为与对inverter_simu_1进行电路仿真所生成的网表“input.scs”中的节点和端口名及顺序完全一致，并且节点和端口顺序要以对inverter_simu_1进行电路仿真所生成的网表“input.scs”为准。

对于小的电路，这样的操作还勉强可行，但对于较大规模的电路，这样的操作是几乎不可行的。(文件夹“postinv_1”则是采用直接对schematic cellview进行电路仿真生成“input.scs”的方法进行后仿真的结果)

(3) 也是直接对inverter_simu_1进行电路仿真，但在仿真之前先采用4(8)(b)所述方法对电路图进行处理，然后再进行后仿真。这种方法也比较简单，推荐也可采用这种方法来做后仿真。采用这种方法处理网表“input.scs”的过程如下：

(a) 先对schematic电路图的端口进行处理，保证spectre仿真生成的电路网表“input.scs”和PEX提取的版图网表的端口名完全一致：

在电源电压节点“vdd!”(即analogLib中vdd symbol，它为一“T”字形)和电路中需要提供电源电压的节点之间串联一个电压为0的电压源；同时，也在地节点“0”和电路中需要接地的节点之间也串联一个电压为0的电压源，如下图所示。然后，在电路中需要提供电源电压的节点和需要接地的节点上用pin分别标注上“vdd”和“gnd”端口。

在schematic电路图中，用pin标注上与PEX提取的版图网表完全一致的输入输出端口。

(b) 完全(a)步骤后，再调用Analog Artist进行电路仿真，得到spectre生成的电路网表“input.scs”和“runObjFile”文件。然后，用PEX提取的版图网表替换“input.scs”中相应的电路描述部分，注意要保证两者的端口顺序也完全一致，之后的后仿过程同前。

(文件夹“postinv_2”就是采用这种方法进行后仿真的)

注意事项：

1、在对EEPROM和RF工艺电路进行后仿时，注意里面的三极管的描述需要修改。

后仿真时，将版图提取出来的电路网表替换电路仿真生成的“input.scs”文件中的相应的电路网表时，注意其中的三极管描述要进行修改。三极管的描述方式要按照电路仿真生成的“input.scs”文件中的描述方式来进行描述说明，不能按版图提取出来的spice语法格式来描述，否则仿真时不能后仿真时不能正常调用三极管的相应模型来进行仿真，导致仿真结果不正确。

在spectre中，三极管不能用发射结的面积进行标记，而用并联三极管的个数进行描述，将单个三极管的发射结面积换作m＝×，才可仿真出正确的结果。

对chartered EEPROM和RF工艺，其三极管的电路描述方式好像如下：

Q1 C B E 模型名 m=2 (m表示并联的三极管的个数，与MOS管的m意义一样)