数字电路验证方法
数字电路仿真与验证
数字电路仿真与验证数字电路是现代电子技术的基础，广泛应用于计算机、通信和其他电子设备中。
数字电路的设计和验证是确保电路能够按照预期工作的关键步骤。
本文将介绍数字电路仿真与验证的重要性以及常用的方法和工具。
一、数字电路仿真的意义数字电路的设计过程复杂且耗时，因此在将其实际制造之前，必须通过仿真来验证其功能和性能。
数字电路仿真的主要目的是通过计算机模拟电路行为，检查其逻辑功能、时序性能和稳定性。
具体来说，仿真可以帮助设计师发现和解决潜在的问题，减少设计错误和重复制造的风险，提高电路设计的可靠性和效率。
二、数字电路仿真的方法1. 行为级仿真：行为级仿真是通过对数字电路的逻辑功能进行建模和测试。
在这种仿真方法中，电路的输入和输出通过逻辑信号表示，并在仿真器中进行模拟计算。
这种仿真方法可以验证电路是否满足设计要求，并帮助发现逻辑错误。
2. 时序级仿真：时序级仿真是针对时序电路设计的一种仿真方法。
时序电路涉及时钟信号和时序逻辑，需要确保电路正确地响应时钟的上升沿和下降沿。
时序级仿真可以验证时序电路的时序特性，包括信号延迟、时钟抖动和稳定性等。
3. 功能级仿真：功能级仿真可以对整个数字系统进行仿真，包括多个数字电路模块的集成。
通过功能级仿真，可以验证数字系统的整体功能和性能，以及各个模块之间的接口和通信。
三、数字电路仿真工具的选择1. SPICE仿真工具：SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是一种常用的模拟电路仿真工具，可以用于数字电路的仿真。
它可以帮助设计师验证电路的逻辑和模拟行为，并检查电路的时序特性。
2. HDL仿真工具：HDL（Hardware Description Language）仿真工具是专门用于数字电路设计的仿真工具。
常用的HDL语言包括VHDL （VHSIC Hardware Description Language）和Verilog HDL。
数字电路实验
实验一基本门电路（验证型）一、实验目的（1）熟悉常用门电路的逻辑功能；（2）学会利用门电路构成简单的逻辑电路。
二、实验器材数字电路实验箱 1台；74LS00、74LS02、74LS86各一块三、实验内容及步骤1、TTL与非门逻辑功能测试（1）将四2输入与非门74LS00插入数字电路实验箱面板的IC插座上，任选其中一与非门。
输入端分别输入不同的逻辑电平（由逻辑开关控制），输出端接至LED“电平显示”输入端。
观察LED亮灭，并记录对应的逻辑状态。
按图1－1接线，检查无误方可通电。
图1－1表1－1 74LS00逻辑功能表2、TTL或非门、异或门逻辑功能测试分别选取四2输入或非门74LS02、四2输入异或门74LS86中的任一门电路，测试其逻辑功能，功能表自拟。
3、若要实现Y=A′, 74LS00、74LS02、74LS86将如何连接，分别画出其实验连线图，并验证其逻辑功能。
4、用四2输入与非门74LS00实现与或门Y=AB+CD的功能。
画出实验连线图，并验证其逻辑功能。
四、思考题1.TTL与非门输入端悬空相当于输入什么电平？2.如何处理各种门电路的多余输入端？附：集成电路引出端功能图实验二组合逻辑电路（设计型）一、实验目的熟悉简单组合电路的设计和分析过程。
二、实验器材数字电路实验箱 1台，74LS00 三块，74LS02、74LS04、74LS08各一块三、实验内容及步骤1、设计一个能比较一位二进制A与 B大小的比较电路，用X1、X2、X3分别表示三种状态：A>B时，X1=1;A<B时X2=1;A=B时X3＝1。
(用74LS04、74LS08和74LS02实现）要求：（1）列出真值表；（2）写出函数逻辑表达式；（3) 画出逻辑电路图，并画出实验连线图；（4）验证电路设计的正确性。
2、测量组合电路的逻辑关系：（1）图3-2电路用3块74LS00组成。
按逻辑图接好实验电路，输入端A、B、C 分别接“逻辑电平”，输出端D、J接LED“电平显示”；图3-2 表3－2（2）按表3－2要求，将测得的输出状态和LED显示分别填入表内；（3）根据测得的逻辑电路真值表，写出电路的逻辑函数式，判断该电路的功能。
数字电路的故障检查和排除
数字电路的故障检查和排除实验中，完全不出故障是比较困难的，通常会遇到下述三类典型的故障：设计错误、布线错误、器件与底板故障，其中大量的故障出现在布线错误上，如：导线插入面包板插孔不够深，接触不到金属导体或接触不良，或者插孔外裸露导线部分太多，左右相邻孔间导线造成短路等。
清楚和规则的布线才能有利于实现电路功能，并为检查和排除电路故障提供方便。
下面基于正确设计前提下，总结故障检查方法。
1、全部连线接好以后，通电前仔细检查一遍。
检查集成芯片是否选择正确，方向是否插对，引脚有无折弯、互碰情况，多余输入端处理是否正确，是否有两个以上输出端错误地连在一起等。
布线是否合理，是否有相碰短路现象。
2、电源线与地线在内的连线是否有漏线与错线。
每个集成芯片只有在加了额定电源电压时才能正常工作，完成其逻辑功能。
对TTL电路，应为5V；CMOS电路，一般为4V～15V，错误的电压值可能导致芯片不工作、功能错误甚至损坏。
所以在给电路提供电源前，需要先用万用表的“欧姆×10”挡，测量实验电路的电源端与地线端之间的电阻值，排除电源与地线的开路与短路现象，并且使用万用表的“直流电压挡”测量直流稳压电源输出电压是否为所需值，然后再将稳压电源的输出接到实验电路中，并观察电路及各器件有无异常发热等现象。
如芯片过烫、冒烟应立即切断电源。
图1正确的检查芯片工作电源的方法图2 错误的检查芯片电源的方法3、在2的基础上再检查各集成芯片是否均已加上电源。
可靠的检查方法是如图1所示那样，用万用表的测试表笔直接测量集成芯片电源端和地线两引脚之间的电压。
这种方法可以检查出断线、引线虚接、因芯片管脚折断或折弯而未能插入实验底板的情况。
图2中，虽然能判断出电源已经接到面包板的窄条上，但不能确保芯片工作电源正确。
4、如果无论输入信号怎样变化，输出一直保持高电平不变，则可能集成电路没有接地或接地不良。
若输出信号保持与输入信号同样规律变化，则可能集成芯片没有接电源。
数字电路测试方法
数字电路测试方法数字电路测试是电子工程领域中非常重要的一项工作，它用于确保电路设计的正确性和功能性。
本文将介绍一些常见的数字电路测试方法，包括仿真测试、功能测试、时序测试和边界扫描测试。
一、仿真测试仿真测试是一种基于软件的测试方法，它通过电路设计工具将电路的行为模拟出来，以验证电路的逻辑功能。
在仿真测试中，可以使用不同的输入信号来模拟各种情况，并观察输出信号是否符合预期。
仿真测试具有快速、灵活、便于调试等优点，但它并不能覆盖所有可能的输入组合，因此不能完全代替其他测试方法。
二、功能测试功能测试是一种基于实际硬件的测试方法，它通过输入不同的数据和信号来测试电路的功能是否符合要求。
在功能测试中，可以使用开关、按键、信号发生器等设备来激活电路，并观察输出信号的状态。
功能测试可以检测电路的基本功能，但不能检测电路的时序和边界问题。
三、时序测试时序测试是一种用于检测电路时序问题的测试方法。
时序问题指的是电路在不同的时钟信号下的工作状态是否正确。
在时序测试中，可以通过激活时钟信号，并观察电路的输出信号来验证电路的时序逻辑。
时序测试需要对电路的时钟频率、占空比等参数进行严格的控制和测试，以确保电路的稳定性和可靠性。
四、边界扫描测试边界扫描测试是一种用于检测电路边界问题的测试方法。
边界问题指的是电路输入和输出信号之间的接口是否正确连接。
在边界扫描测试中，可以将电路的边界信号分别输入和输出，并观察信号的正确性和一致性。
边界扫描测试可以帮助发现电路中各个模块之间的连接问题，避免信号传输错误或连接不良的情况。
总结：数字电路测试是确保电路设计正确性和功能性的关键步骤。
本文介绍了常见的数字电路测试方法，包括仿真测试、功能测试、时序测试和边界扫描测试。
这些测试方法各具特点，能够有效地检测电路中的问题，提高电路的可靠性和稳定性。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的测试方法或组合多种测试方法来进行全面的数字电路测试工作。
数字电路实验报告实验
数字电路实验报告实验一、引言数字电路是计算机科学与工程学科的基础，它涵盖了数字信号的产生、传输、处理和存储等方面。
通过数字电路实验，我们可以深入了解数字电路的原理和设计，掌握数字电路的基本知识和实验技巧。
本报告旨在总结和分析我所进行的数字电路实验。
二、实验目的本次实验的目的是通过搭建和测试电路，验证数字电路的基本原理，掌握数字电路实验中常用的实验仪器和操作方法。
具体实验目的如下：1. 组装和测试基础门电路，包括与门、或门、非门等。
2. 理解和实践加法器电路，掌握准确的运算方法和设计技巧。
3. 探究时序电路的工作原理，深入了解时钟信号和触发器的应用。
三、实验装置和材料1. 模块化数字实验仪器套装2. 实验台3. 数字电路芯片（例如与门、或门、非门、加法器、触发器等）4. 连接线、电源、示波器等。
四、实验步骤及结果1. 实验一：组装和测试基础门电路在实验台上搭建与门、或门、非门电路，并连接电源。
通过连接线输入不同的信号，测试输出的结果是否与预期一致。
记录实验步骤和观察结果。
2. 实验二：实践加法器电路将加法器电路搭建在实验台上，并输入两个二进制数字，通过加法器电路计算它们的和。
验证求和结果是否正确。
记录实验步骤和观察结果。
3. 实验三：探究时序电路的工作原理将时序电路搭建在实验台上，并连接时钟信号和触发器。
观察触发器的状态变化，并记录不同时钟信号下的观察结果。
分析观察结果，总结时序电路的工作原理。
五、实验结果与分析1. 实验一的结果与分析：通过测试与门、或门、非门电路的输入和输出，我们可以观察到输出是否与预期一致。
若输出与预期一致，则说明基础门电路连接正确，电路工作正常；若输出与预期不一致，则需要检查电路连接是否错误，或者芯片损坏。
通过实验一，我们可以掌握基础门电路的搭建和测试方法。
2. 实验二的结果与分析：通过实践加法器电路，我们可以输入两个二进制数字，并观察加法器电路的运算结果。
如果加法器电路能正确计算出输入数字的和，则说明加法器电路工作正常。
数字IC验证方法
数字IC(Integrated Circuit) 验证方法是电子行业的一项重要技术，它可以确定数字集成电路的合格性、可靠性和可用性。
首先，数字IC验证需要根据给定的设计要求，进行深入的分析和模拟，以确定电路的结构和行为特性。
在这一步，可以构建数字IC的模拟模型，使用计算机软件对模型进行仿真，以确定该模型是否能够满足设计要求。
其次，数字IC的验证还需要对该集成电路的功能和特性进行测试，以确保它的正确性。
在这一步，可以使用测试设备对集成电路进行功能测试，以确定它的功能是否能够满足设计要求。
此外，也可以使用测试设备对集成电路的性能特性进行测试，以确定它的特性是否符合设计要求。
第三，数字IC验证还需要进行可靠性测试，以确定集成电路在不同的温度、湿度、电压和频率条件下的可靠性。
可靠性测试可以通过环境测试设备对集成电路进行测试，以确定它是否能够稳定性工作。
最后，数字IC验证还要进行安全测试，以确保对人体和环境的安全性。
安全测试可以使用电磁兼容测试设备来测试集成电路，以确定它是否符合安全标准。
总之，数字IC验证是一项重要的技术，它可以帮助确定数字集成电路的合格性、可靠性和可用性，从而确保其在不同环境下的安全性和可靠性。
数字电路逻辑设计与验证方法
数字电路逻辑设计与验证方法数字电路是由数字信号处理器组成的电子系统，涉及到无数的逻辑设计和验证方法。
在数字电路的设计与验证过程中，正确性和稳定性是至关重要的，而数字逻辑设计与验证方法则是确保数字电路功能正确性的关键之一。
首先，在数字电路的逻辑设计过程中，需要确定使用的逻辑门种类和数量。
常用的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
设计者需要根据电路的功能需求选择合适的逻辑门，并根据布尔代数表达式进行逻辑电路的设计。
在设计过程中，还需要考虑到延迟、功耗、面积等因素，以优化数字电路的性能。
其次，设计好逻辑电路后，需要进行逻辑验证以确保电路功能正确。
常用的逻辑验证方法包括仿真验证和形式化验证。
仿真验证通过对数字电路进行输入输出的模拟运行，检查电路的输出是否符合设计要求。
形式化验证则是利用数学的证明方法来验证电路的正确性，通常用于复杂电路的验证。
此外，还可以利用硬件描述语言（HDL）进行数字逻辑设计与验证。
HDL是一种用于描述数字电路行为的语言，常用的HDL包括Verilog和VHDL。
通过HDL描述电路的行为可以更加直观地进行设计和验证，提高设计效率和可靠性。
最后，在数字电路的验证过程中，还需要注意故障模式的分析和测试。
通过引入故障来验证数字电路对异常输入的响应情况，提高电路的鲁棒性和稳定性。
常用的故障模式包括短路、开路、悬空、逻辑混乱等。
在测试过程中，可以利用扫描测试、边界扫描测试等方法来检测和诊断故障。
综上所述，数字电路的设计与验证是一个复杂而关键的过程，需要综合运用各种逻辑设计和验证方法来确保电路的正确性和稳定性。
只有在设计和验证的过程中充分考虑各种因素，才能设计出高性能和可靠的数字电路。
通过不断的学习和实践，我们可以提高数字电路设计与验证的能力，为电子系统的发展和应用贡献力量。
数字电路实验
数字电路实验实验⼀：数字实验箱的基本操作⼀、实验⽬的1、熟悉数字电路实验箱的结构、基本功能和使⽤⽅法。
2、理解数字电路及数字信号的特点。
3、掌握数字电路的基本搭建⽅法4、熟悉数字电路实验的操作要求和规范。
⼆、实验设备与仪器数字电路实验箱、数字式万⽤表。
三、实验原理1、七段显⽰译码器——CC4511引脚图如图1-1⽰。
V DD f g a b c d e图1-1 七段显⽰译码器——CC4511第8脚为负极，16脚为电源正极，A、B、C、D为BCD码输⼊端，a、b、c、d、e、f、g、h 为译码输出端，输出１有效，⽤于驱动共阴极LED数码管2、七段数码显⽰器（共阴极）结构图如下图所⽰。
四、实验内容及⽅法1、熟悉数字实验箱的组成和各部分的基本作⽤。
2、将实验箱中的四组拨码开关的输出A i、B i、C i、D i分别接⾄CC4511的对应输⼊⼝，接上+5V电源，然后按功能表的要求揿动四个数码的增减键和操作三个开关，观测盘上的四位数与LED数码管显⽰的对应数字是否⼀致，以及译码显⽰是否正常，记⼊表4.10。
五、实验思考题1．拨码开关的输出A i、B i、C i、D i的优先级别是怎么排列的，⽽CC4511的对应输⼊⼝A、B、C、D的优先级别⼜是怎么样的。
六、总结实验⼆、组合逻辑电路的设计与测试（1）（利⽤⼩规模集成芯⽚）⼀、实验⽬的1、掌握组合逻辑电路的分析和设计⽅法。
2、学习并掌握⼩规模芯⽚（SSI）的基本测试⽅法及实现各种组合逻辑电路的⽅法。
3、学习⽤仪器检测故障，排除故障。
⼆、实验设备与仪器数字电路实验箱、数字式万⽤表、74LS00⼀⽚（四2输⼊与⾮门）、74LS20（⼆4输⼊与⾮门）两⽚。
三、实验原理1．分析逻辑电路的⽅法：根据逻辑电路图---写出逻辑表达式---化简逻辑表达式（公式法、卡诺图法）---画出逻辑真值表---分析得出逻辑电路解决的实际问题（逻辑功能）。
2．设计组合电路的⼀般步骤如图2-1所⽰。
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布局
布局(Placement)是确定每个标准单元位置的 过程。一个合理的布局要求：
每个标准单元都放在有效的位置上 单元间没有重叠。
布局的好坏影响：
芯片的面积， 芯片的性能、 布通率 整个后端设计的时间
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布局流程
装载时序约束文件（Load SDC） 时序设置（Timing Setup）
1.装载IO管脚排列文件 2.芯片面积、标准单元布局方式的选择 3.宏单元放置
1.将标准单元、IO单元和宏单元的电源、 地端口与电源线、地线相连。 2.在核(Core)和IO单元之间加入电源/地 环(ring)。 3.加Strap。 4.将芯片的Ring连接到电源/地IO的电 源、地端口。
加布局障碍
自动布局布线软件
2012年04月18日
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IC典型流程 数字VLSI 流程
模拟IC 流程
功能要求
功能要求
Matlab
系统建模
系统建模
Modelsim,
行为设计 （Verilog /VHDL）
Questasim, Muxplus II Design Compiler
不满足 行为仿真
满足 综合、优化
在Filler栏填写Filler单元名称时要注意填写顺 序，要求宽度大的填在前面。
40nm 库中得pad filler 有以下几种：
PFILL20RN， PFILL10RN， PFILL5RN， PFILL2RN， PFILL1RN， PFILL01RN，
PFILL001RN，
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布局流程—预布局及时序分析
预布局阶段主要是对高扇出网线进行优化：
1.在设计窗口中选择InPlace->Auto Place， 2.在弹出窗口的“Stage”一栏选择“Pre-place”，并
点击菜单中的“Detail Options”按钮， 3.在“Pre-Place optimization”一栏中选择“Cell
;3.3V digital IO power/ground
dbCreateCellInst (geGetEditCell) "" "PVDD2RN" "VDD_IO" "0" "No" '(0 0) "fsk0323"
dbCreateCellInst (geGetEditCell) "" "PVSS2RN" "VSS_IO" "0" "No" '(0 0) "fsk0323"
一个完整的电源/地网络的设计还应考虑：
电压降（lR Drop） 电迁移（EM，Electromigration）
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电源/地 环规划
在核（Core）和IO单元之间加入电源/地 环（ring）。
连接内部电源/地和电源/地IO的纽带。 电源/地环上的电流是最大的，因此它的线宽
tdfPurgePadConstr
pad "CORNER1" "Bottom" insertPad 使用方法：
pad "CORNER2" "Right"
pad "CORNER3" "Top"
insertPad netName padCellName padName connectPin
pad "CORNER4" "Left" pad "VDD_IO" "left" 1
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Astro自动布局布线流程
参考库 门级网表
时序约束文件 数据输入
IO管脚排列文件
工艺文件
布局规划ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
布线
布局
静态时序分析，后仿真
时钟综合
DRC、LVS
流片
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数据输入
工艺库文件--是Foundry或IP提供商提供的各 种库（标准单元库、IO库、SRAM库和IP库） 和工艺文件 --网站下载
Astro一个进程可以打开多个cell，命令行不占 用Terminal，而Encounter一个进程只能 打开一个cell，命令行占用Terminal。
Astro能读入GDS，支持CEL view， Encounter不支持读入GDS。
Astro没有提供Calibre的接口，不能读入 Calibre DRC的结果，Encounter可以直接读入 Calibre的运行结果
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布局流程—时序设置
在设计窗口中选择Timing-> Timing Setup， 在弹出的窗口中进行用于静态时序分析的选项 设置。
0.1
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布局流程—布局选项设置
在设计窗口中选择
InPlace-
>Placement Common Options， 在弹出菜单的 “Optimiaztion Mode”一栏中选择 “Congestion”和 “Timing”，表示 选用时序和拥塞共 同驱动的布局。其 他选项可以缺省。
添加两个参考库 一个是标准单元 一个是IO
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打开设计单元（Cell）
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布局规划
确定芯片的尺寸、 模块的位置、 标准单元的排列形式、 IO单元及宏单元的位置放置、 电源和地线的分布
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布局规划--流程
整体规划
电源/地线 规划
加Pad Filler
网表
Astro，
不满足 时序仿真
满足
Encounter
版图自动 布局、布线
Modelsim, Questasim, Muxplus II
不满足 后仿真
满足
流片、封装、测试
Calibre
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真
满足 流片、封装、测试
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Matlab Spectre Virtuoso, laker Spectre
IO电源 IO地 Corner
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IO管脚排列文件--tdf
;1.1V digital core power/ground insertPad "VDD" "PVDD1RN" "VDD" "VDD"
注意空格
insertPad "VSS" "PVSS1RN" "VSS" "VSS"
布局选项设置（Set Placememt Optiom） 预布局（Pre Place ） 布局（In Place）
布局后的第一次优化（Post Place）
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布局流程—装载时序约束文件
时序约束文件（top_pad.sdc是逻辑综合软件 DC产生的）主要定义了:
芯片的工作时钟频率，时钟歪斜、抖动 输入输出延时以及输出负载
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打开设计库
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设计文件导入1/3
任意名 逻辑综合后得 到的网表的顶 层模块名
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设计文件导入2/3
设置 电源线VDD 地线VSS
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设计文件导入3/3
/home/smic/smic_40/SCC40NLL_HS_RVT_V0p1a/astro/SCC40NLL_HS_RVT_V0p1 /home/smic/smic_40/SP40NLLD2RN_3P3V_V0p2/apollo/SP40NLLD2RN_3P3V_V0p 1_7MT_1TM/
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整体规划—标准单元布局
在设计窗口中选择 Design Setup->setup floorplan
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IO摆放
IO之间的间距 取决于封装厂封 装水平
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电源/地线规划
电源/地线网络分布在整个芯片，其作用：
为每一个单元提供稳定的电压 直接关系到芯片的性能
Down Size”，其他选项缺省
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布局流程—预布局及时序分析
Slack 为负表示不满足， 需要再优化
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布局流程—布局及时序分析
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布局流程—布局后第一次优化
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工具界面
命令输入 例如：help “insertPad” 查看insertPad 命令使用方法
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创建设计库
Technology File: /home/smic/smic_40/SCC40NLL_HS_RVT_V0p1a/astro/tf/scc40nll_hs_7l m_1tm.tf
电源/地线规划
VDD 的net type 是 Power
VSS 的net type
是 Ground
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电源/地 环 与电源/地Pad 连接
再连接VSS
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加Pad Filler
加Pad Filler是为了填充IO单元与IO单元之间 的间隙，使IO连在一起。在设计窗口中选择 PostPlace->Add Pad Fillers