电子科技大学-集成电路原理实验-集成电路版图识别与提取-王向展
电子科技大学集成电路原理实验CMOS模拟集成电路设计与仿真王向展
实验报告课程名称：集成电路原理实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真小组成员：实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日2017年6月12日微电子与固体电子学院一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真二、实验学时：4三、实验原理1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。
运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。
2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。
3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。
4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。
5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。
6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。
图 1两级共源CMOS运放电路图实验所用原理图如图1所示。
图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。
M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。
其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：转换速率：SR=I5I I第一级增益：I I1=−I I2I II2+I II4=−2I I1I5(I2+I3)第二级增益：I I2=−I I6I II6+I II7=−2I I6I6(I6+I7)单位增益带宽：GB=I I2I I输出级极点：I2=−I I6I I零点：I1=I I6I I正CMR：I II,III=I II−√5I3−|I II3|(III)+I II1,III负CMR：I II,III=√I5I1+III5,饱和+I II1,III+I II饱和电压：III,饱和=√2I III功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II)四、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。
集成电路原理实验讲义
实验指导书教学单位：电子工程系课程名称：集成电路原理面向专业：电子科学与技术电子科技大学中山学院2010年2月实验指导书实验一：熟悉L-EDIT软件工具学时安排：3学时实验类别：演示性实验要求：必做￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、实验目的和任务本实验其目的在于：学会使用集成电路版图设计L-EDIT软件工具，熟练画电路版图的操作指令和各种快捷命令，并熟悉应用特定工艺库即工艺文件来实现电路。
通过该实验，使学生掌握L-EDIT的设计方法，加深对课程知识的感性认识，增强学生的设计与综合分析能力，为将来成为优秀的后端工程师做准备。
二、实验原理介绍如将设计好的电路制成实际使用的集成块，就必须利用版图工具将设计的电路采用标准工艺文件转换成可以制造的版图。
然后再将版图提交给集成电路制造厂家（foundry），完成最后的集成块制造，所以画版图的本质就是画电路原理图。
在画版图时，首先要明白工艺文件的含义，每一种工艺文件代表一条工艺线所采用的光刻尺寸，以及前后各个工序等等；其次要懂得所使用的工具步骤及各个菜单及菜单栏的内容，以便熟练使用该软件；最后对所画版图进行验证，确保不发生错误。
此外，还必须了解所使用的版图设计法则，对于不同的工艺尺寸其法则有所不同，这就要求设计者在应用该软件时，必须熟悉相应的设计法则，为完成正确的版图做准备。
该实验原理是画常用的NMOS管，画图时要求熟悉NMOS的工艺过程及设计法则。
三、实验设备介绍1.工作站或微机终端一台2.局域网3.L-EDIT版图工具软件 1套四、实验内容和步骤了解L-EDIT版图软件工具的安装，熟悉该软件工具栏的菜单功能及使用方法。
试以NMOS器件为例，调用相应的工艺文件画版图（如选用几微米的工艺线、设计法则）。
对所画的版图进行DRC验证，并修改不正确的部分。
1.安装L-EDIT仿真软件：先点击Daemon.exe文件，用虚拟光驱将.ISO文件载入，并点击L-EDIT 的Setup.exe文件即可。
集成电路实验 王向展
电子科技大学实验报告二、实验项目名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真三、实验地点：211大楼606房间四、实验学时：4五、实验目的：（1）综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计，掌握基本的IC版图布局布线技巧。
（2）学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行版图的的设计与验证六、实验原理：IC设计一般规则：①根据用途要求，确定系统总体方案②根据电路的指标和工作条件，确定电路结构与类型，然后通过模拟计算，决定电路中各器件的参数（包括电参数、几何参数等），EDA软件进行模拟仿真。
③根据电路特点选择适当的工艺，再按电路中各器件的参数要求，确定满足这些参数的工艺参数、工艺流程和工艺条件。
④按电路设计和确定的工艺流程，把电路中有源器件、阻容元件及互连以一定的规则布置在硅片上，绘制出相互套合的版图，以供制作各次光刻掩模版用。
⑤生成PG带制作掩模版⑥工艺流片⑦测试，划片封装实验模拟基于Cadence 平台的电路设计与仿真七、实验内容：1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。
2、设计一个运算放大器电路，要求其增益大于60dB, 相位裕度大于45º，功耗小于10mW。
3、根据设计指标要求，选取、确定适合的电路结构，并进行计算分析。
4、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC分析、瞬态Trans分析、建立时间小信号特性和压摆率大信号分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法。
5、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。
6、整理仿真数据与曲线图表，撰写并提交实验报告。
八、实验仪器与器材（1）工作站或微机终端一台（2）EDA仿真软件 1套九、实验结果：1、根据实验指导书熟悉UNIX操作系统常用命令的使用，掌握Cadence EDA仿真环境的调用。
2、根据设计指标要求，设计出如下图所示的电路结构。
并进行计算分析，确定其中各器件的参数。
电子科技大学 集成电路原理实验模拟集成电路版图设计与验证 王向展
实验报告课程名称：集成电路原理实验名称：模拟集成电路版图设计与验证小组成员：实验地点：科技实验大楼606实验时间：2017年6月19日2017年6月19日微电子与固体电子学院一、实验名称：模拟集成电路版图设计与验证二、实验学时：4三、实验原理1、电路设计与仿真实验2内容，根据电路的指标和工作条件，然后通过模拟计算，决定电路中各器件的参数（包括电参数、几何参数等），EDA软件进行模拟仿真。
2、工艺设计根据电路特点结合所给的工艺，再按电路中各器件的参数要求，确定满足这些参数的工艺参数、工艺流程和工艺条件。
3、版图设计按电路设计和确定的工艺流程，把电路中有源器件、阻容元件及互连以一定的规则布置在Candence下的版图编辑器内。
并优化版图结构。
四、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。
其目的在于：1、根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计，掌握基本的IC版图布局布线技巧。
2、学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行版图的的设计与验证。
通过该实验，使学生掌握CMOS模拟IC版图设计的流程，加深对课程知识的感性认识，增强学生的设计与综合分析能力。
五、实验内容1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。
2、根据实验2所得参数，自主完成版图设计，并掌握布局布线的基本技巧。
3、整理版图生成文件，总结、撰写并提交实验报告。
六、实验仪器设备（1）工作站或微机终端一台（2）EDA仿真软件1套七、实验步骤1、根据实验指导书掌握Cadence EDA仿真环境的调用。
熟悉版图编辑器Layout Editor的使用。
了解基本的布局布线方法及元器件的画法。
2、根据实验2所计算验证的两级共源CMOS运放的元器件参数如表1所示，在版图设计器里画出相应的元器件，对V+、V-、V out、V DD、GND的压焊点位置合理化放置，通过金属画线将各个元器件按实验2的电路图合理连接，避免跳线。
本科生课-集成电路版图设计-实验报告
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。
集成电路版图设计(反向提取与正向设计)
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)。
第一章 - 绪论
型IC。
王向展
2015年5月31日11时37分
15
集成电路原理与设计
双极型 P MOS 单片集成电路 MOS型 NMOS CMOS 按结构分类 BiMOS BiCMOS型 BiCMOS 厚膜混合集成电路 混合集成电路 集成电路 薄膜混合集成电路 按规模分类 SSI 、MSI、LSI、VLSI 、ULSI、GSI 组和逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路 线性电路 按功能分类 模拟电路 非线性电路 数模混合电路 按应用领域分类
Bardeen提出了表面态理论， Schokley给出了实现放大器的
基本设想，Brattain设计了实验。 1947 年12 月23 日，第一次 观测到了具有放大作用的晶体管。
王向展
2015年5月31日11时37分
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集成电路原理与设计
肖克莱(William Shockley)
巴丁(JohnBardeen)
王向展
2015年5月31日11时37分
8
集成电路原理与设计
参考资料：（1995年以前）
1. 双极集成电路分析与设计基础，贾松良，电子工业出版社，1987年。 TN431 146。 2. MOS集成电路分析与设计基础，张建人，电子工业出版社，1987。 3. CMOS VLSI设计原理和系统展望，[美]，Neil Weste著，高教出版 社。TN47 W388。 4. 超大规模集成物理学导论，童勤义，电子工业出版社， TN471。 5. 集成电路设计原理 - 模拟集成电路，复旦大学微电子教研室，高教 出版社。 TN431.1 5222。 6. 超大规模集成电路技术，[美]，施敏，科学出版社。TN49 S93。 7. 双极与MOS模拟集成电路设计，[美]，艾伦.B.格里本，上海交大出 版社。 TN431.1 9188。
版图实验报告(完美版)
图 1-9 带隙基准源的电路原理图 10、完成电路图后按 X 键检查和保存，无错误后退出；
第４页
11、回到 ic6151 界面，依次选择 File->Export->CDL,弹出 CDL Out 界面，个参数如图 1-10 所பைடு நூலகம்；
第８页
实验二： 带隙基准源电路的版图设计
一、实验目的： 1、熟悉 Linux 系统基本命令并学会使用同时熟练画 layout 的一些快捷方式； 2、掌握半导体集成电路的设计规则； 3、掌握半导体集成电路的布局布线； 4、掌握使用 Cadence Virtuoso 版图编辑软件进行模拟 IC 版图布局设计； 5、掌握如何根据电路图提取网表，从而进行 LVS 检查验证； 6、学会使用 cadence 工具对所画版图进行 DRC 验证，确保版图符合工艺设计规则； 7、学会如何看 DRC 和 LVS，以便对错误进行修改。 二、实验原理和内容： 1、设计规则： （1）同层金属之间的距离是 0.6us （2）不同电位的阱间距是 4us （3）在对差分对和电流镜的匹配时，用的共质心的原则 （4）对于电流镜和差分对这类敏感模块要用 guardring （5）对于电阻要加 dummy 2、原理：Virtuoso Layout Editor 是一种基于 LINUX 系统的 EDA 工具，用于集成电路版图 设计。该工具可以进行 DRC 和 LVS 检查验证，DRC（设计规则检查）即查看所画版图是否符 合工艺设计规则，只有通过 DRC 检查，版图才能在现有工艺条件下实现；LVS（版图和电路 图一致性比较）即查看版图是否和电路图一致，只有通过 LVS 检查，版图才能在电学特性和 电路所要实现的功能上和原电路保持完全一致。本实验利用 Cadence 画出电路原理图，然 后进行检查与验证； 3、内容：首先根据已经知道的电路原理图分析其那些器件需要匹配，将匹配的器件画在一 起，分成若干个版图模块。带隙基准源大致分为：电流镜模块，分压电阻模块，差分对模块 以及剩下的单个电阻； 4、需要用到的快捷键： F2 保存 C 键 复制 F 键 满屏 M 键 移动工具 Shift+M 合并工具 K 键 标尺工具 L 键 标签工具
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实验报告
一、实验名称：集成电路版图识别与提取
二、实验学时：4
三、实验原理
本实验重点放在版图识别、电路拓扑提取、电路功能分析三大模块，
1、仔细观察芯片图形总体的布局布线，找出电源线、地线、输入端、
输出端及其对应的压焊点。
2、判定此IC采用P阱还是N阱工艺；进行版图中元器件的辨认，
要求分出MOS管、多晶硅电阻和MOS电容。
3、根据以上的判别依据，提取芯片上图形所表示的电路连接拓扑结
构；复查，加以修正；完成电路的提取，并分析电路功能，应用Visio 或Cadence等软件对电路进行复原。
六、实验仪器设备
（1）工作站或微机终端 1台
（2）芯片显微图片 1张
图1
1、观察芯片布局明确V DD、GND、V in1、V in
2、V out、Test的压焊点。
2、根据V DD连接的有源区可以判断为PMOS管，根据比较环数推测出
此IC采用了P阱工艺。
3、确定P阱工艺后，从输入端开始逐一对元器件及其连线进行辨认。
从输入端出来，直接看到在输入压焊点到输入管之间有一段多晶硅，但又无连线的“交叉”出现，排除了“过桥”的可能，初步判断为电阻，再根据其后的二极管可以判定为是与二极管组成保护电路最终与输入管相接，可断定是输入端起限流作用的电阻。
其中绿色圈标识有大片的多晶硅覆盖扩散区的区域判断为MOS电容。
图2
2、可见，实验图片为一个采用CMOS P阱工艺制造的放大器电路，该电路为典型的差分放大输入级。
由电路图可以看出，器件连接方式正确，逻辑上能完成确定的功能，说明提取结果是正确的。
3、整个实验过程是对IC逆向设计的尝试，IC逆向设计是IC设计的一条关键技术之一，一方面可借鉴并消化吸收先进、富有创意的版图
步提取；
由将二者提取的电路结合所学知识修改、完善，并最终确定电路；
由用Cadence 软件搭建出所提取的电路，并完善布局；
最后，由二者共同完成该实验报告。
报告评分：指导教师签字：。