模拟集成电路设计软件使用教程

模拟集成电路设计软件实验教程2006年4月目录实验一自上而下(Top-Down)的电路设计 (3)Lab 1.1 启动软件 (3)Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 (3)Lab 1.3 电路图输入 (7)Lab 1.4 模块的创建 (10)Lab 1.5 电源的创建 (12)Lab 1.6 建立运放测试电路 (14)实验二使用Spectre Direct进行模拟仿真 (17)Lab 2.1 运行仿真 (17)Lab 2.2 使用激励模板 (28)Lab 2.3 波形窗的使用 (32)Lab 2.4 保存仿真状态 (36)Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口 (37)实验一自上而下(Top-Down)的电路设计Lab 1.1 启动软件实验目的:掌握如何启动模拟电路设计环境.实验步骤:1.进入Linux界面后,点击鼠标右键,选中New Terminal,则会弹出一个交互终端.2.进入教程所在目录后,输入命令cd Artist446 (注意:cd后必须有空格;命令行大小写敏感)3.在同一个交互终端内,输入命令icms &,在屏幕底部会出现一个命令交互窗(Command Interpreter Window,CIW).如果出现What’s New窗口,可使用File-Close命令关闭.Lab 1.2 自上而下的系统级仿真实验目的:掌握如何对含AHDL模块的模块级设计进行仿真.实验步骤:1.在CIW中选择Tool-Library Manager,会弹出库管理器(Library Manager).2.在库管理器中,用鼠标左键选中training,则cell中会显示出training库中所有的cell;在training的所有cell中用左键选中peakTestv;用鼠标中键(或右键)打开(open)view 中的schematic.将会出现如下图所示的测试电路:3.将鼠标置于图中peakDetectv模块上,当该模块四周出现一高亮黄色虚线框时,点击左键选中该模块,则模块四周线框变为白色实线框.4.选择Design-Hierarchy-Descend Edit,弹出Descend对话框,将View Name设置为schematic,然后点击OK.则出现peakDetectv模块的电路图:阻和nmos器件,所有其余的器件都是用Verilog-A(一种模拟HDL语言)编写的.使用Verilog-A语言支持自上而下的设计方法.5.选中peakDetectv电路图中的Ampv模块,Design-Hierachy-Descend Edit,在Descend对话框中将View Name设置为veriloga,点击OK.将出现文本编辑窗,可对窗内的文本进行编辑.退出该编辑窗可敲击键盘左上角的Esc键,然后在文本编辑窗中输入:q!,回车即可.6.在电路图窗口选择Tool-Analog Environment,弹出模拟设计环境仿真(AnalogDesign Environment Simulation)窗口,同时可再次弹出peakTestv电路图.7.在该仿真窗口中选择Setup-Simulator/Directory/Host;在随后出现的ChoosingSimulator对话框中,将仿真器(Simulator)设置为spectre,点击OK.8.在该仿真窗口中选择Setup-Model Libraries,弹出模型库建立(Models Library Setup)对话框;如图,在该对话框的Model Library File中如图输入后,点击Add,然后OK.9.在该仿真窗口中,点击Choose Analysest图标,弹出Choosing Analyses框;如图所示,选择tran和Enabled,截止时间写入390u;然后点击OK10.如步骤4所示,打开peakDetectv的电路图,并在仿真窗口中选择Outputs-To BePlotted-Select On Schematic.按照电路图窗口底部的命令行提示,左键选中图中与标有vinput,vcap和vcontrol的管脚相连的连线,这些被选中的连线会以特殊的颜色显现出来.11.将鼠标置于电路图窗口中,点击Esc键.注意在仿真窗口输出部分的更新信息是否如下图所示:信号vcontrol的名字是I54/vcontrol.12.在仿真窗口中选择Simulation-Netlist and Run开始仿真,或者可以点击右侧Netlist and Run图标,仿真成功后会自动输出如下曲线:13.退出仿真窗口,选择Session-Quit.14.退出电路图窗口,选择Windou-Close;在弹出的Save Change框中点击No.15.在被仿真环境激活的窗口中,选择File-Close Window,退出仿真环境.Lab 1.3 电路图输入实验目的:掌握如何创建一个库,如何创建一个双极CMOS(Bi-CMOS)运算放大器.实验步骤:1.在CIW窗口中,选择File-New-Library;在弹出的New Library框中,确认Directory下的路径被设置为~/Artist446(~可以被扩展为绝对路径),并选择Don’t need a techfile,如图所示:2.点击OK.并在库管理器窗口中确认mylib库已经列入其中.3.在CIW或库管理器中选择File-New-Cellview,如下图所示建立新文件:4.点击OK.弹出一个空白的电路编辑窗口,用于下面步骤中放大器设计图的输入5.在该电路编辑窗口中,点击左侧的Instance图标,弹出添加器件(AddInstance)对话框.确认框中的View Name设置为symbol.按照下面表格输入欲添加器件的器件参数,并点击左键将器件置于图中适宜位置.或可使用框中Browse键添加器件.Library Name Cell Name PROPERTIES/COMMENTSanalogLib pnp For Q2,Q3,Q4:Model Name=trpnp(no quotes) analogLib npn For Q0,Q1:Model Name=trnpn(no quotes) analogLib pmos4 For M1:Model Name=trpmos(no quotes)Length=8u,Width=iPar("l")*16analogLib pmos4 For M3:Model Name=trpmos(no quotes)Length=iPar("w")/16,Width=128uanalogLib nmos4 For M2,M5:Model Name=trnmos,Width=100u,Length=10uanalogLib res Resistance=2.5KanalogLib cap Capacitance=CAP(Design Variable)analogLib vdd,vss如果参数值设置错误,可采用Edit-Properties-Objects进行修改;如果器件放置位置不当,可采用Edit-Move命令加以调整.6.器件放置完毕后,点击器件添加对话框中的Cancel键,或鼠标置于电路图窗口中时敲击Esc键.7.点击电路图窗口的添加管脚图标,弹出添加管脚(Add Pin)对话框;严格按照顺序依次输入管脚名称(各名称间需留有空格),Direction设置为input,Usage设置为schematic,如下图所示:用左键将管脚置于图中合适位置(可使用右键调整管脚方向).8.点击细连线图标,并用左键完成器件间连线.点击命令选项图标或F3调整连线参数(建议将Draw Mode设置为route,将Route Method设置为full);连线完毕后,将鼠标箭头置于电路图中,敲击Esc键即可退出连线模式.9.点击添加连线名称图标,在添加连线名称对话框中依次输入连线名称vdd！gnode(之间需留有空格),用左键在电路图中添加连线名称.vdd!添加到M1和M2基极连线上,gnode添加到M5和M2的栅极连线上(注:标有!代表为全局变量).将鼠标箭头置于电路图中,敲击Esc键即可退出添加连线名称模式.10.最终可得电路图如下图所示:11.点击左侧检查并存图图标.观察CIW的输出区域(如下图所示)表明无错误,并已正确存图.Lab 1.4 模块的创建实验目的:掌握如何为一个双极CMOS(Bi-CMOS)运算放大器创建模块.实验步骤:1.在运放的电路图中选择Design-Create Cellview-From Cellview,弹出CellviewFrom Cellview对话框.激活对话框中的Edit Options选项后,可对模块的外观进行调整.2.确认From View Name设置为schematic,To View Name设置为symbol,Tool/DataType设置为Composer-Symbol.如下图所示:3.点击OK.弹出模块生成(Symbol Generation)对话框,并在该框内进行管脚规格的调整.如下图所示:4.点击OK.一个新的窗口内会自动生成一个放大器模块,如图:(图a)观察CIW输出框,可知一个模拟器件描述格式(analog Component Description,CDF)已经生成.可进一步将上图中的模拟器件外观调整为如下图中所示:(图b)5.左键选中图a中绿色矩形框,点击删除图标;选择Add-Shape-Polygon,按照电路图底部的提示,在图中画上三角形外观.如果对所画线条不满意,可使用Backspace键删除刚画出的最后一条线.画完最后一笔时,双击鼠标左键即可完成画图.6.点击电路图窗口中的移动(Move)图标,并将inp管脚移至图b中所示位置.再用类似方法移动inm和iref管脚.7.用Edit-Rotate命令,按照电路图底部的提示旋转iref标签,并用Move移动到合适的位置.8.左键选定标签cdsParam(3)并删除.9.左键选中整个红色矩形框,并删除.10.点击Selection Box图标,或选择Add-Selection Box.在Add Selection Box对话框中点击Automatic,则自动添加生成一个红色选择框.11.选择伸展(Stretch)图标,调整iref管脚的长度以适合新的选择框.可能需要再次移动iref和cdsTerm(“iref”)标签.12.利用shift键,同时选中cdsParam(1)和cdsParam(2)标签,并将它们移到图b中所示的位置.13.将cdsName()标签移到图b所示位置.14.可选择Add-Note-Note Text在电路图中添加必要的说明文档.Lab 1.5 电源的创建实验目的:掌握如何创建一个电源来为电路供电实验步骤:1.在CIW或库管理器中选择File-New-Cellview,建立如下对话框:2.点击OK.弹出一个空白电路图编辑窗用于输入电源设计电路.3.在电路图编辑窗中,选择Design-Create Cellview-From Cellview,在弹出的Cellview From Cellview框中点击OK;弹出”模块生成选项”(Symbol Generation Options)框. 如下图所示,在Top Pins后填入VDD VSS后点击OK.4.注意观察CIW输出信息表明一个模拟CDF已经生成.同时弹出的窗口中显示出生成的电源模块.如下图:5.将上图调整为如下图所示,并在编辑完成后保存(Save)模块;选择Window-Close退出电路图编辑窗即可.Lab 1.6 建立运放测试电路实验目的:用双极CMOS(Bi-COMS)运算放大器建立一个运放测试电路实验步骤:1.在CIW或库管理器中选择File-New-Cellview,弹出”创建新文件”(Creat New File)框,并在进行如下设置后点击OK:2.在弹出的空白电路编辑窗中将建立一个增益为3的运放,具体器件参数见下表: Library Name Cell Name PROPERTIES/COMMENTSmylib amplifiermylib supply VDD=5,VSS=-5analogLib vsin For V2:AC Magnitude=1,Amplitude=50m,Frequency=1M,Offset voltage=0analogLib idc For 14:DC current=500uanalogLib res For R1:Resistance=20KanalogLib res For R0:Resistance=10KanalogLib vdd,vss得到如下电路图后保存::实验二用Spectre Direct进行模拟仿真Lab 2.1 运行仿真实验目的:对运放测试电路进行仿真实验步骤:1.在运放测试电路的电路编辑窗中选择Tools-Analog Environment,弹出模拟电路设计环境仿真窗(Analog Circuit Design Environment Simulation)2.在仿真窗中选择Setup-Simulator/Directory/Host,确认弹出框中Simulator后设置为spectre后,点击OK.3.选择Setup-Simulation Files, 确认弹出框中的Include Path后设置为./Model,如下图所示:可以加入更多的路径,只要在各路径之间插入空格即可.4.在仿真窗口中,选择Setup-Model Libraries,弹出模型库建立(Model LibrarySetup)菜单;在该菜单中如下图所示,在Model Library File中输入myModels.scs5.点击Add,则刚刚输入的路径转移到上面的框中.若想查看这个模型文件的文件内容,则选中该文件,并点击Edit File.如下图所示:弹出文件内容如下:使用”Esc : q! 回车”或File-Close均可退出该文件编辑窗.在Simulation Files Setup框中点击OK,完成模型库的建立.6.在仿真窗中,点击选择分析图标,弹出”选择分析”(Choosing Analyses)框.7.为进行瞬态分析(Transient Analysis)进行如下设置,如下图:1.在Analysis后选择tran;2.在Stop Time后设置为3u;3.选中Enabled;4.点击Apply.8.为进行交流分析(AC Analysis)进行如下设置,如下图:a.在Analysis后选择ac;b.在Sweep Variable下选择Frequency;c.在Sweep Range下选中Start-Stop,并将扫频范围设置为100-200M;d.将Sweep Type设置为Logarithmic,选中Points Per Decade后,设置参数为20;e.选中Enabled;f.点击Apply.9.为进行直流分析(DC Analysis)进行如下设置,如下图:a.在Analysis部分选择dc;b.在DC Analysis部分,激活Save DC Operating Point;c.激活Enabled;10.在Choosing Analyses框中点击OK,完成设置.11.在仿真窗中点击编辑变量(Edit Variables)图标,弹出编辑设计变量(Editing Design Variables)框.12.点击该框底部的Copy From键,软件会自动对整个电路设计进行扫描,把找到的所有变量都列在Table of Design Variables下;(如下图所示)13.在运放设计电路图中找到CAP变量a.左键选中Teble of Design Variables中的CAP变量后,点击Find(如上图所示)发现图中的运放已被高亮矩形框选中;b.选择Design-Hierarchy-Descend Editc.在弹出框中将View Name设置为schematic,然后点击OK;则弹出运放的电路图结构;d.再次点击上图中的Find,会看到图中的电容器件已被矩形高亮框选中,即已经在图中找到CAP变量;e.Design-Hierarchy-Return命令,返回到上层运放测试电路图14.设置CAP变量的值:如上图所示,选中CAP变量,在Value后输入0.8p;然后点击Change(注意Teble of Design Variables中的参量更新)15.点击框底部的Copy to,将刚刚设置的值写回电路图中;保存,将该值存在电路图中;16.点击上图框中的OK或Cancel;在运放测试电路中点击Check and Save,保存设置;17.在仿真窗中选择Outputs-Save All,弹出保存选项(Save Option)框;确认”选择保存输出信号”(Select signals to output(save))为allpub后,点击OK.如下图所示:18.在仿真窗口中通过Outputs-To Be Saved-Select On Schematic,选择保存特定终端的电流值.注意运放测试电路图窗口底端的提示.19.在电路图中点击20K反馈电阻两端,电阻两端被椭圆圈出,表明通过该处的电流值将被保存下来20.鼠标位于电路图窗中时,敲击Esc,退出选择状态.21.选择Outputs-To Be Plotted-Select On Schematic,按照电路图窗口底部的提示选中标有vin和out的结点.22.鼠标位于电路图窗中时,敲击Esc,退出选择状态.注意仿真窗口中的输出部分的信息更新,如下图所示:23.在仿真窗中,选择Simulation-Netlist-Create.弹出一个显示分层网表的窗口.注意你输入的所有变量和仿真设置在网表中是如何描述的.如果在生成网表的过程中遇到错误,可查看CIW中的输出信息,检查输入的所有数据是否正确.24.若对电路图加以改动,则要重新生成新的网表Simulation-Netlist-Recreate.25.选择File-Close Window关闭网表窗口.26.在仿真窗中选择Simulation-Run,或点击窗口右侧的运行(Run)图标开始仿真.(可以选择Simulation-Netlist and Run或点击Netlist and Run图标,生成网表并仿真)当仿真开始时,在CIW窗口中有信息出现,同时,弹出一个独立的Spectre输出窗口,如下图:可通过File-Close Window关闭这个窗口.27.当仿真结束后,瞬态响应图和交流分析图自动弹出:28.在仿真窗中选择Session-Save State,弹出保存状态(Saving State)框;将Save As设置为state1,并且确认在What to Save后的所有选项均已被选中.29.点击OK,仿真器的状态被保存下来.30.如下图所示,用control键同时选中ac和dc,选择Analyses-Disable.可发现ac和dc后面变为”no”,而tran后仍为”yes”31.双击上图中tran所在行,弹出选择分析(Choosing Analyses)框;点击框底部的Options,弹出瞬态选项(Transient Options)框.将TIME STEP PARAMETERS下的maxstep设置为100p32.点击Apply.33.选择Simulation-Run或点击Run图标,开始仿真.在Spectre的输出窗口中,当看到第一个仿真时间点时点击波形输出图标或选择Result-Plot Outputs-Transient,输出当时的图像;再次点击波形输出图标,观察更新后的输出图像.仿真结束后,波形窗中显示出3u的仿真数据,如下图:注意:当仿真结束后,要将设置的最大步长100p删除,点击Apply或OK.点击Cancel 关闭Choosing Analyses框.34.在仿真窗中选择Session-Load State;在弹出的Loading State窗中State Name后选择state1;使What to Load下的Waveform Setup失效;点击OK.35.在运放测试电路图编辑窗中,选择Design-Probe-Remove All,删除所有可能残留的标记仿真结果的彩色探针.36.File-Close Window关闭仿真输出窗口.37.保留仿真窗口,波形窗口和所有其他的设计窗口不变.Lab 2.2 使用激励模板实验目的:使用图形激励模板为运放测试电路提供激励实验步骤:1.将运放测试电路的左侧部分调整为如图所示,并检查并保存会看到一条警告信息出现在电路图检查框(Schematic Check box)中.注意电路编辑窗中的闪烁标志,这些标志提示未连接的终端.暂时忽略警告信息,点击Close关闭该窗口.2.设置输入激励.在仿真窗中,选择Setup-Stimuli,弹出建立模拟激励(Setup Analog Stimuli)框.确认框中的Stimulus Type设置为Inputs,并按照下图进行参量设置:3.设置全局激励.设置Stimulus Type为Global Sources; 分别设置vdd和vss为直流5v,-5v;设置完毕后点击OK.如下图:4.在仿真窗中选择Simulation-Netlist-Recreate.生成网表.选择File-Close Window关闭网表.5.选择Simulation-Run或开始仿真,仿真结束后自动弹出波形窗口:6.将电路图复原到原状态时,若不关闭刚刚创建的激励,则它将和原电路图中的电源并列而出错.所以,选择Setup-Stimuli,在弹出的窗口中将所有的激励输入改为OFF,点击Apply和OK.7.将电路图恢复为如图所示,并点击检查并保存:8.在运放测试电路编辑窗中选择Design-Probe-Remove All,删除所有可能残留的标记仿真结果的彩色探针.9.在运放测试电路编辑窗中选择Simulation-Netlist-Recreat,弹出网表.选择网表窗中的File-Close Window关闭该网表.10.选择Simulation-Run或点击,仿真结束后出现波形如下:如果出现错误信息,检查是否由于某些图形激励仍然处于激活状态(ON).11.关闭仿真输出窗,保留仿真窗,波形窗和所有其他设计窗口.Lab 2.3 波形窗的使用实验目的:研究波形窗的特点及使用实验步骤:1.左键点击子窗口1的数字1,使之高亮显示,再选择Axis-Strips;同样方法对子窗口2进行处理,得到图形如下:2.选择Trace-Delta Cursor调出测量标尺,并注意观察波形图下方的数字显示:3.左键双击子窗口右上角的数字,调出图形属性(Graph Attributes);在此框中可进行图形标题和子标题的设置,对坐标系外观进行调整等操作.4.双击Y轴图标(V)或Axes-Eidt,调出Y轴属性框,可对Y轴属性进行编辑;同理,可双击X轴图标freq(HZ)或Axes-Eidt,调出X轴属性框,可X轴属性进行编辑.5.直接输出增益和相位曲线:a.在仿真窗口中,选择Result-Direct Plot-AC Magnitude & Phaseb.按照运放测试电路编辑窗底部的提示,选择图中标有out的结点,保持鼠标置于电路编辑窗中,敲击Esc,弹出增益和相位曲线波形.6.保存仿真结果:在仿真窗中,选择Result-Save;在弹出的保存结果(Save Result)框中仅做如下改动即可点击OK:仿真结果保存在名为original.CAP的目录下.7.更新设计变量并再次仿真:a.双击仿真窗口中Design Variables中的CAP,在弹出的编辑设计变量(EditingDesign Variables)框中将值改为0.4pb.点击Apply & Run SimulationCAP的值更新后,在不生成网表的情况下仿真,因此速度会有所提高.c.点击编辑设计变量(Editing Design Variables)框中的Cancel.d.在仿真窗中,选择Result-Save,进行如图更新设置后点击OK8.载入以前仿真的结果并比较a.在仿真窗口中选择Result-Selectb.在结果选择(Select Result)窗中,左键双击original.CAP CAP=0.8pF或选中该项后点击OK仿真窗的底部信息表明original.CAP目录中的数据已经载入到仿真环境中了Lab 2.4 保存仿真状态实验目的:掌握如何保存并恢复一个设计和仿真窗口的状态实验步骤:1.在CIW窗口中,选择Option-Save Defaults.2.如图设置Save Defaults内容后,点击OK:3.在Cadence软件运行过程中载入一个默认文件,可在CIW中输入envLoadFile(“~/.cdsenv”)4.在CIW窗口中,选择Option-Save Session.在弹出的Save Session框中不做任何改动,点击OK即可将系统状态保存在特定文件中了.5.恢复系统状态:a.在CIW中,选择File-Exit退出设计状态.b.在交互界面中输入cd ~/Artist446c.再在同一个交互界面中输入icms –restore cdsSession.save &可发现CIW,设计窗,仿真窗和波形窗都复原到屏幕上原来的位置.6.在恢复的环境中运行仿真:选择Simulation-Run或Run开始仿真;CIW中的结果报告表明仿真成功,瞬态和交流响应的波形以自动弹出.7.将所有的仿真窗和运放测试电路窗口保持不变.Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口实验目的:掌握如何将仿真结果注释在电路图窗口实验步骤:1.从顶层运放测试电路进入运放内部电路,在仿真窗中选择Results-Annotate-DC Operating Points,则所有的静态工作点都注释在每一个器件的旁边,如下图:2.将静态工作点输出到一个独立的窗口中:a.在仿真窗中,选择Result-Print-DC Operating Point;b.按照电路窗底部的提示选中npn输出晶体管,则结果显示窗中输出所选晶体管的静态工作点c.选中图中电阻,观察结果输出窗口中的变化d.注意该结果输出窗口中菜单条中的三个命令:Window,Expressions和Info;使用这些命令可以保存数据,打印数据,重定数据格式并打印,重命名.e.选择Window-Close关闭结果输出窗口.f.鼠标置于电路图窗口中,敲击Esc直到在工具提示行中不再有信息出现3.返回电路顶层运放测试电路;在Save Change对话框中点击No.。