芯片設計——CMOS模擬集成電路版圖設計與驗證:基于Cadence IC 6.1.7 第2版
定 價:149 元
叢書名:半導體與集成電路關鍵技術叢書微電子與集成電路先進技術叢書
- 作者:陳鋮穎陳黎明蔣見花王興華
- 出版時間:2023/11/1
- ISBN:9787111737803
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TN402
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書聚焦CMOS模擬集成電路版圖設計領域,從版圖的基本概念、設計方法和EDA工具入手,循序漸進介紹了CMOS模擬集成電路版圖規(guī)劃、布局、設計到流片的全流程;詳盡地介紹了目前主流使用的模擬集成電路版圖設計和驗證工具——Cadence IC 6.1.7與Siemens EDA Calibre Design Solutions (Calibre);同時展示了運算放大器、帶隙基準源、低壓差線性穩(wěn)壓器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器等典型模擬集成電路版圖的設計實例,并結(jié)合實例對LVS驗證中的典型案例進行了歸納和總結(jié);最后對集成電路設計使用的工藝設計工具包內(nèi)容,以及參數(shù)化單元建立方法進行了討論。
本書通過結(jié)合基礎、工具和設計實踐,由淺入深,使讀者深刻了解CMOS模擬集成電路版圖設計和驗證的規(guī)則、流程和基本方法,對于進行CMOS模擬集成電路學習的高年級本科生、研究生,以及從事集成電路版圖設計與驗證的工程師,都能提供有益的幫助。
進入21世紀以來,CMOS(互補金屬氧化物半導體)工藝仍是模擬、邏輯集成電路的主流工藝,并在后摩爾時代,向著納米級繼續(xù)發(fā)展。作為集成電路最為經(jīng)典的設計形式,CMOS模擬集成電路在當今快速發(fā)展的技術革新中依然占據(jù)著不可動搖的地位。而其中的模擬集成電路版圖設計與驗證,又是電路設計到物理實現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)。
與數(shù)字集成電路版圖主要依據(jù)工具實現(xiàn)不同,模擬集成電路版圖主要依靠設計者手動實現(xiàn),設計者的技術水平和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗都是一款芯片成敗的關鍵因素。因此本書依托版圖設計工具Cadence IC 6.1.7和物理驗證工具Siemens EDA Calibre Design Solutions (Calibre),從模擬集成電路版圖的基本概念、方法入手,通過運算放大器、帶隙基準源、低壓差線性穩(wěn)壓器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器等典型模擬集成電路版圖的設計實例,向讀者介紹模擬集成電路版圖設計的理論基礎和實用設計方法,以供從事CMOS模擬集成電路版圖設計的讀者參考討論之用。
本書內(nèi)容主要分為6個部分,共12章內(nèi)容:
第1章首先介紹目前快速發(fā)展的先進集成電路器件的理論知識,包括納米級FinFET(鰭式場效應晶體管)、FD-SOI(全耗盡-絕緣襯底上硅)和碳基晶體管的特點和物理特性。分析了先進工藝節(jié)點中的版圖相關效應及解決方案。同時對模擬集成電路中的gm/ID設計方法進行詳細分析。
第2章重點討論CMOS模擬集成電路設計的基本流程、模擬集成電路版圖定義,之后分小節(jié)討論CMOS模擬集成電路版圖的概念、設計、驗證流程、布局和布線準則,以及通用的設計規(guī)則。
第3~6章分章節(jié)詳細介紹了版圖設計工具Cadence IC 6.1.7、物理驗證工具Siemens EDA Calibre、DRC/LVS規(guī)則定義、修改法則,以及完整的CMOS模擬集成電路版圖設計、驗證流程。
第7~10章介紹運算放大器、帶隙基準源、低壓差線性穩(wěn)壓器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、標準輸入輸出單元庫等基本模擬電路版圖規(guī)劃、布局,以及設計的基本方法。
第11章對Siemens EDA Calibre中LVS驗證的常見問題進行了歸納和總結(jié),希望幫助讀者快速掌握版圖驗證的基本分析技巧。
第12章對集成電路設計所使用的工藝設計工具包進行了介紹和討論,分析了所包含的規(guī)則文件和器件模型。
本書內(nèi)容詳盡豐富,具有較強的理論性和實踐性。本書由廈門理工學院光電與通信工程學院陳鋮穎老師主持編纂,北京郵電大學陳黎明老師、北京大學蔣見花老師和北京理工大學王興華老師一同編寫完成。其中蔣見花老師完成了第1章的編寫,王興華老師進行了第2章的撰寫工作,陳鋮穎老師完成了第3~11章的編寫,第12章由陳黎明老師編寫完成。同時感謝中國電子科技集團公司第四十七研究所高級工程師范軍,北京中電華大電子設計有限責任公司工程師王鑫,廈門理工學院微電子學院陳智峰、廖文麗、陳繼明、陳煌偉同學在查找資料、文檔整理、文稿審校方面付出的辛勤勞動,正是有了大家的共同努力,才使本書得以順利完成。
本書受到廈門市重大科技計劃項目(3502Z20221022)和廈門理工學院教材建設基金項目資助。
由于本書涉及器件、電路、版圖設計等多個方面,受時間和編者水平限制,書中難免存在不足和局限,懇請讀者批評指正。
編者2023年7月
第2版前言
第1版前言
第1章先進集成電路器件1
1.1概述1
1.2平面全耗盡絕緣襯底上硅
(FD-SOI )MOSFET4
1.2.1采用薄氧化埋層的原因5
1.2.2超薄體中的二維效應8
1.3FinFET11
1.3.1三柵以及雙柵FinFET12
1.3.2實際中的結(jié)構選擇19
1.4碳基晶體管20
1.4.1碳納米管20
1.4.2碳納米管場效應晶體管22
1.5版圖相關效應26
1.5.1阱鄰近效應27
1.5.2淺槽隔離應力效應29
1.6基于gm/ID的設計方法35
1.6.1模擬集成電路的層次
化設計35
1.6.2gm/ID設計方法所處的
地位36
1.6.3gm/ID設計方法的優(yōu)勢37
1.6.4基于Vov的設計方法38
1.6.5gm/ID設計方法詳述42
1.6.6基于gm/ID的設計實例46
第2章CMOS模擬集成電路
版圖基礎48
2.1CMOS模擬集成電路設計
流程48
2.2CMOS模擬集成電路版圖
定義51
2.3CMOS模擬集成電路版圖
設計流程52
2.3.1版圖規(guī)劃53
2.3.2版圖設計實現(xiàn)54
2.3.3版圖驗證55
2.3.4版圖完成56
2.4版圖設計通用規(guī)則57
2.5版圖布局59
2.5.1對稱約束下的晶體管級
布局60
2.5.2版圖約束下的層次化布局61
2.6版圖布線65
2.7CMOS模擬集成電路版圖
匹配設計69
2.7.1CMOS工藝失配機理69
2.7.2元器件版圖匹配設計
規(guī)則71
第3章Cadence Virtuoso 6.1.7
版圖設計工具74
3.1Cadence Virtuoso 6.1.7界面
介紹74
3.1.1Cadence Virtuoso 6.1.7
CIW界面介紹75
3.1.2Cadence Virtuoso 6.1.7
Library Manager界面介紹81
3.1.3Cadence Virtuoso 6.1.7
Library Path Editor操作
介紹101
3.1.4Cadence Virtuoso 6.1.7
Layout Editor界面介紹111
3.2Virtuoso 基本操作141
3.2.1創(chuàng)建圓形141
3.2.2創(chuàng)建矩形142
3.2.3創(chuàng)建路徑143
3.2.4創(chuàng)建標識名144
3.2.5調(diào)用器件和陣列145
3.2.6創(chuàng)建接觸孔和通孔147
3.2.7創(chuàng)建環(huán)形圖形148
3.2.8移動命令149
3.2.9復制命令150
3.2.10拉伸命令151
3.2.11刪除命令152
3.2.12合并命令153
3.2.13改變層次關系命令154
3.2.14切割命令155
3.2.15旋轉(zhuǎn)命令156
3.2.16屬性命令157
3.2.17分離命令159
3.2.18改變形狀命令160
3.2.19版圖層擴縮命令160
第4章Siemens EDA Calibre
版圖驗證工具162
4.1Siemens EDA Calibre版圖
驗證工具簡介162
4.2Siemens EDA Calibre版圖
驗證工具調(diào)用163
4.2.1采用內(nèi)嵌在Cadence Virtuoso
Layout Editor工具啟動163
4.2.2采用Calibre圖形界面
啟動165
4.2.3采用Calibre查看
器啟動166
4.3Siemens EDA Calibre DRC
驗證168
4.3.1Calibre DRC驗證簡介168
4.3.2Calibre Interactive nmDRC
界面介紹171
4.3.3Calibre nmDRC驗證
流程舉例178
4.4Siemens EDA Calibre nmLVS
驗證187
4.4.1Calibre nmLVS驗證
簡介187
4.4.2Calibre nmLVS界面
介紹188
4.4.3Calibre LVS驗證流程
舉例200
4.5Siemens EDA Calibre寄生
參數(shù)提取(PEX)211
4.5.1Calibre PEX驗證簡介211
4.5.2Calibre PEX界面介紹212
4.5.3Calibre PEX流程舉例224
第5章Calibre驗證文件231
5.1Virtuoso Techfile232
5.1.1Virtuoso Techfile內(nèi)容232
5.1.2修改示例233
5.2Virtuoso Layer Map235
5.2.1Virtuoso Layer Map內(nèi)容236
5.2.2示例:Virtuoso Layer
Map修改方法236
5.3Virtuoso Symbol CDF236
5.3.1Virtuoso Symbol CDF
內(nèi)容237
5.3.2示例: Virtuoso參數(shù)
修改方法238
5.4SVRF語言240
5.4.1SVRF基本符號使用240
5.4.2SVRF基本 math
function241
5.4.3SVRF 基本格式241
5.4.4Layer Operations運算
輸出242
5.5DRC rule243
5.5.1DRC rule內(nèi)容244
5.5.2DRC rule主要operation244
5.5.3DRC rule 驗證方法246
5.5.4修改示例246
5.6LVS(PEX)rule249
5.6.1LVS rule內(nèi)容249
5.6.2LVS rule器件定義250
5.6.3LVS rule驗證方法250
5.6.4示例:pdio18e2r LVS
rule添加方法250
第6章CMOS模擬集成電路版
圖設計與驗證流程253
6.1設計環(huán)境準備253
6.2單級跨導放大器電路的建立
和前仿真259
6.3跨導放大器版圖設計270
6.4跨導放大器版圖驗證與
參數(shù)提取281
6.5跨導放大器電路后仿真298
6.6輸入輸出單元環(huán)設計304
6.7主體電路版圖與輸入輸出
單元環(huán)的連接312
6.8導出GDSII文件317
第7章運算放大器的版圖
設計320
7.1運算放大器基礎320
7.2運算放大器的基本特性和分類321
7.2.1運算放大器的基本特性321
7.2.2運算放大器的性能參數(shù)322
7.2.3運算放大器的分類326
7.3單級折疊共源共柵運算
放大器的版圖設計331
7.4兩級全差分密勒補償運算
放大器的版圖設計336
7.5電容—電壓轉(zhuǎn)換電路版圖
設計340
第8章帶隙基準源與低壓差線性
穩(wěn)壓器的版圖設計348
8.1帶隙基準源的版圖設計348
8.1.1帶隙基準源基本原理348
8.1.2帶隙基準源版圖設計
實例354
8.2低壓差線性穩(wěn)壓器的版圖
設計358
8.2.1低壓差線性穩(wěn)壓器的
基本原理359
8.2.2低壓差線性穩(wěn)壓器版圖
設計實例361
第9章模-數(shù)轉(zhuǎn)換器版圖
設計366
9.1性能參數(shù)366
9.1.1靜態(tài)參數(shù)367
9.1.2動態(tài)特性369
9.1.3功耗指標372
9.1.4抖動372
9.2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構及版圖
設計373
9.2.1快閃型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器
(Flash ADC)373
9.2.2快閃型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器版圖
設計376
9.2.3流水線模-數(shù)轉(zhuǎn)換器基礎
(Pipelined ADC)382
9.2.4流水線模-數(shù)轉(zhuǎn)換器版圖
設計391
9.2.5逐次逼近模-數(shù)轉(zhuǎn)換器
(Successive Approximation
ADC )392
9.2.6逐次逼近模-數(shù)轉(zhuǎn)換器
版圖設計398
9.2.7Sigma-delta模-數(shù)轉(zhuǎn)
換器401
9.2.8Sigma-delta調(diào)制器
版圖設計418
9.3混合信號集成電路版圖設計420
第10章標準輸入輸出單元庫
版圖設計424
10.1標準輸入輸出單元庫概述424
10.1.1標準輸入輸出單元庫
基本性能參數(shù)425
10.1.2標準輸入輸出單元庫
分類426
10.2輸入輸出單元庫基本電路
結(jié)構427
10.2.1數(shù)字雙向模塊基本
電路結(jié)構427
10.2.2模擬輸入輸出模塊
基本電路結(jié)構432
10.2.3電源與地模塊基本
電路結(jié)構434
10.2.4切斷單元與連接單元434
10.3輸入輸出單元庫版圖設計435
10.3.1數(shù)字輸入輸出單元
版圖設計435
10.3.2模擬輸入輸出單元的
制作448
10.3.3焊盤(PAD)的制作449
第11章Calibre LVS常見錯誤
解析452
11.1LVS錯誤對話框(RVE
對話框)452
11.2誤連接460
11.3短路462
11.4斷路463
11.5違反工藝原理464
11.6漏標468
11.7元件參數(shù)錯誤469
第12章工藝設計工具包471
12.1PDK概述471
12.2輸入輸出單元庫473
12.3模擬PDK文件包478
12.4邏輯PDK文件包480
12.5工藝設計工具包開發(fā)簡述481
參考文獻483