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1、摘要摘 要近年来随着IC设计要求的不断发展，集成电路版图设计是实现集成电路制造所必不可少的设计环节，它不仅关系到集成电路的功能是否正确，而且也会极大程度地影响集成电路的性能、成本。而集成电路中的bandgap可以在温度和电压不稳定的环境中保持稳定的参考电压，被广泛运用于比较器、A/D转换器等模拟电路及数模混合信号集成电路中，其性能直接影响整个系统的精度和性能。因此，bandgap版图设计的研究非常有意义。本文基于Cadence 版图设计软件平台，采用XFAB0.6m CMOS 工艺设计。设计的版图元件包括PMOS、NMOS、PNP三极管、电阻、电容。其中对差分放大器、电流镜、电阻等重要元件采用
2、了匹配和对称的设计方法，考虑电气特性的版图设计技术；为防止闩锁效应，本设计还运用了保护环保护整个电路，提高了bandgap电路的可靠性。本设计对最终设计出的版图使用calibre验证工具进行LVS和DRC验证，并顺利通过验证。关键字：版图；带隙基准电压源；Cadence；匹配；验证IIAbstractABSTRACTIn recent years, along with IC design request of continuously development, IC layout are essential to achieve the design of integrated circui
3、t manufacturing sectors, it is not only related to the ICs functions are correct, but also great extent affect IC performance and cost.But bandgap reference voltage of integrated circuit can keep stability in the unsteady environment of the temperature and the electric voltage of reference electric
4、voltage, used extensively in comparison machine, A/D conversion machine etc. analog electric circuit and some mixture signal integrated circuit. Its function is directly influence the whole accuracy and function of system. Therefore, the research which take the layout design of the bandgap reference
5、 voltage is very meaningful.This text ,according to the design software of the Cadence about layout design, adopts XFAB0.6m CMOS of design rule.The component of layout design include PMOS, NMOS, PNP, electric resistance, electric capacity. To the OP、current and resistance which are importance compon
6、ents adopt layout design technique of consideration electricity characteristic; To reduce latch-up, this design still uses guard ring to protect the whole electric circuit, improving the credibility of bandgap reference voltage.In the end, this design carried LVS and DRC of verification to the lands
7、cape used calibre verification tool that finally designs and passed a verification smoothly.Key Words: Layout; Bandgap reference voltage; Cadence; matching; Symmetry目 录目录第1章 引言11.1选题背景及意义11.2国内微电子发展状况1第2章 Bandgap简介32.1 什么是Bandgap32.2 Bandgap的原理42.3 Bandgap的应用6第3章 Virtuoso工具及版图绘制83.1 Cadence 软件介绍83.2
8、 Virtuoso工具的使用103.2.1建立版图库103.2.2层选择窗的设置133.2.3版图编辑窗的设置143.2.4Virtuoso的常用快捷键16第4章 Bandgap的版图设计174.1版图设计中的相关主题174.1.1器件的匹配规则174.1.2匹配管子的版图设计224.1.3电阻版图设计254.1.4倒比管版图设计264.1.5双极型晶体管版图设计274.1.6电容版图设计284.2全局规划（floor plan）314.2.1模块摆放314.3整体布线33第5章 Bandgap电路版图验证345.1版图验证的概述345.2版图的DRC验证355.3 版图的LVS验证39结束语
9、44参考文献45致 谢46附 录48外文资料原文5148第1章 引言第1章 引言1.1选题背景及意义随着IC工艺的发展,在模拟电路和数模混合电路中,片内集成的基准源电路已被普遍采用,它是集成电路中的一个重要模块。产生基准的目的是建立一个与电源波动和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流。为了提高电路的性能对基准源的要求越来越高。而相应的版图设计也是至关重要的，它直接关系到基准源性能的好坏。集成电路版图设计是连接集成电路工艺的桥梁，它在集成电路发展过程中起着重要作用。随着特征尺寸的不断减小，使得版图设计中需要考虑的问题越来越多，对版图设计人员的要求也越来越高。研究本课题从基础入手，一方面是电
10、路和版图理论知识的学习，另一方面是EDA工具的应用实践，理论与实践相结合能够帮助我轻松了解IC后端设计的全过程，熟练运用Cadence工具进行版图设计和验证以及掌握版图设计的基本方法和技巧。这将对所学知识的巩固和今后从事相关工作有很大帮助。1.2国内微电子发展状况随着全球信息化、网络化和知识化经济浪潮的到来，集成电路产业的战略地位越来越重要，它已成为事关国民经济、国防建设、人民生活和信息安全的基础性、战略性产业。特别是近几年来，在世界半导体产业环境不断改善，集成电路的性能以惊人的速度向快速和微型方面发展，其发展潜力、高技术含量和广阔的市场都令人叹为观止。与此同时，中国集成电路产业也已经开始快速
11、发展，正在努力向世界技术前沿靠拢。也就是说，我们中国的IC产业已经初具规模，并且正处在一个摆脱一味只是集中在制造和消费方面而向核心技术领域转型的一个关键阶段，所有的IC精英们正在齐心协力打造中国自己的“中国芯”，争取早日扭转在内核技术上受制于人的局面，这是每一个IC精英义不容辞的责任，同时也是产业调研的最大目的。随着我国国民经济的持续高速增长,蓄势多年的我国IC产业出现了勃勃生机,呈现群体发展态势。我国在2002年底前,共有3条8英寸生产线,6条6英寸线,6条5英寸线,10条4英寸线。2003年正在建设的有5条8英寸线,2条6英寸线。正在筹建的有1条12英寸线,8条8英寸线,6条6英寸线,1条
12、5英寸线。这些生产线的建立将有助于缩小我国与世界先进水平的差距。目前我国 IC 芯片制造企业有49家,其中综合制造企业40家,委托加工6家,相对集中在长江三角洲地区、京津地区和珠江三角洲地区。近几年我国IC产业取得了一定的进步,2001 年国产IC的产我国的集成电路(IC)产业近年来发展非常迅速，对IC设计人才的需求日益趋膨胀，尤其在版图设计方面的人才更是紧缺，因此，版图设计的培养就越来越迫切。第3章 Virtuoso工具及版图绘制第2章 Bandgap简介本章主要介绍Bandgap的基本知识。首先给出Bandgap的定义；然后对其原理及运用进行说明，重点讲述带隙基准源的原理；最后用具体例子阐
13、述基准源的实际应用。本章是本课题的一个理论基础，具有一定的电路知识将对后面的版图设计有较大帮助。2.1 什么是BandgapBandgap voltage reference中文翻译为带隙基准电压源，也常常有人简单地称它为Bandgap。是利用一个与温度成正比的电压与二极管压降之和，二者温度系数相互抵消，实现与温度无关的电压基准。因为其基准电压与硅的带隙电压差不多，因而称为带隙基准。实际上利用的不是带隙电压。现在有些Bandgap结构输出电压与带隙电压也不一致。模拟电路广泛的包含电压基准和电流基准。这种基准是直流量，它与电源和工艺参数的关系很小，但与温度的关系是确定的。产生基准的目的是建立一个
14、与电源和工艺无关，具有确定温度特性的直流电压或电流。在大多数应用中，所要求的温度关系采取下面三种形式中的一种：1）与绝对温度成正比；2）常数Gm特性，也就是，一些晶体管的跨导保持常数；3）与温度无关。要实现基准电压源所需解决的主要问题是如何提高其温度抑制与电源抑制，即如何实现与温度有确定关系且与电源基本无关的结构。由于在现实中半导体几乎没有与温度无关的参数，因此只有找到一些具有正温度系数和负温度系数的参数，通过合适的组合，可以得到与温度无关的量，且这些参数与电源无关。2.2 Bandgap的原理Bandgap广泛应用于电源调节器、AD和DA转换器、数据采集系统，以及各种测量设备中。它的原理是通
15、过合理的电路设计，设法利用正、负温度系数相互抵消来补偿Vbe随温度变化对输出电压的影响，以获得接近零温度系数的基准源。它可以在温度和电压不稳定的环境中保持稳定的参考电压，被广泛运用于模拟电路及数模混合信号集成电路中。图2-1为带隙基准电压源的原理示意图。双极性晶体管的基极-发射极电压VBE，具有负的温度系数，其温度系数一般为-22 mVK。而热电压VT具有正的温度系数，其温度系数在室温下为十0085 VK。将VT乘以常数K并和VBE相加就得到输出电压VREF： 将式(1)对温度T微分并代入VBE和VT的温度系数可求得K，它使VREF的温度系数在理论上为零。VBE受电源电压变化的影响很小，因而带隙基准电压的输出电压受电源的影响也很小。传统带隙基准源结构能输出比较精确的电压，但其电源电压较高(大于3 V)，且基准输出范围有限(12 V以上)。要在18 V以下的电源电压得到12 V以下的精确基准电压，就必须对基准源结构上进行改进和提高。图2-1 带隙基准源原理示意图 图2-2 典型的CMOS带隙基准电压源2.3 Bandgap的应用几乎在所有先进的电子产品中都可以找到基准源，它们可能是独立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。比如：在数据转换器中，基准源提供了一个绝对电压，与输入电压进行比较以确定适当的数字输
