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1、版图的相关知识（二）版图的相关知识（二）余 华重庆大学光电工程学院L-Edit的使用方法的使用方法n L-Edit是Tanner Tools Pro工具软件中的一个软件包，可以在同一窗口中进行版图设计、设计规则检查、网表提取、标准单元自动布局与连线等工作。配合在 S-Edit中建立的相应电路，可以在 Tanner Tools Pro提供的另一个工具LVS完成布局与电路的比对。在本章中将介绍 L-Edit的 使 用 与 版 图 设 计 及 网 表 提 取 。10.1 L-Edit的窗口介绍的窗口介绍n图3.1为L-Edit的窗口，包括标题栏、工具栏、位置显示区、鼠标功能说明、状态栏、绘图区等项目
2、。还有层的定义区，用以定义现在要进行绘制和编辑的层。图3.1 L-Edit窗口绘图区标题栏工具栏位置显示区层定义区鼠标功能说明状态栏3.2 L-Edit的参数设置的参数设置n在进行版图设计之前，首先要设定设计文件的数据，如调色板、应用、设计、图层、特殊图层、设计规则检查、标准单元库自动布局与连线。 n1调色板设置n 执行Setup Palette子命令弹出调色板设置框，如图3.4所示。L-Edit的色盘共有16种颜色设定，每个颜色各有两种属性：n（1）一个唯一的4位码；n（2）RGB三种颜色的组合量。图3.4 调色板n2应用参数设置n执行Setup /Application子命令进入应用设置对
3、话框，如图3.5所示，包括热键和鼠标作用的某些设定。n（1）配置文件设置栏n“Workgroup”填充框用来指定设计组应用配置文件的路径和名称。“User”填充框用来指定设计者应用配置文件的路径和名称。n（2）“General”标签页：提供使用者针对以下事项进行设定。nEditing Options（编辑选项）栏：共有4个选项，选中“Active-Push Rubberbanding”选项表示在画圆形、方形时不必一直按着鼠标的按钮，只要定义端点即可。例如，若要画一个方形，先用鼠标左健定义方形的某一个角落，再移到鼠标方形的对角位置，然后再单击鼠标左键，就可以完成方形的绘制。n“Paste To
4、Cursor”选项表示将剪贴板上的图形粘贴到鼠标指针上，选中该选项后，在粘贴对象时，被复制的对象会跟随光标指针出现在绘图区，并随光标一起移动，点击鼠标的任何键时，被复制的对象固定到绘图区。在粘贴到绘图区之前，还可以对该对象进行水平（H）、垂直（V）镜像与旋转（R）操作；“Auto-Panning”选项用于自动平移窗口，选中该选项后，在执行Draw（绘图）、Move（移动）或Edit（编辑）操作时，当鼠标指针碰到绘图窗口边缘时，L-Edit将自动平移窗口。图图3.5 应用设置对话框应用设置对话框nTDB设定文件路径填充框：用于设置TDB设置文件的预定义路径。n“Toolbars”选项栏：选中“U
5、se Large Button”选项，工具按钮将使用大图标；“Layer Icon Size”项用于设置层定义区各图标的尺寸，在下拉框中选择，单位是像素；“Drawing Mode”下拉选择框用于设定绘图模式，有3种模式：Orthogonal（90）、45 Degree（45）、All Angle（任意角）。n“Recently Used File List”填充框表示最近使用的文件列表，在框内填写不大于16的正整数，用来规定File菜单下部列出的最近打开过的文件的最大数目。n（2）“Keyboard”标签页n用来设定键盘上的热键，包括布局与文字编辑器。可以视使用者使用习惯删除或是增加热键内容
6、。n（3）“Warnings”标签页n是警告框的列表。选中某个警告框前的复选框将使它激活，在编辑设计文件时发生违反规则的情况下该警告框会打开；若警告框不激活，将不会打开。n（4）“UPI”（ 用户编程界面）标签页n设置L-Edit用来解释宏的头文件所在目录，以及UPI写宏错误的记录文件的路径。n（5）“Rendering”标签页n用于建立基本的显示行为。n 3设计参数设置n 在版图设计之前必须对有关参数进行设置。执行Setup/ Design子命令，进入设置参数对话框，如图3.6所示，共有6个标签页。n（1）“Technology（工艺参数）”标签页图3.6 工艺参数设置标签页n“Techno
7、logy name”（工艺名称）栏：填写设计所用的工艺名称。当要从一个文件拷贝一个单元到另一个文件时，L-Edit将比较两个文件所用的工艺是否相同。如果工艺不同，L-Edit将显示警告信息。图3.6 工艺参数设置标签页n“Technology units”栏：用于设置工艺单位，共有6种：Microns（微米）、Mils（密耳）、Millimeters（毫米）、Centimeters（厘米）、Inches（英吋）和Other（自定义单位）。如选用Other选项，还需在其右边的填充框内输入自定义工艺单位的名称（通常是Lambda）。n“Technology setup（工艺设置）”栏：用于定义工艺
8、单位与内部单位间的换算关系。n当在“Technology units”栏内选中“Other”选项，并在右侧填入Lambda，则该栏内出现两组填充框：“Lambda per Internal Unit”表示每内部单位的Lambda，用分数的形式定义内部单位与Lambda的关系；“Lambda”填充框用分数的形式定义Lambda与微米的关系。如自定义单位为foot，由于一英尺等于304800微米，则在该填充框内应填写304800/1。图中设置为1个内部单位等于1/1000微米。n当在“Technology units”栏内选中“Other”以外的选项，如选中“Mils”选项，在“Technolog
9、y setup”栏内只出现“Mils per Internal”填充框，用分数的形式定义内部单位与Mils之间的关系。n（2）“Grid（栅格设置）”标签页n为方便绘图、查看和编辑，L-Edit提供了三种独立的栅格坐标：显示栅格、鼠标栅格和定位栅格，如图3.7所示。n“Grid display”栏用于定义显示栅格。其中“Displayed grid”填充框用于设定栅格的格点间距，单位是定位单位；“Suppress minor grid”填充框用于设定栅格格点显示的最小像素，小于或等于该值时，格点将不显示。n“Mouse grid”栏用于设置鼠标栅格。选中“Snaping”选项表示鼠标指针只能在
10、栅格上移动；选中“Smooth”选项表示鼠标指针可在栅格间移动；“Mouse snap”填充框用于设定鼠标每移动一步的距离，单位是定位单位。图3.7 栅格参数设置标签页n（3）“Selection（选择参数）”标签页n用于选择对象时的有关设定，包括选择区域、弃选区域、编辑范围、选择绘图对象，如图3.8所示。n“Selection range”栏用于设定选择范围，单位为定位单位。当鼠标指针在对象外面且距对象边缘不超过框内规定的值，该对象仍能选中。n“Deslection range”栏用于设置弃选范围。在进行移动、编辑或复制操作时，当鼠标指针与选中的对象的距离大于该设定值时，单击鼠标的MOVE-
11、EDIT键，选中的对象将去选。n“Edit range”栏用于决定编辑范围，两填充框的单位不同。当鼠标指针离对象的边或顶点的距离在该范围内时，点击MOVE-EDIT按钮将执行Edit操作，否则执行Move操作。n 选中“Select drawn objects”选项表示对象在创建后将自动被选中，这样对该对象可立即进行编辑操作。图3.8 选择参数设置标签页n（4）“Drawing”标签页n用于绘图参数的设置，设置窗口如图3.9所示。n“Default port text size”栏用于设置端口默认文字尺寸，单位是定位单位。n“Nudge amount”栏用于设置命令Draw/Nudge中微移量
12、。n“Default ruler settings”栏用于设置标尺的文字大小（Text）、显示方式（Display）、端点形状（End）、刻度线显示方式（Show tick marks）。n“Create rules on”栏用于设置标尺放置的位置。选中“Current layer”选项表示将标尺放于当前图层上，也可通过图层选择框中的下拉列表，选取放置标尺的图层。n 4图层设置n图层部分的设置包括有那些图层、图层的名称、对象的电阻电容值、GDS的代号、CIF的名称、图样等数据。执行Setup/ Layers子命令进入图层设置对话框，如图3.10所示。对话框左边的图层列表框列出了当前文件的图层，
13、与图层定义区的次序是一致的。也可建立新的图层（Add Layer）、删除原有的图层（Delete Layer）和重新命名图层（Remane Layer），还可安排各图层的先后顺序(Move Layer)。在窗口的右边可以用来定义或是更改图层的名称，与各图层的电气特性、布局方式、生成层的方式、图样等。若要修改某层的参数时，只要选中右边列表框的某层，再修改右边各标签页的数据即可。图3.10 图层设置对话框3.3 文件与单元文件与单元n在L-Edit中，设计是以TDB文件形式存在和保存。TDB文件可以是版图文件，也可以是文本文件。TDB文件由至少一个单元或多个单元组成。对于版图文件，这些单元是以等级
14、构造关系相互联系在一起。有些单元只包含几何图形对象，称为基本单元，它们是独立的单元；另一些单元则既可以包括几何图形，还可以包含例化体。例化体是指在某个单元内对其他单元的引用，就象调用子程序。这样在版图设计时就不必重复绘制相同的版图结构，提高设计效率，同时还极大地减少了设计所占的存储容量。nTDB版图设计文件的格式是Tanner公司专有的，为了能与其他设计系统以及掩模制造商进行交流，还必须把TDB格式转换成通用的CIF或GDSII格式，或把CIF和GDSII格式文件输入，转换为TDB格式。n3.3.1 文件文件n1. 建立新的设计文件n执行File/ New子命令打开新建设计文件对话框，如图3.
15、14所示。n L-Edit允许建立版图文件（Layout）或是文本文件（Text），并且可依据要建立的文件型式激活适当的编辑器。n（1）选择新建版图文件之后，从“Copy TDB setupfrom”栏内复制其他设计文件的数据设置，或者在该栏下方的设置文件列表框中选择。单击OK按钮，产生默认名为LayoutN的新文件，N代表自L-Edit窗口打开后新建版图的次数，且该名称显示在L-Edit窗口顶部的标题栏中。在打开新文件的同时，默认名为Cell0的新单元随之产生，并显示在单元窗口的标题栏中（单元窗口不处在最大化），或在L-Edit窗口的标题栏中（单元窗口处于最大化）。n对于新版图文件，可用Fi
16、le/Save as命令进行重新命名。对于单元，可用Cell/Close as命令进行重新命名。n（2）选择新建版图文件之后，如果没有选择任何设计文件（即选择），将产生一个背景为灰色且只有一个New Layer图层的版图窗口，该窗口未经任何参数设置，经过设置也可达到满足要求的窗口。推荐使用TDB文件新建版图文件的方法。n建立新的设计文件之后，可以使用File/Info子命令设置作者、组织名称、与文件数据等信息。n2. 打开设计文件n执行File/Open子命令打开原有的文件。可以指定打开的文件为只读文件。n3. 关闭设计文件n执行File/Close子命令关闭编辑中的文件。n4. 文件保存n执
17、行File / Save或是File / Save As子命令都可以保存设计文件，前者直接用现在的文件名保存，如果尚未给定文件名保存过，L-Edit会要求给定文件名称；后者会要求给定一个新的文件名称加以保存。n5. 文件输入nL-Edit提供文件格式转换的接口，可以在GDSCIF与TDB文件间互相转换。要将GDSCIF文件导入到L-Edit，执行File / ImPort Mask Data子命令输入掩模数据对话框，如图3.15所示。图3.15 文件输入n首先在File/ImPort Mask Data子菜单中选择GDS或CIF，然后再在“From File”栏内给定输入掩模文件的路径和名称。
18、L-Edit文件包括了环境设定与制造相关数据，而GDS与CIF格式的文件并不会包含这些数据，所以需要给定相关的TDB文件，以作为转入文件的设定数据，因此需在“Use setup file”栏内输入TDB文件的路径和名称。最后按下Import按钮即可将GDSCIF文件导入到Tanner的L-Edit上。n在导入的过程中可能会出现GDS/CIF文件中有TDB设定文件中没有定义的层次，这时可以指定L-Edit自动产生新的层次给这些未知的物质层次。n6. 文件输出nL-Edit提供GDS与CIF格式文件的输出，执行File / Export Mask Data子命令打开输出掩模数据对话框，如图3.16
19、所示。图3.16 文件输出n文件输出之前先确定输出文件的格式GDSCIF，再指定文件的路径和名称，然后按Export按钮。图3.16 文件输出n3.3.2 单元单元n 单元是集成电路设计最基本的区块，它包括基本的几何对象(各种形状的图形)与例化体（Instance）。n1. 建立新的单元 执行Cell / New子命令弹出新建单元对话框，如图3.17所示。依对话框要求输入新单元的名称、作者、机构名称与单元的相关信息。选中“Open in new window”选项表示新单元将在新窗口中打开，否则新单元在当前窗口打开，窗口中已打开的窗口被关闭。然后点击OK按钮新单元被创建。图3.17 新建单元对
20、话框n2. 打开单元图打开已经存在的单元，执行Cell/Open子命令弹出打开已有单元对话框，如图3.18所示。先在“File”框的下拉列表中选择要打开的单元所在的文件，再从下方的单元列表中选择所要打开的单元，也可以从“Cell”框中输入所要打开的单元名称，此时L-Edit会依据输入的字符逐一比对符合要求的单元名称，并且将它显示在第一列。例如，输入i时，所有单元名称第一个字符为i的会依序显示在单元列表中，再输入n后，所有单元名称前面两个字符为in的会显示在单元列表中。在单元列表中，单元名称若是以粗体字表示者，表示该单元已经被更改了，但是尚未保存。另外，若使打开单元显示在新的窗口中，则需选中“O
21、pen In New Window”选项；否则会显示在之前的窗口。图3.18 打开已有单元对话框n3. 单元的重新命名n正在编辑中的单元可以执行Cell/Rename或是Cell/Close As子命令进行名称更改。执行Cell/Rename子命令弹出重新命名单元对话窗口，如图3.19所示，只要给定新的单元名称和相关信息，然后单击OK按钮即可，L-Edit会将当前的单元以新的名称取代，而该单元仍处于编辑的状态。若是使用Cell/Close As子命令，L-Edit会将更改过的单元以新的名称保存，并且关闭原先的单元而不做任何保存动作，最后L-Edit打开的窗口中是新名称的单元。图3.19 单元重
22、新命名对话框n4. 单元信息的获取n执行Cell/Info子命令打开单元信息对话框，在对话框中，将显示单元的名称，可添加或修改作者、机构和信息等内容，还可进行版本号的修改、单元锁定、属性设置。n5. 制造单元的指定n在把TDB版图数据转变为CIF掩模数据时，需指定制造哪个单元的版图。被指定的单元称为制造单元。执行Cell/Fabricate子命令打开Select Cell to Fabricate对话框。在File下拉列表中选取已打开的文件，在下方的列表中选取单元或在Cell栏中输入要制造的单元名称，然后单击OK按钮即可。被选为制造单元的单元名称前用“f ”来标识。n对于GDSII文件，将自动
23、选用顶层单元作为制造版图的单元，所以不需要指定制造单元。CIF文件不表明那个单元是顶层单元。如不指定制造单元，它会任意选一个单元作为制造单元，从而造成错误。n6. 单元的复制n单元可以在同一个设计文件中或是不同的设计文件中进行复制，如果要复制其他的设计文件中的单元，要先打开该设计文件。进行复制时会将原来的单元全部复制到目的设计文件中，如果单元的源文件与目的文件中有相同名称的单元，就会造成名称冲突现象，这时L-Edit会要求使用者进行更名或是停止复制操作。n 执行Cell/Copy子命令弹出单元复制对话框，如图3.20所示。首先在“File”栏中选择被复制的文件名称，然后在下方的单元列表中选择要
24、复制的单元或从“Cell”栏中输入要复制的单元名称，再单击OK按钮，出现窗口之后再输入单元名称，如果单元来源是在不同的设计文件，要事先打开该文件，然后选择该设计文件中的单元。图3.20 单元复制对话框n 7. 单元的恢复n执行Cell/Revert Cell子命令可取消上次存储命令以来对当前单元所作的一切修改。取消的修改不能用Undo命令来恢复。n8. 设计浏览器图3.21 设计浏览器窗口n设计浏览器（Design Navigator）列出设计的等级构造中的所有单元，包括例化体、交叉引用单元和制造单元的信息。执行View/ Design Navigator子命令或单击按钮可打开设计浏览器窗口，
25、如图3.21所示。图3.21 设计浏览器窗口n设计浏览器窗口中所显示的设计文件中单元的层次结构是一个树状的结构，可以展开所有的分支关系，或收起所有的分支，也可以只显示没被调用使用的单元。n在设计浏览器窗口刚打开时，等级树处在完全收缩状态，只显示顶级单元，在名称前有一带“+”的小方块，称这些单元为基干单元。n 当等级树处于完全展开状态时，等级树的每一枝干都代表一个被例化的单元，称为枝干单元。如果某一单元包含例化体，被例化的单元名字将出现在下一级分支上。如果单元中有一个以上的同一单元的例化体，在等级树枝干上的被理化的单元名字后面出现一个放在方括号内的数字，表示例化体的数目。另外，单元的名称若是用粗
26、体字表示，表示该单元已经经过修改，但是尚未保存；单元名称的前面若有个钥匙形状，则表示该单元被锁住不能编辑。n可以通过这个浏览窗口对单元进行编辑操作。利用工具栏可以进行收缩、展开，创建和删除单元；利用显示模式的下拉选框选择等级树的显示模式；利用快捷菜单可以对单元编辑。n 3.3.3 例化体和矩阵例化体和矩阵n例化体（Instance）和矩阵都是L-Edit中的绘图对象。例化体是一个单元被其他单元所引用，引用时只记录例化体的位置和方位。矩阵有许多同一单元的例化体在垂直和水平方向按指定的距离排列而成。单个例化体相当于11矩阵。n例化体类似于计算机语言的子程序，允许其他单元使用。只要这个例化体被更动了
27、，所有含有这个例化体的单元也会跟着更动。另外，含有例化体的设计比把例化体“展平”的同样设计占用较少的存储容量。“展平”设计是指把设计中把等级构造逐级展开，把所有例化体都还原成只含原始体（绘图对象）的图形结构，从而使版图的等级构造由多级变为单级。除此之外，引用例化体也会加快显示的速度。n1. 例化体的创建n有两种方法产生例化体的方法：n（1）用设计浏览器创建例化体，把设计浏览器窗口中某单元拖放到同一文件另一单元的版图窗口中，即产生该单元的一个例化体。注意：被例化的单元不能是包含例化体的源单元，也不能包含接受例化体的单元的例化体，因为不能递归例化。n（2）执行Cell/Instance子命令或单击
28、按钮，打开单元例化对话框，如图3.23所示。图3.23 单元例化对话框n在“File”框的下拉列表中选取已打开的文件，再在其下方的单元列表中选择单元或在“Cell”栏中输入单元名，然后单击OK按钮即可。在对话框中的单元列表中，名称前加有红色“”的单元不能被例化。用粗体字表示的单元名称表明对该单元的修改还未保存。n有两种情况演员不能被例化：n（1）单元不能例化本身，也不能例化包含有该单元的例化体的其他单元。即不能递归例化。n（2）不允许例化不同工艺文件中单元。n2. 例化体的图形编辑n例化体和矩阵与几何图形对象不同，不能改变例化体的大小和形状，也不能切割和合并。作为一个整体例化体可以进行移动、旋
29、转操作。n（1）可以用鼠标MOVE-EDIT键（鼠标中键）来移动选中的例化体。n（2）用Draw/Rotate子命令和Draw/Flip子命令实现被选中的例化体的旋转和翻转操作。n3. 例化体的原地编辑n执行原地编辑的步骤为：n（1）选中要编辑的例化体；n（2）执行Edit/Edit In-Place/Push Into子命令或单击按钮或按PgDn热键进入例化体。进入例化体后，就可像打开例化体所援引的单元一样，对单元的内容进行编辑。当编辑的对象是几何图形时，可按编辑普通几何图形的方法进行编辑。如果编辑的对象是例化体或矩阵，则需进入矩阵或例化体再进行编辑。n（3）编辑完成后，可用Edit/Edi
30、t In-Place/Pop Out命令或单击按钮或按PgUp热键。而命令Edit/Edit In-Place/View Top Cell End子命令则使当前单元的未知回到顶级单元。n注意：如果例化体做了非90的旋转操作，就不能进行原地编辑。3.4 L-Edit中的对象绘制中的对象绘制n版图设计的基本任务是绘制对象，绘图对象包括几何图形、例化体、端口和标尺等。绘制的基本步骤是：选择图层、激活绘图工具、进行绘制。n 1几何图形的绘制n L-Edit提供的几何图形绘图工具包括：长方形（Box）、多边形（Polygon）、线（Wire）、圆（Circle）、扇形（Pie Wedge）和环扇（Tor
31、us）等。这里介绍前三种图形绘制，也是VLSI版图设计中的基本工具。n（1）长方形的绘制n在工具栏中选中按钮，在绘图区单击鼠标左健定义长方形的一个顶点，再按住鼠标拉到另外一个对角后放开，定义出对角的另一顶点。在绘图的过程中，在状态窗口会显示出所绘制的方形的长宽与其面积，在绘图工作区窗口中显示所用的图层与绘制的长方形。n（2）多边形的绘制nL-Edit提供的多边形绘制可分为：正交、45角和任意角度三种。先选定多边形绘图工具按钮，把鼠标指针放到绘图区后，此时鼠标左键是DRAW键，中键是MOVE-EDIT键，右键是SELECT键。当单击DRAW键（左键）后，鼠标的左键变为，中键变为BACKUP键，右
32、键变为END键。这三个键的意义分别为定义多边形的顶点、取消上一次顶点的定义、与结束多边形的绘制。绘制时，先点击左键（DRAW键）产生第一个顶点，移动鼠标到另一处，单击左键（VERTEX键）产生第二个顶点，依次产生更多的顶点，如产生了位置不对的顶点，可用中键来删除，点击一次删除上一步的顶点。点击右键（END键）完成最后的顶点。在绘制的过程中，状态窗口同样会显示多边形所占区域的长宽与面积。n 使用全90角的多边形绘制工具时，所定义出来的多边形只允许90角；使45角的多边形绘制工具时，除了90角之外，还可以定义45角变化的多边形；使用任意角度的多边形绘制工具时，就没有上述角度的限制。n（3）连线的绘
33、制n在L-Edit中，连线的绘制也提供了三种工具，绘制的方法与多边形绘制方法一样，在此就不再赘述。n图3.26 端口设置n连线的宽度、端点和顶点外形由当前图层的默认连线样式决定。在图层设置对话框的General标签页中设定。图3.27 端口设置对话框n线宽还可由绘图工具的下拉框的Other项来设置，如图3.26所示。图3.26 端口设置图3.27 端口设置对话框n2. 端口的绘制n端口有点、线和长方形端口。n绘制端口时，先在绘图工具条上选择端口绘制按钮，对于点端口只要单击鼠标左键然后会弹出编辑对象对话框的Port页，如图3.27所示。对于长方形端口先单击鼠标左键并按住左键拖动鼠标到下一点后放开
34、，也会弹出图3.27的对话框。n在对话框中输入端口的名称和文字的尺寸，设定端口的尺寸、文字放置的位置和方向。单击OK按钮即可生成端口。n3. 标尺的绘制n除了上述的基本对象之外，为了量测对象的尺寸方便，L-Edit提供了标尺的功能，标尺的绘制只是为了布局过程中进行量测，实体的制造过程并不会使用。n绘制标尺时，先在绘图工具条上选择标尺绘制按钮。标尺也有正交、45、任意角度标尺。先单击鼠标左键并按住左键拖动鼠标到下一点后放开，标尺画成。n标尺的设置在执行Setup/Design子命令后的绘图参数页中进行。清除标尺时，执行Draw/Clear Ruler子命令，可以选择将所有单元中的标尺清除掉，或是
35、清除现在这个单元中的标尺。3.5 对象的编辑对象的编辑n编辑对象就是对绘制的对象进行修改。有两种编辑对象的方法：图形编辑和文本编辑。图形编辑是用鼠标来完成，文本编辑是通过对话框来实现的。n3.5.1 对象的选中和去选对象的选中和去选n在对对象编辑之前，首先要选中或去选某个对象，以保证编辑操作只作用于选中的对象。在默认设置下，选中的对象被黑色的轮廓线包围。L-Edit提供两种选择对象的方法：显选(Explicit Selection)与隐选(Implicit Select)。n涉及选择与去选的操作有以下几种：n（1）显选：指在进行后继操作前对于对象所作的选择或去选操作。用SELECT键（鼠标右键
36、）n（2）隐选：指在对于对象进行操作的过程中自动选中对象。用MOVE-EDIT键（鼠标中键）。n（3）添加：也叫扩展选择。指在一组选中的对象中添加一个对象。用EXTEND SEL键（按下Shift后鼠标左/右键变成EXTEND SEL键）。n（4）去除：指在一组选中的对象中去选一个对象。用DESELECT键（按下Alt，鼠标右键变成DESELECT键）。n1显选 n包含下面几个技巧：按、拉、增加及循环。n（1）按(Click Selection)：在某对象旁单击鼠标右键即可将该对象选中，原有选中的对象自动去选。如果按下选择按钮，单击鼠标左键也能完成这一功能。n（2）拉(Drag Selecti
37、on)：按下鼠标右键不放，然后拖动鼠标定义出矩形范围，则矩形范围的内 n的对象将会被选中。如果按下选择按钮，用鼠标左键也能完成这一功能。n（3）加(Extend Selection)：将选择的对象加到一组已选择对象中，这时需要按住Shift键，单击鼠标右键。n（4）循环(Cycle Selection)；当某个区域中的对象太多太靠近不容易区别所选的为何(非唯一选取)，持续按着鼠标的选择键，L-Edit会按着某个次序来进行对象选择，并且成一个循环，也就是持续按着鼠标的选择健，L-Edit会一个一个地选择邻近的对象，并且一个一个地弃选选过的对象，当已经选择到最后一个对象时，下一次的选择就回到第一次
38、选择的对象上。L-Edit排序的方法是：光标在对象内的优先，较靠近对象的优先权较高，然后才是光标在对象外并且靠近对象较近的较优先。n2. 隐选n在没有对象被选择的情况下，可以按下MOVE-EDIT键（鼠标中键）对光标附近的对象进行移动、编辑、复制操作。在对象进行移动之后，该对象就自动弃选了。n3. 图层选择n执行Draw/Pick Layer子命令或热键A把当前图层转换到选中的对象所在的图层。如果没有选中的对象，当前图层将转换到离鼠标指针最近的对象所在的层。n4. 去选n要从选择的对象组中移除某些对象，使用Alt加上弃选功能键(Alt+鼠标右健)，若是选择不到对象(选择点的附近没有对象存在)，
39、就会自动将所有的对象弃选，要选择或是弃选所有的对象，可以通过Edit/Select All(Ctrl+A)或是Edit/Deselect All(Alt+A)命令实现。 3.5.2 对象的图形编辑和文本编辑对象的图形编辑和文本编辑n对象的编辑有两种方式：一个是文本编辑，另一种是图形编辑。文本编辑事先要先选定编辑的对象是，再执行Edit/Edit Object（s）子命令打开对话窗口，依对话窗口填入更改的数据。图形编辑是联合鼠标键和键来完成的。n 1. 图形编辑n在图形编辑中，可以改变对象的大小和形状；进行扩展编辑；在多边形和连线中添加顶点；以及对对象进行切割、合并和掏空等操作。n（1）改变对象
40、的大小和形状n对长方形、端口和多边形是通过移动顶点或边来改变对象的大小和形状。圆的大小可以改变半径来实现。至于连线，只可以调整它的顶点与长度。线宽须用文本编辑改变。n在进行图形编辑之前，先要选中对象。当鼠标指针离对象的边或顶点的距离等于或小于编辑范围时，按下MOVE-EDIT键（鼠标中键），拖动鼠标，将移动对象的边或顶点。如鼠标指针离对象的边或顶点的距离大于编辑距离时，执行的将是移动操作。一次只能编辑一个对象，如有两个以上的对象被选中，只执行移动操作。n编辑范围在设计参数对话框中设置。n（2）扩展n由选择对象的边界，可以一次对多个方形、多边形、线、与端口更改大小与形状。首先使用Select E
41、dges(Ctrl +鼠标左健)按健选择对象边界，再加选另外的边界对象(使用Shift+ Ctrl +左键)，剔除已经选择的边界对象(使用Alt+ Ctrl+ 左键)。选定所要更改的边界对象后，按下鼠标的MOVE-EDIT键，拖曳到所要更改的地方，不过这样的只能往同一个方向更改。n（3）添加顶点n把鼠标指针放在任意角多边形的边上，按下Ctrl和MOVE-EDIT键，拖动鼠标，鼠标指针所在边上的点将变为一个新的顶点，并随鼠标指针移动。n（4）添加连线线段n选中连线后，执行Draw/Add Wire Section子命令，进入Add Section模式。这时只要点击连线部分，连线上就会插入一段在相
42、同图层的连线线段。n（5）切割nL-Edit允许对选择的对象切成分开的对象，切割的方向包括水平与垂直两种，其命令为Draw/Slice/Horizontal与Draw/Slice/Vertical。在执行切割命令之后，在绘图工作区中会出现水平或是垂直线(依剪切的命令)以标示所要剪切的位置，选定之后，该对象即一切为二。圆和标尺不能被切割。n（6）合并n执行Draw/Merge命令可以将多个被选中的、互相重叠的、在同一图层的长方形、45与90的多边形、45与90的连线合并成一个对象。如果这些己选择的对象没有交集，合并的命令就失效。如果选择的对象包含了不同图层，合并的动作只会针对相同图层有作用，也就
43、是会依照各种图层进行合并操作。n（7）掏空n掏空是在已绘制的集合对象中切去一部分。这个操作不能用在圆形、端口、任意角度的多边形、任意角度的线。n首先，先选中要掏空的对象，然后执行Draw/Nibble子命令或单击按钮，再选择绘图工具按钮绘制要掏空的图形。完成操作后所绘图形的区域被掏空。n2. 文本编辑n文本编辑时，先选中要编辑的对象，执行Edit/Edit Object（s）子命令启动编辑对象对话框，在对话框中修改相应的参数。n3.5.3 对象的移动对象的移动n 对象的移动可以分为：图形移动、递增移动、数字移动与更改方向移动。这些移动可以是一个对象，也可以是一群对象的移动。n （1）图形移动
44、先选择所要移动的对象，使用鼠标的中间键(Move-Edit)即可拖曳对象到新的位置，如果已经有对象在选择的状态下，则该对象就可以被移动；若是尚未有对象在选择的状态下，则鼠标附近的对象(隐选的方式)会被移动。n（2）递增移动 使用表3.2中四个命令可以对己选择的对象进行搬移，所移动的量是在Setup/Design子命令设计参数对话框中的Nudge amount填充框中设置。表3.2 递增移动命令热键表n （3）数字移动 执行Draw/Move By子命令会出现MoveBy对话框，在对话框中填入X和Y轴方向的移动量，单击OK按钮即可。n（4）更改方向 L-Edit提供三种更改方向的命令：旋转(Dr
45、aw/Rotate)、水平映像(Draw/Flip/Horizontal)、与垂直映像(Draw/Flip/Vertical)。这些对象方向的改变都是以对象几何中心为转轴，即使是多数个对象也是如此。3.6 视图的操作视图的操作n每个窗口显示一个单元版图的一部分。显示在窗口中的版图的子集称为视图。可以用平移（Panning）当前窗口的方法来显示版图中不同区域的视图，也可以用缩放（Zooming）使在窗口中显示版图的较大或较小区域的视图。在版图绘制中，移动和编辑的任何 阶段都可以做平移和缩放操作。n1. 窗口的平移n平移的命令共有9种，如表3.3所示，平移只移动窗口，而版图是不动的。当窗口向一个方
46、向移动，视图中的对象将向相反的方向移动。2. 窗口的缩放L-Edit提供4种缩放的功能，可以借着放大缩小的功能来改变视图。其功能如表3.4所示。画版图的步骤画版图的步骤n1. 进入L-Editn2. 建立新文件n3. 环境设定n4. 编辑元件n5. 绘制多种图层形状n6.设计规则检查（DRC）n7. 修改对象n8.设计规则检查（DRC）n9.版图提取用用L-Edit画画PMOS版图的步骤版图的步骤n（1）打开L-Edit程序：L-Edit会自动将工作文件命名为Layout1.tdb并显示在窗口的标题栏上，如图3.35所示。n（2）另存为新文件：选择执行File/Save As子命令，打开“另存
47、为”对话框，在“保存在”下拉列表框中选择存贮目录，在“文件名”文本框中输入新文件名称，如Ex1。图3.35 L-Edit 的标题栏n（3）替换设置信息：用于将已有的设计文件的设定（如格点、图层等） 应用于当前的文件中。选择执行File/Replace Setup子命令打开对话框，单击“From File”栏填充框的右侧的Browser按钮，选择X: TannerLedit100SamplesSPRexample1lights.tdb文件，如图3.36所示，单击OK就将lights.tdb文件中的格点、图层等设定应用在当前文件中。图3.36 替换设置信息对话框n图3.36 替换设置信息对话框n（
48、4）编辑单元：L-Edit编辑方式是以单元（Cell）为单位而不是以文件（File）为单位的，每一个文件可有多个Cell，而每一个Cell可表示一种电路的版图或说明，每次打开新文件时自动打开一个Cell并将之命名为Cell0，如图3.37所示，其中编辑窗口中的十字为坐标原点。n（5）设计环境设置：绘制版图时必须要有确定的大小，因此在绘图前首先要确定或设定坐标与实际长度的关系。选择执行Setup/Design子命令，弹出Setup Design对话框，在Technology标签页中可设置工艺的名称、单位等，本例以Lambda为单位，而Lambda与内部单位（Internal Unit）的关系可在
49、Technology setup选项中进行设置，如图3.38所示，设定1个Lambda为1000个Internal Unit，即设定1个Lambda等于1个Micron。图3.37 编辑单元Cell0图3.38 工艺设定nGrid标签页用于显示栅格、鼠标栅格和定位栅格的设置，如图3.39所示。在“Grid display”栏内设定1个显示栅格点（Displayed grid）等于1个坐标单位（Locator unit），在“Suppress grid less than”框中设置8，表示当栅格小于8个像素时不显示；在“Mouse grid”栏中，设定鼠标光标显示（Cursor type）为Sm
50、ooth类型，在“Mouse snap grid”框中设定鼠标锁定的栅格为0.5个坐标单位；在“Locator unit”栏中设定1个坐标为1000个内部单位。n设定结果为1个栅格的距离等于1个坐标单位也等于1个Micron。图3.39 栅格的设定n（6）图层的设置：在Layers面板的下拉列表中选取图层。PMOS版图需要用到N Well、Active、N Select、P select、Ploy、Matal1、Matal2、Active Contact、Via等图层。图3.40 设置设计规则对话框n（7）绘制N Well：在P型衬底上制作PMOS管，首先要制作N Well。而N Well的最
51、小宽度必须满足所选工艺规则。本例使用由软件提供的MOSIS/ORBIT 2.0U设计规则。查看N Well绘制要遵守的设计规则可选择Tools/DRC命令，打开Design Rule Check对话框，单击其中Setup按钮会出现Setup Design Rule对话框（或单击图标），再从其中的Rules list列表框选择1.1 Well 图3.40 设置设计规则对话框nMinimum Width选项，可知N Well的最小宽度有10个Lambda的要求，如图3.40所示。n图6 N Well设计规则n在Layers面板的下拉列表中选取N Well选项，再从Drawing工具栏中选择按钮，在
52、Cell0编辑窗口画出横向24格纵向15格的方形即为N Well，如图3.41所示。图3.41 绘制N Well（8）截面观察：L-Edit具有截面观察功能，可以观察该版图设计流片后的断面情况。选择Tools/Cross-Section子命令（或单击按钮），打开Generate Cross-Section对话框，如图3.42所示。图3.42 截面产生设置单击对话框中的Brower按钮，在弹出的对话框中选择C:TannerLEdit83amplesSPR example1lights.xst文件，再单击Pick按钮在编辑画面中选择要观察的位置，然后单击OK按钮，结果如图3.43所示。单击截面图中
53、的关闭按钮可取消截面状态，恢复到画图状态。状态栏中的Well 图3.43 N Well截面图nX指N Well的意思，截面图中N Well宽度与版图中的N Well的宽度是一致的。图3.44 Active设计规则n（9）绘制Active图层：首先要了解设计规则对有源区的要求。选择Tools/DRC命令，打开Design Rule Check对话框，单击其中Setup按钮会出现Setup Design Rule对话框（或单击图标），再从其中的Rules list列表框选择2.1 Active Minimum Width选项，可知Active的最小宽度有3个Lambda的要求，如图3.44所示。图
54、3.44 Active设计规则在Layers面板的下拉列表中选取Active选项，再从Drawing工具栏中选择按钮，在Cell0编辑窗口的N Well中画出横向14格纵向5格的方形Active区，如图3.45所示。图3.45 绘制Active区n（10）Active区截面观察：选择Tools/Cross-Section命令（或单击按钮），打开Generate Cross-Section对话框，单击Pick按钮，再在编辑画面中选择要观察的位置，然后单击OK按钮，结果如图3.46所示。图3.46 Active截面图n（11）设计规则检查：选择Tools/DRC命令，打开Design Rule C
55、heck对话框，选中Write errors to files复选框将错误项目记录到Cell0.drc文件或自行取文件名，若单击“确定”按钮，则进行设计规则检查，结果如图3.47所示。发现一个错误，单击“确定”按钮后，可执行Tools/Clear Error Layer命令（或单击按钮）清除错误符号。图3.47 设计规则检查n执行File/Open命令打开错误记录文件Cell0.drc，其内容如图3.48所示，有一个错误，版图设计违反了设计规则4.6，并标出发生错误的坐标范围。图3.48 设计规则检查结果n选择执行Tools/DRC命令，打开Design Rule Check对话框，单击其中S
56、etup按钮会出现Setup Design Rule对话框（或单击图标），再从其中的Rules list列表框选择4.6 Not Existing选项，可知观察该设计规则的规定，如图3.49所示。图3.49 设计规则4.6的规则说明Not Selected Active层不能存在，Not Selected Active层的定义可以选择Setup/Layers命令观察其定义，如图3.50所示。4.6规则是指Active图层必须要与P Select图层或N Select重叠，而不能单独存在，否则设计规则检查会出错。图3.50 Not Selected Active层的定义n（12）绘制P Sele
57、ct图层：在PMOS中有源区是P型杂质，P Select层是要定义P型杂质的范围，在工艺中要设计光刻掩膜板以限定P型杂质的区域。但要注意P Select区域要包住Active区，否则设计规则检查会有错误。在MSOIS/ORBIT 2.0U设计规则中，规则4.2b/2.5规定了有源区的边界与P Select的边界至少要有2个Lambda的距离，这是包围（Surround）规则，如图3.51所示。图3.51 P Select设计规则n选取Layers面板中下拉列表中的P Select选项，在N Well中绘制横向18格，纵向9格的P Select区，如图3.52所示。图中标出了4.2b中环绕规则所
58、规定的区域。图3.52 绘制P Select结果n有源区（Active）与P选区（P Select）的交叠处称为pdiff区。pdiff与N Well也要服从环绕规则，设计规则2.3a Source/Drain Active to Well Edge规定在N Well范围内，pdiff的边界与N Well的边界至少要有5个Lambda的距离，如图3.53所示。npdiff层的定义可以通过执行Setup/Layers命令来观察，如图3.54所示。图3.55中用标尺工具标出了规则2.3a中的环绕规则所规定的区域。图3.53 设计规则图3.54 pdiff 层定义图3.55 使用标尺测量图3.56
59、Poly层设计规则n（13）绘制Ploy图层：多晶硅就是PMOS管的栅极，需设计光刻掩膜版限制多晶硅的区域。在MOSIS/ORBIT 2.0U的设计规则中，规则3.1规定了Ploy的最小宽度为2个Lambda，如图3.56所示。n在Layers面板的下拉列表选取Ploy项，在N Well的有源区中间绘制长为2个栅格、宽为7个栅格的矩形，结果如图3.57所示。图3.57 Poly图层绘制结果n（14） 设计规则检查：执行Tools/DRC命令进行设计规则检查，如图3.58所示，发现有2个错误，错误提示系统显示违背了设计规则3.3，并标出发生错误的坐标范围，如图3.59所示。图3.58 设计规则检
60、查图3.59 设计规则检查结果n查看设计规则3.3，打开Setup Design Rules对话框，如图3.60所示。从3.3延伸（Extension）规则可以看出，Ploy必须延伸出Active区域最小2个Lambda的距离。在图3.57中所绘制的Ploy延伸出Active只有1个Lambda，需将Ploy在延伸1个格点。图3.60 设计规则检查结果n（15）修改对象：执行Edit/Edit Object(s)命令或点击图标，打开对象编辑对话框，在Show box coordinates的下拉列表中选择Corners选项，如图3.61所示。对话框中，X1和Y1代表左下角的X、Y坐标值，X2和
61、Y2代表右上角的X、Y坐标值。将Y1改为3.000，将Y2改为12.000，图3.62 设计规则检查结果n单击确定，即可将Ploy上下各延伸1个Lambda。也可用Alt键加鼠标左键拖曳的方法来修改对象大小，或者按住鼠标中键拖动的方法来修改对象大小。修改后在进行设计规则检查即无错误，如图3.62所示。图3.62 设计规则检查结果n（16）截面观察：执行Tools/Cross-Section命令（或单击按钮），打开Generate Cross-Section 图3.63 截面观察n对话框，单击Pick按钮在编辑画面中选择要观察的位置，然后单击OK按钮，结果如图3.63所示。在实际工艺中，先制作P
62、loy栅极，再扩散源区和漏区，因此在绘制版图时，可根据实际情况自行决定绘图顺序，不需要依照工艺的顺序来绘制。n（17）绘制Active Contact图层：PMOS的源漏区接上电极，才能在其上施加偏压。各器件之间的信号传递，也要靠金属线连接，在最低层的金属线是以Matal1图层表示。在制作金属层之前，先淀积一层SiO2绝缘层，然后在绝缘层上刻出接触孔，此接触孔是为了使金属与源漏扩散区接触，Metal1与扩散区之间的接触孔以Active Contact图层表示。打开Setup Design Rules对话框，如图3.64所示，规则6.1A就规定了对Active Contact图层的要求，这是标准
63、宽度（Exact Width）规则，宽度限定在2个Lambda的大小。n在Layers面板的下拉列表中选择Active Contact选项，在Active层中画出横向2格、纵向2格的方形，左右两个扩散区各画一个Active Contact，如图3.65所示。注意：此步不作DRC。图3.64 Active Contact设计规则图图3.65 绘制绘制Active Contact图图3.66 Active Contact环绕规则环绕规则n另外，Active Contact图层与Active图层之间必须遵循环绕规则，如图3.66所示。从规则6.2A可以看出，Active Contact图层边界与fi
64、eld active图层边界必须至少有1.5个Lambda。在图31中，Active Contact与field active之间的环绕距离分别为1.5个Lambda（上下）与2个Lambda（左右），都满足该设计规则。n截面观察：执行Tool/Cross-Section命令，选定截面观察位置，结果如图3.67所示。图图3.67 pmos截面图截面图n（18）绘制Metal1图层：用于与源漏区和多晶硅的接触、各器件之间的连接线等。需遵循最小宽度（Minimum Width）规则，从Setup Design Rules对话框可以看出，规则7.1规定了Metal1的最小宽度为3个Lambda如图3
65、.68所示。另外还需遵循图3.68中规则7.4的环绕规则，即Active Contact图层与Metal1图层边界至少有1个Lambda的距离。图图3.68 Metal1设计规则设计规则n在Layers面板的下拉列表中选取Metal1选项，在Active Contact周围绘制横向4格、纵向4格的方形，左右两个扩散区各画一个，如图3.69所示。截面图如图3.70所示。图3.69 设计规则检查结果图图3.70 截面观察截面观察n（19）保存：将Cell0的名称重新命名，执行Cell/Reame命令，打开Rename Cell Cell0对话框，将cell名称改成pmos，这样就建立了一个pmos
66、组件。图3.71 图层的隐藏图3.72 只显示Activen（20）图层的显示：若只要显示某一个图层，可在Layers面板的下拉列表选中该层，再将鼠标移至选中图层的图标上单击鼠标右键，在弹出的菜单命令中点击Hide All即可。要让图层重新显示则选择Show All命令。图3.71 图层的隐藏图3.72 只显示Activen（21）新建NMOS单元：选择Cell/New命令，打开Create New Cell对话框，在其中的New cell name栏中输入nmos，单击OK按钮。图3.73 NMOS版图n（22）绘制NMOS单元：根据绘制PMOS单元的过程，依次绘制Active图层、N Se
67、lect图层、Ploy图层、Active Contact图层与Metal1图层，完成后的NMOS单元如图3.73所示。其中，Active宽度为14个栅格，高为5个栅格；Ploy宽为2个栅格，高为9个栅格；N Select宽为18个栅格，高为9个栅格；两个Active Contact的宽和高皆为2个栅格；两个Metal1的宽和高皆为4个栅格。其截面图如图3.74所示。图3.73 NMOS版图图3.74 NMOS截面n（23）设计导览：执行View/Design Navigator命令，打开Design Navigator对话框，可以看到ex1文件有nmos与pmos两个单元，如图3.75所示。图
68、3.75 设计导览3.12 反相器的画法反相器的画法n（1）启动L-Edit程序，将文件另存为EX2，将文件lights.tdb应用在当前的文件中，设定坐标和栅格。n（2）复制单元：执行Cell/Copy命令，打开Select Cell to Copy对话框，将Ex1.tdb中的nmos单元和pmos单元复制到Ex2.tdb文件中。图图3.76 引用引用nmos和和pmos单元单元n（3）引用nmos和pmos单元：执行Cell/Instance命令，打开Select Cell to Instance对话框，选择nmos单元单击OK按钮，可以在编辑画面出现一个nmos单元；再选择pmos单元单
69、击OK，在编辑画面多出一个与nmos重叠的pmos单元，可以用Alt键加鼠标拖曳的方法分开pmos和nmos，如图3.76所示。图3.76 引用nmos和pmos单元n（4）设计规则检查：执行Tools/DRC命令，打开Design Rule Check对话框，单击Run，发现2个错误，如图3.77所示。查看错误记录文件Cell0.drc，可以知道2个错误都违反了设计规则2.3b。再打开Design Rule Check对话框，如图3.78所示，设计规则2.3b说明ndiff层与N Well的最小距离为5个Lambda。图2中ndiff层与N Well的距离为4.5个Lambda，将nmos与
70、pmos的距离再拉开一点，如图3.79所示。图3.77 设计规则检查图3.78 设计规则图3.79 调整后的pmos和nmosn（5）新增PMOS衬底接触点单元：由于pmos的衬底要接电源，所以需在N Well上建立一个欧姆接触点，其方法为在N Well上制作一个N型扩散区，再利用Active Contact将金属线接至此N型扩散区。而N型扩散区必须在N Well图层绘制出Active图层和N Select图层，再加上Active Contact图层与Metal1图层，使金属线与扩散区接触。执行Cell/New命令，打开Create New Cell对话框，在New cell name栏内输入
71、“Basecontactp”，然后单击OK按钮，绘制PMOS衬底接触点单元，其中N Well宽为15栅格、高为15栅格，Active宽为5个栅格、高为5栅格，N Select宽为9个栅格、高为9个栅格，Active Contact宽为2个栅格、高为2个栅格，Metal1宽为4个栅格，高为4个栅格。 图3.80 接触点截面n图3.81 NMOS接触点截面n（6）新增NMOS衬底接触点单元：执行Cell/New命令，打开Create New Cell对话框，在New cell name栏内输入“Basecontactn”，然后单击OK按钮，绘制NMOS衬底接触点单元，Active宽为5个栅格、高为
72、5栅格，P Select宽为9个栅格、高为9个栅格，Active Contact宽为2个栅格、高为2个栅格，Metal1宽为4个栅格，高为4个栅格。利用截面观察命令观察其截面，如图3.81所示。图3.81 NMOS接触点截面n（7）引用Basecontactp和Basecontactn单元：执行Cell/Instance命令，打开Select Cell to Instance对话框，分别选择Basecontactp和Basecontactn单元，将其复制到Ex2中，并进行电气检查，如图3.82所示。 图3.82 设计规则检查n（8）栅极Ploy连接：由于反相器的pmos和nmos的栅极是相连的
73、，故可在Ploy层将pmos和nmos的Ploy相连。绘制出Ploy宽为2个栅格、高为6个栅格，如图3.83所示，经电气检查，没有错误。图3.83 连接栅极n（9）连接pmos和nmos的漏极：由于反相器pmos和nmos的漏极是相连的，可利用Metal1将nmos与pmos的右边扩散区有接触点处相连接，绘制出Metal1宽为4个栅格、高为11个栅格，进行电气检查，没有错误，如图3.84所示。图3.84 连接漏极n（10）绘制电源线：由于反相器电路需要有Vdd电源与GND，电源绘制在Metal1上，在pmos的上方和nmos的下方各绘制一个宽为39个栅格、高为5个的电源线，绘制后进行电气检查，
74、共有6个错误，如图3.85所示。查看错误记录文件，可知电源线的绘制违背了设计规则7.2。再执行Tools/DRC命令，打开Setup Design Rule对话框，可知规则7.2为最小间距（Minimum Spacing）规则，即要求Metal1层与Metal1层的最小间距为3个Lambda，而图10中的间距为2.5个Lambda，因此需将间距修改为3Lambda，如图3.86所示。图3.85 绘制电源线图3.86 调整后的电源线n（11）标出Vdd和GND节点：单击插入节点图标，再到绘图窗口中用鼠标左键拖曳出一个与上方电源线重叠的宽为39栅格、高为5个栅格的方格后，将自动出现Edit Obj
75、ect(s)对话框，在“On”框的下拉列表中选择Metal1，如图3.87所示。在Port name栏内键入Vdd，在Text Alignment选项中选择文字相对于框的位置的右边。然后单击“确定”按钮。用同样的方式标出GND，如图3.88所示。图3.87 编辑Vdd节点图3.88 加入Vdd节点图3.89电源与接触点的连接n（12）电源与接触点的连接：将pmos的左边接触点与Basecontactp的接触点利用Metal1层与Vdd电源相连，而将nmos的左边接触点与Basecontactn的接触点利用Metal1层与GND相连，如图3.89所示。n（13）加入输入端口：由于反相器有一个输入
76、端口，且输入信号从栅极（Ploy）输入，根据MOSIS/Orbit 2U SCNAMEMS设计规范，输入输出信号由Metal2输入，故一个反相器输入端口需要绘制Metal2图层、Via图层、Metal1图层、Ploy Contact图层与Ploy图层，才能将信号从Metal2层传至Ploy层。可先在绘图窗口的空白处绘制，再移至适当的位置。n绘制Ploy Contact图层：需遵循标准宽度规则，规则8.1规定了宽度为2个Lambda。选取Ploy Contact图层，绘制横向为2格、纵向为2格的方形，如图3.90所示。n绘制Ploy图层：Ploy图层与Ploy Contact图层间需要遵守环绕规
77、则。规则5.2A/5.6B规定了Ploy Contact边缘与Field Ploy边缘至少要有1.5个Lambda的距离。选取Ploy图层，绘制横向为5格、纵向为5格的方形，将Ploy Contact包住，如图3.90所示。n绘制Metal1图层：Ploy Contact是用来连接Ploy层与Metal1的接触孔，因此绘制Metal1应与Ploy Contact重叠，Metal1与Ploy Contact层间需遵守环绕规则，规则7.3规定了Ploy Contact边缘与Metal1边缘至少有1个Lambda的距离。选取Metal1图层，绘制横向为10格、纵向为4格的方形，如图3.91所示。图3
78、.90 输入端口图3.91制Metal1图3.92入Via图层n绘制Via图层：Via图层是用来连接Metal1图层与Metal2图层的接触孔。绘制Via图层需遵守标准宽度规则、与Ploy之间的最小间距规则及与Metal1图层的环绕规则。其具体的规定见表3.9。选取Via图层，绘制横向和纵向各为2格的方形，如图3.92所Metal2示。n绘制Metal2图层：Metal2层要与Via和Metal1重叠。绘制Metal2图层要遵守最小宽度规则及与Via的环绕规则，其具体规定如表3.10所示。选取Metal2图层，绘制横向和纵向各为4格的方形，如图3.93所示。注意，此Metal2图层与Via和M
79、etal1图层重叠。图3.93 绘制Metal2图3.94 局部设计规则检查n局部设计规则检查：将绘制结果利用局部设计规则检查按钮进行局部设计规则检查。单击图标，利用鼠标左键拖曳出要检查的地方，会弹出Design Rule Check对话框，单击OK按钮，如图3.94所示。图3.95 组合成单元图3.96 组合结果n组合成单元：先用选择按钮选取要组合的图形，再执行Draw/Group命令，弹出Group对话框，在Group Cell Name栏内键入名称，然后单击OK按钮。如图3.95所示。经组合后，在Ex2中多一个Cell，如图3.96所示。 图3.95 组合成单元图3.96 组合结果n将组
80、合后的输入端口单元portA移至反相器栅极位置作为输入端口，结果如图3.97所示。注意，在放置时Metal1与Metal1之间的距离要有3个栅格以上，并要以设计规则检查无误才可。图3.97 放置输入端口图3.98 放置输入端口名 An放置节点名：单击图标，再选取Metal2图层，用鼠标左键拖曳出一个与portA单元的Metal2图层重叠的宽为4格、高为4格的区域后，弹出Edit Object(s) 对话框，在Port name栏内键入A，在Text Alignment选项中选择文字在框的左边，再单击“确定”按钮，如图3.98所示。n截面观察：执行Tools/Cross-Section命令或单击
81、图标，显示的截面图如图3.99所示。图3.99 输入端口的截面n14）加入输出端口：反相器的输出信号是从漏极输出，由于采用MOSIS/Orbit 2U SCNAMEMS设计规范，输出信号由Metal2输出，可在连接pmos和nmos漏极的Metal1上绘制Via层与Metal2层，实现信号的输出。n绘制Via层：这里的Via层用于连接Metal1和Metal2图层的接触孔。绘制Via图层要遵守8.1、8.5b、8.5c和8.5d规则，有关规定见表3.11。n选取Via图层，在Metal1上绘制横向和纵向均为2格的方形，并用设计规则进行检查，结果如图3.100所示。n绘制Metal2图层：绘制的
82、Metal2图层要与Via和Metal1重叠，绘制时要遵守表3.10的设计规则。n选择Metal2图层，在上一步绘制的Via图层周围画出横向和纵向均为4格的方形，如图3.101所示。注意，此时Metal2与Via和Metal1图层重合。图3.100 输出端口的Via图层图3.101 输出端口的Metal2图层n端口取名：选取Metal2图层，单击图标，用鼠标左键拖曳出一个与刚绘制的Metal2图层重叠的宽为4格、高为4格的区域后，弹出Edit Object(s) 对话框，在Port name栏内键入OUT，在Text Alignment选项中选择文字在框的右边，再单击“确定”，如图3.102所
83、示。图3.102 加入输出端口名n（15）更改单元名称：将反相器的版图更改Cell名称，执行Cell/Rename Cell命令，打开Rename Cell Cell0对话框，将cell名修改为inv，如图3.103所示。图3.103 更改单元名称n（16）提取T-Spice文件：将反相器的版图转换为T-Spice文件。执行Tools/Extract命令或单击图标，打开Extract对话框，在Extract definition file栏内选择X: TannerLedit100Samples SPRexample1lights.ext文件，如图3.104所示。n选择Output标签页，在“C
84、omments”栏中，选择Write nodes name选项，在“Write nodes and devices as”栏内选中Names项，即设定输出节点以名字出现，并在SPICE include statement栏内输入“.include X: TannerTspice81modelsm12_125.md”，如图3.105所示，然后单击Run按钮。即可提取inv.spc文件。执行File/Open命令，打开inv.spc文件，如图3.106所示。图3.104 提取Spice文件图3.105 提取Spice文件设定图3.106 提取的Spice文件n若要提取M1、M2的源和漏极的面积和周
85、长，需打开TannerLedit83Samples SPRexample1nlights.ext文件，将NMOS的元件语句中的源和漏极修改为：n Drain=ndiff，WIDTH，AREA，PERIMETERn Source=ndiff，WIDTH，AREA，PERIMETERnPMOS元件语句作同样的修改。再进行提取即可。n4 T-Spice与W-EditnT-Spice和W-Edit 是Tanner Research公司提供的仿真工具和波形显示工具。T-Spice具有良好的窗口界面，可以对输入的SPICE网表文件（*.sp或*Spc）进行各种仿真（包括前仿真和后仿真），并在WEdit中显
86、示仿真波形。在本章中，将只介绍T-Spice的使用方法及一些特有的命令，而Spice语法可参考其他相关的书籍。除此之外，还介绍W-Edit波形编辑器的使用方法与功能。4.1 T-Spice介绍介绍nSPICE（Simulation Program Integrated Circuit Emphasis）是一种用于描述电路的语言，最早是由美国柏克莱发展的，现在Tanner的T-Spice支持Spice 2G6的格式。n 一个可用于仿真完整的SPICE文件至少需要标题(设定第一行为标题)、电路描述(包含电源，输入信号等)、分析的命令与分析的节点等。但是一般经过版图提取（*.spc文件）或是电路图输
87、出（*.sp文件）的SPICE网表文件并不会包含电源、输入信号、分析命令、分析节点等信息，而只有基本的电路描述而己。这样的SPICE文件是无法直接进行仿真的，必须加入适当的电源、输入信号、分析命令等描述，才能进行仿真。n最基本的方法是直接打开Spice文件，然后依需要键入所要的电源、输入信号、分析命令等描述，就可以进行仿真。T-Spice工具提供了文本编辑的功能，用法与Windows中的记事本一样。图4.1为已设置了参数的反相器SPICE文件。图4.1 反相器的SPICE文件n在编辑完成后进行保存，然后执行仿真。执行Simulation/Run Simulation子命令或单击工具按钮，就可以
88、开始进行Spice仿真。在仿真的过程中，可以选择停止仿真、暂停仿真等。n当启动动仿真后，弹出如图4.2所示的运行对话框。要求再一次确认要进行仿真的Spice文件，并给定输出的文件名与需要的参数设定。选择要不要在仿真的过程中显示要观察的信号波形，这样的设定可以实时知道仿真的结果，要暂停仿真或是停止仿真。如果设定无误之后就单击Start Simulation按钮开始进行仿真。图4.2 运行对话框n4.2 T-Spice仿真的参数设置仿真的参数设置nT-Spice仿真的分析参数可通过SPICE命令以文本的方式输入，也可通过交互的方式进行设置。这里介绍通过交互的方式对参数进行设置。图4.3 T-Spi
89、ce命令工具对话框n在T-Spice窗口中，打开或新建一个SPICE文件，执行Edit/Insert Command子命令或单击 工具按钮，弹出命令工具对话框，如图4.3所示。图4.3 T-Spice命令工具对话框n 使用的顺序是：选择所要的SPICE命令或描述，依表格填入适当数值或文字，然后单击Insert Command按钮就可以将完成的命令或描述插入到编辑文件中光标位置之后。如果在设定过程中要更改命令或描述，只要点击其他命令或描述即可。n 1. 引入文件n 在仿真进行时会需要引入各种文件，如SPICE参数文件与电路文件。例如，给定电路所需要的模型文件，在图4.3的对话框中左侧栏中点击Fi
90、les前面的“+”号，在点击Include File或点击Include n按钮，在Include File栏中输入模型文件的路径和名称，或通过Browse按钮来选择。图4.4 引入文件n选定之后按Insert Command，便会将命令插入到文件中光标所处的位置，如图4.4所示。图4.4 引入文件n 2. 设置信号源图4.5 信号源设定n信号源的设定除了分成电压与电流源两大类之外，还可以分成位型（Bit）、总线型（Bus）、常数型（Constant）、电流控制型（Current-Controlled）、指数型（Exponential）、频率调变型（FM）、分段线性型（Piecewise-Li
91、near）、脉冲型（Pulse）与弦波形（Sinusoidal）和电压控制型（Voltage-Controlled）。在图4.3的对话框中左侧栏中点击Current source或Voltage source项前面的“+”号，弹出图4.5所示的对话框，选择所需要的信号源类型，就可以进入该信号源的设置对话框。图4.5 信号源设定n（1）位型信号源：假设现在需要一个数字信号A的输入，先选择Voltage SourceBit，然后按对话框中给定节点名称A、信号名称VA、位数据0101、脉冲宽度20NS，上升及下降时间都是1NS，逻辑1与逻辑0的时间各占10NS等数据。其余空白不填的就用设定值或是括号
92、里面的值。其实在这个对话框中脉冲的宽度并不会影响最后信号的波形，所以可以不填，填法如图4.6所示。图4.6 Bit型信号源设置n 单击Insert Command按钮后，在窗口中的SPICE文件中就插入了对位型信号源的描述：n VA A GND BIT (0101 pw = 20n lt =10n ht =10n rt = ln ft = ln)n图4.7为该信号源的波形，从图中的波形可以看出来所表达的值为0101(前面40ns)，每个逻辑值所占的时间为10ns，其中包含了lns的上升时间或是下降时间，因为设定时间为0时的电压值为0，所以第一个逻辑0(电压为0V)持续了10ns，其余的高电平与
93、低电平各只维持了9ns，也就是逻辑0与1的时间扣掉上升与下降时间；而pw=20ns的设定是没有作用的。图4.7 节点A的波形n（2）总线型信号源：设定时先选择SettingBus Definitions，定义由哪些节点(信号)构成一个总线。再选择Voltage(current) SourceBus进入总线信号源设置对话框。总线型与位型的设置相似，所不同的是数值上的定义不太一样：位型定义的波形数值只能为1或是0的二进制数值，而总线型的可以是二进制的、八进制的(字尾为o)、十进制的(字尾为d)、或是十六进制的(字尾为h)。n （3）常数型信号源：选择Voltage(Current)SourceCo
94、nstant，可以设置直流与交流信号源。n（4）指数型信号源：提供一个指数型上升与下降的波形，所需给定的参数包括：最大值、起始值、上升起始时间、下降起始时间、上升的时间常数与下降的时间常数。举例来说，图4.8中所 n要表达的波形是一个起始值为0，最大值为5V的一个指数型信号，该信号在延迟5ns之后开始以5ns的时间常数上升直到时间为35ns，接下来便是以10ns的时间常数下降直到最后。图4.8 指数型信号源的设置n图4.8 指数型信号源的设置n 按图4.8的设置输入，在SPICE文件中的描述如下：n VA A GND EXP(0 5 5n 5n 35n 10n)n图4.9中的波形就是按图4.8
95、输入所得到的信号。图4.9 指数型信号波形n （5）调频型信号源：提供一个具有调频信号的波形，设定时要给定信号的偏移量、信号的峰值、载波频率、信号频率与调频因子。在图4.10例中，设定信号的偏移量为2.5V，信号的峰值为2.5V，所以整个信号的范围在0V到5V之间，载波的频率定为100kHz，信号的频率定为5kHz，所以仿真时的时间至少要100us以上才可以看到一个完整的调变信号，另外，还有调因子设为5。这样的设定在SPICE文件中的描述为：n VA A GND SFFM (2.5 2.5 100k 5 5k)按图4.10设定，仿真后的波形如图4.11所示。图4.10 调频信号源的设置图4.1
96、1 调频信号波形n （6）分段线性型：是以一连串的时间与信号大小来描述这个信号，因此定义时只要依次给定某个时间对应的信号大小即可，是一种相当容易的信号给法，但是也相当的繁琐，适合定义非周期性的信号。n （7）脉冲型：适合用来定义周期性的信号，定义时需要给定信号的周期、上升(下降)时间、脉冲的宽度，以及信号的延迟时间。n （8）调幅正弦信号：用以定义正弦波信号，需要给定信号偏移量、峰值、频率、信号延迟时间、阻尼、与相位。n （9）电压(电流)控制型：用以定义电压(电流)控制的电源，需要给定控制的电压(电流)源，与 n其对应关系。n 3. 分析类型的设置图4.12 分析类型设置对话框nT-Spic
97、e提供的仿真功能包括：小信号分析(AC)、直流工作点分析(DC Operating Point)、直流扫描分析(DC Transfer Sweep)、傅立叶分析(Fourier)、噪声分析(Noise)、瞬态分析(Transient)、传输特性分析(Transfer Function)、参数扫描分析(Parametric Sweep)，如图4.12所示。图4.12 分析类型设置对话框n （1）参数扫描分析：包括直流特性扫描与参数扫描分析两种，选择之后会出现扫描设置对话框，若设有任何扫描设定，则出现如图4.13的对话框。图4.13 参数扫描设置对话框n此时只要单击Sweep 1按钮，即可进入扫描
98、参数设置对话框，如图4.14所示。n图中选择线性扫描，并以Cload作为扫描参数，扫描的起始点为0.1p，终点为1p，每次的扫描间隔为0.1p。设定完成之后，单击Accept按钮即可，再进行第二个参数的设定。图4.14 参数扫描设置n（2）瞬态分析 图4.15 瞬态分析设置对话框n选择AnalysisTransient，会出现图4.15的对话框。首先设置仿真的模式。在T-Spice中有三种模式可供选择：第一种是标准模式，将以DC工作点为仿真的开始，通常电路有稳定的DC工作点时，可采用这种方式，若DC工作点不稳定，例如振荡器OSC的电路，因为无法找到稳定的电压工作点，所以这种方式不适用；第二种仿
99、真方式是Power up方式，T-Spice将以0电压为仿真的起点，然后慢慢将电压上升到设定的电压；第三种方式是Preview mode方式，就是要先预视输入的波形是否符合自己所要的。然后在Maximum time栏内设置仿真的最大时间间隔；在Simulation 图4.15 瞬态分析设置对话框n栏内设置仿真的时间；在Output start栏内设置输出的开始时间，设定为0。若需要，则在Sweep栏设置扫描参数。n（3）小信号分析 图4.16 AC分析设置对话框n小信号分析时要选择频率是十倍频、八倍频、或是线性间隔，也可以按照列表的数据，然后设定每个间隔频率取样的点数有多少个，最后是分析的频率
100、范围。以图4.16例中的设置来说，每十倍频率间的取样点数有10个信号值，分析的频率从l00Hz到l00MegHz。图4.16 AC分析设置对话框n（4）傅立叶分析 图4.17 傅立叶分析设置对话框n傅立叶分析是在瞬态分析得到的数据基础上进行分析，因此，若没有瞬态分析的数据，傅立叶 图4.17 傅立叶分析设置对话框n分析就无法进行。博立叶分析会根据一个基频频率与给定的基频倍数进行傅立叶分量的计算，除了直流分量会被计算出来之外，还会计算谐波失真总和(Total Harmonic Distortion)，如图4.17所示。n理想的电路是不会受任何电压或是电流型式的小信号影响。T-Spice可以配合交
101、流分析进行噪声的仿真计算，所得到的结果是因频率变化影响的输出信号，如图4.18所示。图4.18 噪声分析设置对话框n（6）直流传输特性分析 n根据输入信号与输出信号计算直流小信号传输特性曲线，与输入阻抗与输出阻抗的结果。使用传输特性分析仿真时T-Spice会自动计算并输出直流工作点。传输特性的分析依输入与输出的信 图4.19 直流传输特性分析设置对话框n号型态可以是电压增益(V/V)、电流增益(II)、电导转换(IV)、与电阻转换(V/I)，如图4.19所示。n 如图例中所要进行的分析是电压增益的转换函数分析，给定的输入是一个电压信号V(A)，输出也是一个电压信号V(Z)。n 4. 初始值设定
102、n 在进行电路分析时，起始值会影响后面的分析结果，分析时起始值的设定可以是由设计人员自行给定，也可以由仿真的工具软件计算得到。由仿真软件计算起始值时可以给定一个近似的(猜测的)起始值，再交由仿真软件计算收敛的起始值，适当地给定起始猜测值可以减轻工具的负担，并且加快仿真速度。n设置某些节点的电压值以供直流工作点的计算，使用.ic加上节点名称与电压值进行设置，如图4.20所示。图4.20 初始值设置对话框n 设定时(InitializationInitial Coniditons)可以分成节点电压或是电感电流的设定，然后依需求填入节点名称、与起始值，最后按下Add按键即可。所设定的节点起始电压会列
103、在同一个窗口中，使用者可以对窗口中的设定进行删除，也可以全数删除。n（2）猜测起始值 n提供直流工作点计算时的起始猜测电压，使用.nodeset 加上节点名称与电压值进行设定，如图4.21所示。n 激活InitializationDC Guess后，出现的窗口只有节点名称可以输入，待输入第一个节点之后，节点的猜测电压字段才可以输入，等到这个电压字段输入之后，下一个节点字段才允许输入，如此类推，可以设定你所要的节点猜测电压值。n 5. 设置nT-Spice提供的设置包括总线定义(Bus Definition)、全局节点(Global Nodes)、参数(Parameters)、图4.21 猜测初
104、始值设置n仿真任选项(Simulation Options)、温度(Temperature)、剪切(Partition)等，如图4.22所示。下面将就图4.22 Setting对话框n各项设置的使用与说明一一解释。图4.21 猜测初始值设置图4.22 Setting对话框n（1）总线定义 n电路中的多数个输入或是输出信号有相类似的性质，这些信号可以集合起来，以方便仿真的进行，这时可以利用总线的定义将这些信号集合成一个总线。例如，要定义信号D7、D6、D2、D1、D0，成为一个总线data，如图4.23所示。n 得到的语法如下：n . vector data D7 D6 D5 D4 D3 D2
105、D1 D0图4.23 总线设置对话框n（2）全局节点 n某些节点(如，VDD与GND)存在每个电路当中，如果没有定义这些节点为全局的节点，那就必须说明这些节点的连接关系，否则就会造成这些节点没有连接的情况。如果做了全局节点的定义，这些节点不用额外加上连接的叙述，它们在SPICE的解译器中就会认为是连接在一起的。n（3）参数 图4.24 参数设置对话框n参数的设定分成三种，分别是一般参数、蒙地卡罗分析参和优化设计的参数。设置方法：先给定参数的种类，然后给定参数的名称与数值后，按下Add按键即可完成参数的没定，如图4.24所示。图4.24 参数设置对话框n 图中的参数名为1，参数值为2u，是一个一
106、般参数。n若是要设定蒙托卡诺分析的参数，除了参数名称之外还要给定概率分布的情形，相对(或是绝对)的变动量，取值的次数等信息。概率分布的型式包括：相对(或绝对)均匀分布(Uniform Distribution)、相对(或绝对)的高斯分布(Gaussian Distribution)、与随机限制(Random Limit)等分布图4.25 蒙托卡诺设置对话框n型式，如图4.25所示。图4.25 蒙托卡诺设置对话框n 要进行蒙托卡诺分析，每个参数都要给定其参数的值(Nominal Value)，与对应概率分布的变异数值(相对或绝对的)，仿真软件会依照指定的概率分布函数、参数值、变异值，得到此次仿真
107、时所用的参数值，然后再进行分析。在指定参数设定中有一项取值的次数(Multiplier，设定值为1)，用来表示取用的参数是经过几次概率分布函数的运算后得到的，取用的值是几次概率分布函数运算后与参数面值有最大差异者。n（4）仿真任选项 在仿真时因电路与设计者的需求不同，可以设定各种选项，如图4.26所示。n先以下拉式滚动条选定所要设定的选项，再将所要设定的数值填入数值区(Value)，在填写的过 图4.26 任选项设置对话框n程中，会出现选项的说明与其设定值供参考。因为各种仿真的选项繁多，请查阅说明书中的详细解释。n（5）温度设置n仿真时的默认温度值为27，如果有需要更改，可以用命令工具的Set
108、tingsTemperature设定所要设定的温度，也可以直接以下面的描述加入SPICE文件中：n.temp 30n就可以将仿真的温度设定为30了。n（6）电路分割 nT-Spice设定的瞬时分析所使用的算法为Gears BDF，除此之外，T-Spice还提供了Waveform Relaxation的算法，这个算法配合电路的分割可以加快仿真的进行。使用Waveform Relaxation算法时，可以针对不同的电路区块给予不同大小的仿真时间间隔(Time Step)，这种弹性调整时间间隔的做法确实可以加快电路的仿真，尤其是针对大的电路影响更多。例如，某个电路被分成数个电路区块，这些电路区块在同
109、一时间并不会都是在工作状态，而是有的部分工作满载，有的部分工作量较少，而有的可能因为输入没有任何变动而停止工作，这时给予不同的时间间隔恰可以应付不同特性的电路，而且不会影响仿真的准确度。如同上面的例子，不工作的电路可以给予较长的时间间隔，而工作的电路则给予较短的间间隔。n 虽然Waveform Relaxation这个算法使用在单一处理器的序向机器中只对特定的例子显示出其效率，不过它却是非常适合使用在多处理器的的机器上。在并行计算的计算机中，所有的电路区块可以同时被计算分析，所以每个计算可以很快的完成。这也是为什么具有并行计算能力的计算机在仿真的效能上表现较好的原因，而大多数的电路仿真器都是使
110、用Waveform Relaxation算法，以配合并行计算的计算机机器上使用。 6. 结果输出n根据不同的仿真任务，可以输出不同的结果，输出的内容包括文本与波形的输出。仿真结果的输出不外乎是：交流分析的结果、直流分析的结果、瞬态分析的结果。输出设置对话框如图4.31所示。n （1）AC、DC、瞬态分析与噪声分析 n以AC分析的输出为例说明这类分析结果的输出。首先，先选择输出信号是电压或是电流类型，然后给定输出信号的节点名称，再选定信号的格式，最后单击Add按钮即可。信号的格式在设定AC输出时包括了：幅值(Magnitude)、相位(Phase)、实数部分(Real Pan)、虚数部分(1ma
111、ginary Part)及分贝值(Decibels)。在图4.32中，设置打印两种输出信号，分别是节点a的电压分贝值与幅值。这样的设定在SPICE格式为：图4.32 AC分析的输出设置n.print ac vm(a) vdb(a)图4.32 AC分析的输出设置n（2）测量结果 nT-Spice提供了测量的功能，可以测量信号的最大值、最小值及相同或不同信号的两个电压间的时间差等功能。整个操作的过程如下：先选择所要测量的分析，然后给定测量结果的名称，再给定测量的型式，最后依测量型式的不同给定所需要的参数。测量的型式包括：差异的计算、信号统计、测量结果的数学运算等。的设置是用来计算两个不同信号所指定
112、的各信号的电压间的时间差，一般可用在计算电路的时间延迟(Delay Time)、上升时间(Rise Time)、下降时间(Fall Time)。图4.33中的意义是：在信号v(a)的第二次上升到电压值为2.5伏特时起算，到信号v(b)的第二次下降到电压值为2.5伏特时为止，这两个时间点的时间差为多少。n 这样的表格所产生的SPICE描述为：n图4.33 测量结果n.measure tran td trigv(a)val=2.5 rise=2 targ v(b) val=2.5 fall=2图4.33 测量结果n 图4.34的设置是用来找寻某个信号的峰对峰值，所给定的量测型态为信号统计。信号统计
113、的目标相当多样，包括均方根值(RIDS)、信号最大值(Maximum)、信号最小值(Minimum)、峰对峰值(peak-to-peak)、积分值(Integral)、平均值等(Average)、信号最大值时的X轴坐标值(X At Maximum)、信号最小值时的X轴坐标值(X At Minimum)。图4.34中所要测量的是瞬态分析信号v(a)的峰对峰值，测量结果的名称为app。n 这样的表格所产生的SPICE描述为：图4.34 测量信号的峰对峰值n.measure tran app pp v(a)图4.34 测量信号的峰对峰值n 在寻找目标(Find-When)的测量功能中，可以测量X轴某
114、个值时的某个信号大小，也可以找寻某个信号达到某个值时的X轴坐标值。图4.35的图例是用来找寻信号v(a)第二次经过2.5伏特电压(不管是上升或是下降时经过这个电压点)时，X轴的坐标值为何。n 这样的表格所产生的SPICE叙述为：图4.35 测量结果n.measure tran fw when v(a)=2.5 cross=2图4.35 测量结果n图4.36 测量结果n 这个Find-When功能也可以反过来找，如图4.36所示。这个图例是用来找寻X轴为2n时，信号v(a)的值为何。图4.36 测量结果n这样的表格所产生的SPICE描述为：n.measure tran fw find v(a)a
115、t=2nn 结果的量测还提供了一个计算的功能，可以针对上述的各种量测进行数学运算，将运算的结果保存到另外一个结果参数中。n（3）功率 nT-spice提供了一个计算功率消耗的工具，只要提供电源名称、功率消耗计算时间，就可以计算出该电源在给定的时间内所消耗的功率大小了。另外，也可以给定电阻名称，T-Spice同样会计算出其估率消耗值。4.3 W-EditnW-Edit提供观察并显示信号波形的一个窗口软件，允许打开多个信号，并将这些信号分置或是整合在一个或多个窗口上，也能重新选择哪些信号要显示在窗口中。可以直接打开T-Spice与W-Edit程序，也可以经由S-Edit激活这两个程序。n它与T-S
116、pice有着相当紧密的联结关系，可以用最适当的形式来表现波形数据文件，可以同时显示多个来自不同文件的信号波形，可以将波形分别显示在同一个窗口或多个窗口中，可以根据需要设定文字、坐标轴、栅格、图表、颜色等，如图4.37所示。可以将所显示的信号波形及环境设定保存，保存时以WDB为文件名扩展名。图4.37 W-Edit的窗口界面n W-Edit的窗口包含主题区、信号显示区、菜单、工具列与状态栏。除了打开新文件、原文件、保存、打印、暂停与继续执行这些工具列不做说明之外，其余的工具及其图标分述如下：n ：加载SPICE仿真的输出文件(ASCII)；n ：产生一个新的显示区； n ：所有的图表都不选取；n
117、 ：以最适当的范围选显示信号波形；n ：放大信号图形的某个区域；n ：产生一个新的显示区；n ：增加或减少窗口中的信号；n ：以每个信号占用一个显示区来显示；n ：将所有的信号用一个显示区来显示：n ：打开量测标尺。5 特殊单元版图设计n在MOS模拟集成电路中，电容是一个不可缺少的元件，由于其易于与MOS器件相匹配，且制造较易，匹配精度比电阻好，所以得到了较广泛的应用。在CMOS集成电路中，大多数电容都采用SiO2作为介质。在模拟集成电路设计中电容器主要参数为：非线性（与电压有关）、对衬底的寄生电容、串联电阻和每单位面积电容（密度）。n在面向模拟集成电路设计的CMOS工艺中，可以采用“多晶硅体
118、硅”，“金属多晶硅”或者“多晶硅多晶硅”结构来制作电容器。这些结构基于的想法就是在两个悬浮导电层之间生长或者淀积一层相对比较薄的氧化层，从而形成一个下极板寄生电容适中（大约为10%20%）的高密度电容器。（1）多晶硅与体硅之间的电容n由NMOS与CMOS多晶硅栅（金属栅）工艺实现，需要额外一次离子注入来形成底板的N+重掺杂区，以多晶硅为上极板，二氧化硅为介质，N+为下极板构成电容。n由于其衬底必须接一个固定电位以保证N+ 和p-Si衬底构成的PN结反偏，此时多晶硅与体硅间的电容可认为是一个无极性的电容，但存在底板PN结寄生电容（1530%）。n这类电容的电压系数为-1010-6/V，温度系数为
119、2010-65010-6 /，误差为15%。（2）金属与多晶硅之间的电容n通过NMOS与CMOS 硅栅工艺实现，在蒸铝之前用光刻的方法去多晶硅上的厚氧化成层，然后在制作栅氧化层时在多晶硅上热生长一层薄氧化层，最后蒸铝，从而得到了铝氧化层多晶硅电容。这种电容通常位于场区，可以对多晶条进行修正以获得较精准的电容值。n在多晶硅与衬底之间存在寄生电容，且其介质为厚的场氧化层，因此该寄生电容值很小，通常为所需要电容值的十分之一；从可靠性考虑，其金属层必须大于介质氧化层，所以金属层与衬底间存在寄生电容，但其值则更小，只为所需电容值的百分之一左右。n这类电容的电压系数为10010-6V，温度系数为10010
120、-6。n当然也可以用多晶硅作为电容的上极板，而金属作为其下极板，介质为氧化层构成电容。（3）多晶硅与多晶硅之间的电容n由NMOS与CMOS双多晶工艺实现，其上、下极板都为多晶硅，介质为薄热氧化层。介质氧化层一般与栅氧同时形成。n这类电容的电压系数为10010-6V，温度系数为10010-6。n多晶硅2的面积可以小于薄热氧化层面积，从而只有较小的寄生电容（厚氧电容），由于双层多晶硅电容具有性能稳定、寄生电容小等优点，因此在MOS集成电路中有着广泛的应用。n2. 电容版图绘制n本课程设计中采用的是“多晶硅多晶硅”电容结构，在理想情况下，其电容值可用下式进行计算：nC = ACOX = WLOX 0
121、 /TOX用L-Edit绘制电容版图的具体步骤如下：n（1）新建电容单元：执行Cell/New子命令，打开Create New Cell对话框，在其中的New Cell name栏中输入单元名称，如：Cap，然后单击OK按钮。图5.1 电容版图n（2）绘制电容单元：电容中要用到Poly、Poly2、Metal1、Poly Contact、Poly2 Contact、Poly-Poly2 Capacitor ID等图层，电容的有效面积是Poly、Poly2的正对面积，也就是Poly2的面积。先画一层Poly2，尺寸为5050栅格；接着画Poly-Poly2 Capacitor ID，与Poly2
122、重合；再画一层Poly，尺寸为6456栅格。在Poly2上放置Poly2 Contact，注意Poly2 Contact要与Poly-Poly2 Capacitor ID最少间隔为3个栅格，放置Metal1将Poly2 Contact包住，Metal1与Metal1之间的间隔为3个栅格；用同样的方法在Poly上放置Ploy Contact。图中尽量多的放接触点是为了减小金属与多晶硅之间的接触电阻。分别把Poly接触孔、Poly2接触孔用Metal1连接起来，作为电容与外界相连的两个端口。n（3）参数值提取：参数提取时，应设置电容的识别层Poly1-Poly2 Capacitor ID的单位面积
123、电容。执行Setup/Layers子命令弹出Setup Layers对话框，在“Layers”栏内选中Poly1-Poly2 Capacitor ID层，在“General”页的“Area”栏内输入单位面积电容，单击“确定”按钮。再执行提取命令，打开对应的“.spc”文件，对电容的SPICE描述为nC1 1 2 C = 3.835pn说明所绘的电容的值为3.835pF。图5.1 电容版图压焊点压焊点n压焊点是管芯与封装管壳（或外部世界）之间的连接界面。金属丝的一端焊到压点上，另一端接到引线框。封装好的集成电路的引脚是引线框的一部分。nMOSIS1定义的压焊点的基本尺寸是100um100um。压
124、焊点由Matal2和Metal1及其他层高组成。那么，Metal2和衬底之间的电容是多少？在Orbit2电学参数中，Metal2到衬底的极板电容是 1 MOSIS(MOS Implementation Support Project)是美国实施的多项目晶圆(Multi Project Wafer， MPW)计划。多项目晶圆就是将多个使用相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆片上流片，制造完成后，每个设计可以得到数十片芯片样品，这一数量对于原型设计阶段的实验、测试已经足够。而该次制造费用就由所有参加MPW的项目按照芯片面积分摊，成本仅为单独进行原型制造成本的5%-10%，极大地降低了产品开发风险、培
125、养集成电路设计人才的门槛和中小集成电路设计企业在起步时的门槛。n2 Orbit即Orbit Semiconductor,Inc.。具备0.5-5微米CMOS和混合电路设计与加工定制能力。n13到15aF/um2；若取14aF/um2，则用作焊盘的Metal2与衬底之间的电容为0.14pF。因此，在设计高性能的CMOS数字或模拟电路时，必须考虑工艺本身固有的限制。n由于压焊点被绝缘层覆盖，无法从外部连线到压焊点。因此，使用PAD层（也称为Overglass层）来定义钝化层（指芯片最顶层的绝缘层）的开孔。钝化层的主要作用是使芯片免受污染。钝化层开孔有时也被称为压点开孔。Orbit规定：Metal2
126、的边与PAD边的距离为5um。Metal2通过通孔层与Metal1相连。芯片中能与Metal2直接相连的层只有Metal1层，它位于Metal2层的下方。Metal1则可以与Metal2、poly、active（n+或p+）相连。Metal2对通孔的覆盖至少是3um。当淀积Metal2时，Metal会在通孔的位置与Metal1实现物理连接。 n焊盘的版图设计具体步骤如下：图5.2 压焊点版图Metal1 Metal2 Overglass Via Pad Comment n焊盘的具体图层尺寸如图所示：Metal1：100100；Metal2；100100；Overglass：9090；Via：9
127、494；Pad Comment：100100。其中，Metal1、 Metal2 、Pad Comment三者重合。注意，焊盘与焊盘之间的间距最少为75um。应尽量大一些。图5.2 压焊点版图Metal1 Metal2 Overglass Via Pad Comment 5.3 特殊晶体管的优化处理特殊晶体管的优化处理n在模拟集成电路设计中，为满足性能的要求，会出现大尺寸晶体管，如：沟道很宽或很窄的晶体管，沟道很长的晶体管。为节省版图面积，必须对这些晶体管的版图进行优化处理。1. 宽度很宽的晶体管的处理方法n如果一个晶体管的宽长比很大，甚至宽度超过了最大面积所规定的尺寸，那么需要将晶体管分成像
128、“手指状”的多个并联晶体管。图5.3给出了宽度为60um晶体管的三种版图设计。（a） 1指（b） 2指（c）3指图5.3 晶体管的指状结构n图5.3（a）采用常规画法，不利于版图布局；图5.3（b）中采用2指画法，即将晶体管对折，并共用源或漏；图（c）采用3指画法。而偶数个指状的晶体管版图，包容晶体管漏区的是多晶硅栅而不是场区，因此具有较低的有效电容。n使用指状晶体管的另一个原因是为了优化由晶体管宽度所引起的多晶硅栅电阻。因为多晶硅是由单端驱动的，存在电阻，所以需要一个准则来规定单个指状晶体管的最大长度。因此，对于大晶体管来说，将其设计成多个指状晶体管是遵守最大宽度准则的唯一方法 n2. 长度
129、很长的晶体管的处理方法n有些设计中要用到长沟道晶体管，在设计中应尽量避免这种晶体管。这种器件最便捷的版图是使用折叠形式的多晶硅沟槽构成，如图5.4所示。计算长度的方法为：L = 2X+Y。除非具有相同的形状，否则折叠晶体管讲不能精确地匹配，但实际上大部分设计都不要求沟道器件精确匹配。YWX图5.4 折叠MOS晶体管n3. 宽度很窄的晶体管的处理方法2um工艺的晶体管宽度最小尺寸是3um，其具体的实现方式如图5.5所示。图5.5 狗骨型MOS晶体管n4. 晶体管的合并n为了节约空间或使寄生结电容最小，通常把共用源或漏连接的晶体管合并。只要两晶体管包含宽度相同的部分，合并就变得相对简单。图5.6为
130、晶体管M1和M2共用一个源区的例子。图5.6 晶体管的合并画法5.4 阱和衬底的连接阱和衬底的连接n对CMOS N阱工艺来说，在版图设计时，应将所有PMOS管的N阱连成一个大的N阱，再将所有PMOS管放于该阱中，再将N阱连接到电路的最正电位（电源），而将P衬底接最低电位（负电源或地）。这种连接被称为阱连接和衬底连接，如图5.7所示。图中阱连接区位于器件两侧，由N+制成，连接到V+；衬底连接到V-。n在绘制版图时应尽可能多的设置阱连接区，PMOS晶体管应做在一个大的N阱中，而不是每一个晶体管做一个N阱。在N阱中只要有空间位置就应设置阱连接区。同样地，在衬底上只要有空间就应该设计衬底连接区。如果阱
131、中心部位的晶体管距离阱连接区太远了，就必须分割器件并且在中心插入一个阱连接区。如5.8图所示.n所有这些工作都是为了阻止阱和衬底之间的寄生二极管出现正向导通的情况。如果这个二极管导通，它可能称为潜在的芯片损害因素，会出现闩锁效应。阱接触区N阱衬底接触区V+V-图5.7 阱连接和衬底连接连接区图5.8 在器件中间设置连接区5.5 闩锁效应闩锁效应n就概念来讲，闩锁效应指的是由于寄生效应引起的VDD和VSS短路，从而产生的集成电路的一种不可恢复的状态。根据闩锁状态的严重程度，集成电路可能被永久性的损坏，或者只有在电源彻底切断后才有可能恢复。n下面简单介绍一下闩锁疚是如何产生的。图5.9左图给出了简
132、单的CMOS反相器中寄生器件的等价电路模型。传输门是闩锁疚的另一个危险源，特别是当舆门的源或者汛与VDD或者VSS连接时。n重新绘制图5.9左图所示的电路图使其更为易懂，而得到了图5.10右图。很简单，只要两个双极晶体管中的任一个导通，闩锁就会发生。如果这种情况发生，由一个开启晶体管产生的电流会使另一个也开启，因而电路中就会产生正反馈环。同时第二个晶体管的电流就会加强第一个晶体管的驱动能力，并且使自身产生恶性反馈，从而导致正反馈再次发生。 n闩锁效应发生的基本条件：n产生足够大的电压VBE（至少是瞬时的）来激发任意一个双极型晶体管。这需要注入芯片的异常电流和足够大的寄生电阻，从而根据欧姆定律能
133、够产生这一电势差。n寄生双极晶体管有足够电流驱动能力来维持所需的VBE，从而保持双极晶体管开启。n减小闩锁效应的版图方法包括以下方面：n在基体上改变金属的掺杂，降低BJT的增益。n避免源极和漏极的正向偏压。n增加一个轻掺杂的层在重掺杂的基体上，阻止侧面电流从垂直BJT到低阻基体上的通路。n使用保护环（Guard ring）: P+ ring环绕nmos并接GND；N+ ring环绕pmos 并接VDD，一方面可以降低Rwell和Rsub的阻值，另一方面可阻止载流子到达BJT的基极。如果可能，可再增加两圈保护环。n衬底接触孔和井接触孔应尽量靠近源极,以降低Rwell和Rsub的阻值。n使nmos
134、尽量靠近GND，pmos尽量靠近VDD。n除在I/O处需采取防闩锁效应的措施外，凡接I/O的内部MOS也应圈保护环。nI/O处尽量不使用pmos(Nwell)。n版图中保护环被分成两种基本的类型：硬环和软环。硬环指的是一个完全接触的有源环，在这个环上有连续的金属1。而软环只有一个连续的有源环，但是金属层可能被打断以使信号通过保护环。n图5.10阐述了硬环和软环之间的不同 硬环：被完整的有源环绕着的所有区域，连续的金属1相连软环：被连续的有源包围着的所有区域，每一独立部分都连接到金属1供电电源不正确的软环：被连续的有源包围着的所有区域，但不是每一独立部分都连接到金属供电电源n5.6 匹配规则匹配
135、规则n匹配基本规则：n当集成电路产业刚刚起步的时候，制造工业仍然相对落后。即使你将两个需要匹配的器件放的很近，我们也仍然无法保证它们的一致性。现在虽然随着制造工艺越来越精确，但是匹配问题的研究从来就没有停止过，相反地，匹配问题显得日益突出和重要。n使需要匹配的器件所处的光刻环境一样,称之为匹配。匹配分为横向匹配、纵向匹配和中心匹配。实现匹配有三个要点需要考虑：需要匹配的器件彼此靠近、注意周围器件、保持匹配器件方向一致。遵守这3条基本原则，就可以很好的实现匹配了。n下面介绍几种匹配的方法n交叉法n采用指状交叉法是一项非常好的技术，不仅适用于电阻，也同样适用于其他任何器件，只要是两个或者两个以上就
136、可以交叉排列，布线用上下行走的蛇形线，如下图所示：A1B1A2B2A3B3n虚拟器件法n下面介绍一种基于工艺的考虑而实现匹配的另一种需要考虑的方法：虚拟器件法(Dummy Devices)。n当这些器件开始被腐蚀的时候，位于中间的器件所处的环境肯定与两边的不同，位于两边的器 n件所受的腐蚀会比中间的器件多一些，这一点点的区别也许会对匹配产生非常不可预知的结果。n为了使器件在加工上面也保持一致，最简单的办法就是在两边分别放置一个“虚拟器件”（“dummy device”），而实际上它们在电路连线上没有与其它任何器件连接，它们只是提供了一些所谓的“靠垫”，以避免在两端过度刻蚀。这就是虚拟器件，保证
137、所有器件刻蚀一致，如图所示：DummyDeviceDeviceDeviceDeviceDummy图5.14 加入了虚拟器件的版图示意图n加入虚拟器件的同时也要保证电阻之间的距离保持一致，这样一来每一个器件所处的环境已经完全一致了。n另外一种情况就是当你需要这些器件高度匹配的时候，,也可以在四周都布满虚拟器件,防止在四边的过度腐蚀，以保证每个器件的周围环境都一致。其缺点就是这种方法会占用很大的面积，采用时应多多考虑实际项目的需要。如图所示：虚 拟 器 件实 际 器 件虚拟 器 件n图5.15 高度匹配器件图n共心法n把器件围绕一个公共的中心点放置称为共心布置。现有的集成工艺中，它可以降低热梯度或
138、工艺存在的线性梯度。热梯度是由芯片上面的一个发热点产生的，它会引起其周围的器件的电气特性发生变化。离发热点远的器件要比离发热点近的器件影响要小。共心技术使热的梯度影响在器件之间的分布比较均衡。n以下是两个利用共心法匹配的示意图ACCBDABDDBADBCCADBCACADBBDACACBD图5.16 四个器件进行共心匹配图n尽量采用较大尺寸的器件n大多数情况下我们都会采用沟道长度较大的模拟器件,但与此同时也会带来另外一个问题,那就是寄生参数也会随之变大,通常我们会尽可能多打一些孔以减少电阻,还有一种方法就是将W/L 较大的器件拆分成几个器件,再加入两个DUMMY POLY,保证器件在光刻时的程度一致。n
