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前言

第1章先進(jìn)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(yīng)8

1.3FinFET11

1.3.1三柵以及雙柵FinFET12

1.3.2實(shí)際中的結(jié)構(gòu)選擇19

1.4基于gm/ID的設(shè)計(jì)方法20

1.4.1模擬集成電路的層次化設(shè)計(jì)20

1.4.2gm/ID設(shè)計(jì)方法所處的地位21

1.4.3gm/ID設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)22

1.4.4基于Vov的設(shè)計(jì)方法23

1.4.5gm/ID設(shè)計(jì)方法詳述27

1.4.6基于gm/ID的設(shè)計(jì)實(shí)例31

第2章CMOS模擬集成電路版圖基礎(chǔ)33

2.1CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)流程33

2.2CMOS模擬集成電路版圖定義36

2.3CMOS模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)流程37

2.3.1版圖規(guī)劃38

2.3.2版圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)39

2.3.3版圖驗(yàn)證40

2.3.4版圖完成41

2.4版圖設(shè)計(jì)通用規(guī)則42

2.5版圖布局44

2.5.1對(duì)稱約束下的晶體管級(jí)布局45

2.5.２版圖約束下的層次化布局46

2.6版圖布線50

2.7CMOS模擬集成電路版圖匹配設(shè)計(jì)54

2.7.1CMOS工藝失配機(jī)理54

2.7.2元器件版圖匹配設(shè)計(jì)規(guī)則56

第3章Cadence Virtuoso 617版圖設(shè)計(jì)工具59

3.1Cadence Virtuoso 617界面介紹59

3.1.1Cadence Virtuoso 617 CIW界面介紹60

3.1.2Cadence Virtuoso 617 Library Manager界面介紹66

3.1.3Cadence Virtuoso 617 Library Path Editor操作介紹85

3.1.4Cadence Virtuoso 617 LayoutEditor界面介紹96

3.2Virtuoso 基本操作124

3.2.1創(chuàng)建圓形124

3.2.2創(chuàng)建矩形125

3.2.3創(chuàng)建路徑126

3.2.4創(chuàng)建標(biāo)識(shí)名127

3.2.5調(diào)用器件和陣列128

3.2.6創(chuàng)建接觸孔和通孔130

3.2.7創(chuàng)建環(huán)形圖形131

3.2.8移動(dòng)命令132

3.2.9復(fù)制命令133

3.2.10拉伸命令134

3.2.11刪除命令135

3.2.12合并命令135

3.2.13改變層次關(guān)系命令136

3.2.14切割命令138

3.2.15旋轉(zhuǎn)命令139

3.2.16屬性命令140

3.2.17分離命令141

3.2.18改變形狀命令142

3.2.19版圖層擴(kuò)縮命令143

第4章SIEMENS Calibre版圖驗(yàn)證工具145

4.1SIEMENS Calibre版圖驗(yàn)證工具簡(jiǎn)介145

4.2SIEMENS Calibre版圖驗(yàn)證工具調(diào)用145

4.2.1采用Virtuoso Layout Editor內(nèi)嵌方式啟動(dòng)146

4.2.2采用Calibre圖形界面啟動(dòng)147

4.2.3采用Calibre View查看器啟動(dòng)149

4.3SIEMENS Calibre DRC驗(yàn)證151

4.3.1Calibre DRC驗(yàn)證簡(jiǎn)介151

4.3.2Calibre nmDRC界面介紹153

4.3.3Calibre nmDRC驗(yàn)證流程舉例159

4.4SIEMENS Calibre nmLVS驗(yàn)證170

4.4.1Calibre nmLVS驗(yàn)證簡(jiǎn)介170

4.4.2Calibre nmLVS界面介紹170

4.4.3Calibre nmLVS驗(yàn)證流程舉例183

4.5SIEMENS Calibre寄生參數(shù)提取(PEX)194

4.5.1Calibre PEX驗(yàn)證簡(jiǎn)介194

4.5.2Calibre PEX界面介紹194

4.5.3Calibre PEX流程舉例204

第5章Calibre驗(yàn)證文件213

5.1Virtuoso Techfile214

5.1.1Virtuoso Techfile內(nèi)容214

5.1.2修改示例215

5.2Virtuoso Layer Map217

5.2.1Virtuoso Layer Map內(nèi)容217

5.2.2示例：Virtuoso Layer Map修改方法218

5.3Virtuoso Symbol CDF218

5.3.1Virtuoso Symbol CDF內(nèi)容219

5.3.2示例：Virtuoso參數(shù)修改方法219

5.4SVRF語(yǔ)言221

5.4.1SVRF基本符號(hào)使用222

5.4.2SVRF基本math function222

5.4.3SVRF基本格式222

5.4.4Layer Operations運(yùn)算輸出224

5.5DRC rule225

5.5.1DRC rule內(nèi)容225

5.5.2DRC rule主要operation226

5.5.3DRC rule驗(yàn)證方法227

5.5.4修改示例227

5.6LVS(PEX)規(guī)則230

5.6.1LVS rule內(nèi)容230

5.6.2LVS rule器件定義231

5.6.3LVS rule驗(yàn)證方法232

5.6.4示例：pdio18e2r LVS rule添加方法232

第6章CMOS模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證流程234

6.1設(shè)計(jì)環(huán)境準(zhǔn)備234

6.2單級(jí)跨導(dǎo)放大器電路的建立和前仿真240

6.3跨導(dǎo)放大器版圖設(shè)計(jì)251

6.4跨導(dǎo)放大器版圖驗(yàn)證與參數(shù)提取262

6.5跨導(dǎo)放大器電路后仿真279

6.6輸入輸出單元環(huán)設(shè)計(jì)285

6.7主體電路版圖與輸入輸出單元環(huán)的連接293

6.8導(dǎo)出GDSII文件298

第7章運(yùn)算放大器的版圖設(shè)計(jì)301

7.1運(yùn)算放大器基礎(chǔ)301

7.2運(yùn)算放大器的基本特性和分類302

7.2.1運(yùn)算放大器的基本特性302

7.2.2運(yùn)算放大器的性能參數(shù)303

7.2.3運(yùn)算放大器的分類307

7.3單級(jí)折疊共源共柵運(yùn)算放大器的版圖設(shè)計(jì)312

7.4兩級(jí)全差分密勒補(bǔ)償運(yùn)算放大器的版圖設(shè)計(jì)317

7.5電容—電壓轉(zhuǎn)換電路版圖設(shè)計(jì)322

第8章帶隙基準(zhǔn)源與低壓差線性穩(wěn)壓器的版圖設(shè)計(jì)329

8.1帶隙基準(zhǔn)源的版圖設(shè)計(jì)329

8.1.1帶隙基準(zhǔn)源基本原理329

8.1.2帶隙基準(zhǔn)源版圖設(shè)計(jì)實(shí)例335

8.2低壓差線性穩(wěn)壓器的版圖設(shè)計(jì)339

8.2.1低壓差線性穩(wěn)壓器的基本原理340

8.2.2低壓差線性穩(wěn)壓器版圖設(shè)計(jì)實(shí)例342

第9章模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖設(shè)計(jì)347

9.1性能參數(shù)347

9.1.1靜態(tài)參數(shù)348

9.1.2動(dòng)態(tài)特性351

9.1.3功耗指標(biāo)353

9.1.4抖動(dòng)353

9.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)及版圖設(shè)計(jì)354

9.2.1快閃型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Flash ADC)354

9.2.2快閃型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器版圖設(shè)計(jì)357

9.2.3流水線模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)(Pipelined ADC)363

9.2.4流水線模/數(shù)轉(zhuǎn)換器版圖設(shè)計(jì)371

9.2.5逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換（SuccessiveApproximationADC)373

9.2.6逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器版圖設(shè)計(jì)377

9.2.7Sigma-Delta模/數(shù)轉(zhuǎn)換器381

9.2.8Sigma-Delta調(diào)制器版圖設(shè)計(jì)398

第10章Calibre LVS常見錯(cuò)誤解析400

10.1LVS錯(cuò)誤對(duì)話框（RVE對(duì)話框）400

10.2誤連接408

10.3短路410

10.4斷路411

10.5違反工藝原理412

10.6漏標(biāo)416

10.7元件參數(shù)錯(cuò)誤417

參考文獻(xiàn)419

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前言/序言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工藝仍是模擬、邏輯集成電路的主流工藝，并突破摩爾定律，向著納米級(jí)繼續(xù)發(fā)展。作為集成電路最為經(jīng)典的設(shè)計(jì)形式，CMOS模擬電路在當(dāng)今快速發(fā)展的技術(shù)革新中依然占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位。而其中的模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，又是從電路設(shè)計(jì)到物理實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與數(shù)字集成電路版圖的設(shè)計(jì)主要依據(jù)工具實(shí)現(xiàn)不同，模擬集成電路版圖的設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)者手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)都是決定一款芯片成敗的關(guān)鍵因素。因此本書依托版圖設(shè)計(jì)工具Cadence Virtuoso 617和物理驗(yàn)證工具SIEMENS Calibre，從模擬集成電路版圖的基本概念、方法入手，通過運(yùn)算放大器、帶隙基準(zhǔn)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(shè)計(jì)實(shí)例，向讀者介紹模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和實(shí)用設(shè)計(jì)方法，以供從事CMOS模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)的讀者參考討論之用。 本書內(nèi)容詳盡豐富，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，主要分為4部分，共10章內(nèi)容：第1章首先介紹目前快速發(fā)展的先進(jìn)集成電路器件的理論知識(shí)，包括納米級(jí)FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）和FD-SOI（平面全耗盡絕緣襯底上硅）MOSFET的特點(diǎn)和物理特性。同時(shí)對(duì)模擬集成電路中的gm/ID設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)分析。第2章重點(diǎn)討論CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)的基本流程、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(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程、布局和布線準(zhǔn)則，以及通用的設(shè)計(jì)規(guī)則。第3～6章分章節(jié)詳細(xì)介紹了版圖設(shè)計(jì)工具Cadence Virtuoso 617、物理驗(yàn)證工具SIEMENS 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(shè)計(jì)、驗(yàn)證流程。第7～9章，介紹運(yùn)算放大器、帶隙基準(zhǔn)源、低壓差線性穩(wěn)壓器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等基本模擬電路版圖規(guī)劃、布局以及設(shè)計(jì)的基本方法。第10章對(duì)SIEMENS Calibre中LVS驗(yàn)證的常見問題進(jìn)行了歸納和總結(jié)，希望幫助讀者快速掌握版圖驗(yàn)證的基本分析技巧。本書由廈門理工學(xué)院微電子學(xué)院陳鋮穎老師主持編寫，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所高級(jí)工程師范軍和遼寧大學(xué)物理學(xué)院尹飛飛老師、北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司工程師王鑫一同參與編寫。其中，陳鋮穎編寫了第1、2、6、7、8、10章，范軍編寫了第3、4章，尹飛飛編寫了第9章，王鑫編寫了第5章。另外，廈門理工學(xué)院微電子學(xué)院左石凱、蔡藝軍、黃新棟、林峰諸位老師在查找資料、文檔整理、文稿審校方面付出的辛勤勞動(dòng)，正是有了大家的共同努力，才使本書得以順利完成，在此向各位表示感謝。本書受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61704143）、廈門市青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目（3502Z20206074）、福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題（FJJKCG20-011）、福建省新工科研究與改革實(shí)踐項(xiàng)目的資助。由于本書涉及器件、電路、版圖設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，以及受時(shí)間和編者水平限制，書中難免存在不足和局限，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者2021年6月

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