Full Custom Design Flow 全客戶設計流程

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1 Full Custom Design Flow 全客戶設計流程
朝陽科技大學 資訊與通訊系 Full Custom Design Flow 全客戶設計流程

2 Outline introduction Pre-Layout Simulation ( Hpsice ) Layout ( Laker )
Verification ( Calibre ) Post-Layout Simulation ( Hspice )

3 interduction 在不同的製程底下，每套軟體皆有不同的技術檔，因此在設計前必須決定好使用哪個製程，方便我們之後的設計及驗證。
在此我們示範 CIC18的製程

4 Pre-Layout Simulation
一開始先呼叫 Hspice的軟體出來用，在測試檔參數設定完後Input測試檔產生xxx.lis來查看錯誤，成功的話會顯示hspice job concluded。

5 Pre-Layout Simulation
新增一個空白檔案，副檔名為sp。

6 Pre-Layout Simulation
電路檔副檔名為sp，主要是敘述電路每個節點。

7 Pre-Layout Simulation
為了清楚起見，通常我們會額外建一個測試檔副檔名也是sp，主要是描述電路的工作環境。 Ex：溫度、工作電壓、頻率等

8 Pre-Layout Simulation
此為測試檔之內容，之後會有詳細的介紹 空一行 內容參數設定

9 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 C 電容 D 二極體 E,F,G,H 相依電壓與電流源 I 獨立電源: 電流源 J 接面場效應電晶體JFET K 互感或耦合電感Mutual inductor L 電感 M 金屬氧化物半導體場效應電晶體MOSFET Q 雙極性接面電晶體BJT O,T,U 傳輸線 V 獨立電源: 電壓源 X 子電路*

10 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 Zero (0) is always Ground Ground may be 0, GND, GND！

11 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 Analysis type . tran(暫態分析) Ex : .tran 0.01n 100n Output parameter . option Ex: option post *是把輸出的結果存成Graph file . Probe *允許儲存輸出變數到圖檔(awaves)

12 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 Transient source statements Types of independent source function Pulse (pulse function) ＊週期性的訊號，多利用在數位訊號中的 clock Sinusoidal (sin function) ＊類比訊號分析 Exponential (exp function) ＊特殊元件分析 Piecewise linear (pwl function) ＊適用於不規則的訊號分析 Single-frequency FM (sffm function) ＊通訊調變分析 Single-frequency AM (am function) ＊通訊調變分析

13 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 Pulse function : pluse syntax: pulse(v1 v2 <Tdelay Trise Tfall Pwidth Period>)

14 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 Ex：Vin 1 0 PULSE ( 0V 5V 10ns 10ns 10ns 40ns 100ns )

15 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 Piecewise linear function : pwl 語法: pwl(<t1 v1 t2 v2 t3 v3….> <R=repeat><Tdelay=delay>)

16 Pre-Layout Simulation
Ex：vAin Ain 0 PWL(0n 0v 9.9ns 0v 10ns vsupply 19.9ns vsupply 20ns 0v 24.9ns 0v 25ns vsupply 29.9ns vsupply r 0) Ex：vBin Bin 0 PWL(0n 0v 4.9ns 0v 5ns vsupply 14.9ns vsupply 15ns 0v 24.9ns 0v 25ns vsupply 29.9ns vsupply r 0) ain bin

17 Pre-Layout Simulation
Hspice中也有類似C語言副程式的寫法，此寫法為.subckt，可以利用此指令來寫一個程式，以利我們未來在程式主題中的呼叫。 Ex：.subckt name n1 <n2 n3> <param=val…> 描述內容 .ends

18 Pre-Layout Simulation
MOSFET 描述如下所示: MOS元件描述以M為開頭，其隨後的描述為連接之節點、參數等。 Ex：mp0 out ain vdd vdd p_18 w=1.5u l=0.18u

19 Pre-Layout Simulation
MOSFET 描述如下所示: Ex：mn0 out ain gnd gnd n_18 w=0.5u l=0.18u

20 Pre-Layout Simulation
　　　　空一行 Nand閘電路圖 從電路圖轉成 電路描述方式

21 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 量測delay Syntax：.MEASURE DC|AC|TRAN result_var TRIG ... TARG ... <Optimization Option> Ex ：.meas tran delay_1 trig v(ain) val='meas_val' rise=1 targ v(out) val='meas_val' rise=3

22 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 量測Power 　 Syntax：.MEASURE DC|AC|TRAN result FUNC out_var <FROM=val1> <TO=val2> + <Optimization Option> Ex：.meas tran Power avg p(xnand2) from'1*t_cycle' to '10*t_cycle'

23 Pre-Layout Simulation
Hspice基本語法介紹 量測功率延遲乘積Power-Delay Product(PDP) Ex：.meas tran sum_PDP_1 param='delay_1*Power'

24 Pre-Layout Simulation
我們可以在測試檔內撰寫量測delay、power等的程式，如圖為前模擬量測結果，之後可以與後模擬RC萃取完的電路比較其結果，因後模擬是最接近晶片下線出來的數據。

25 Pre-Layout Simulation
接著我們可以使用CosmosScope來看波形，利用指令來呼叫Scope這套軟體，檢查其波型是否與真值表相符，確定無誤後則可以進行佈局的規劃了。

26 Pre-Layout Simulation
打開Plotfiles後，檔案類型選擇Hspice

27 Pre-Layout Simulation
選擇正確的檔案後開啟

28 Pre-Layout Simulation
此為nand閘輸出波形，只有在ain和bin為1時輸出為0，在後模擬完可自行比較波形圖的不同。 ain bin out

29 Layout ( Laker ) 再來進入畫layout圖部分，使用spring_soft公司的laker，一開始呼叫laker軟體出來使用，也要順便呼叫calibre來驗證設計規則(DRC)和佈局圖對應電路圖(LVS)，這二樣都要過才能進行萃取RC的動作。

30 Layout ( Laker ) 我們先新增一個library如圖所示

31 Layout ( Laker ) 輸入Library name後選擇Technology file

32 Layout ( Laker ) 在以下路徑選擇所需的檔案

33 Layout ( Laker ) 在cell處新增一個元件

34 Layout ( Laker ) 選擇剛才建的library後新增一個新的元件

35 Layout ( Laker ) 進來之後的畫面，左側為常用tool

36 Layout ( Laker ) 常用tool： Contact Metal Poly Diffussion Nwell PIMP NIMP

37 Layout ( Laker ) r：矩形 k：尺規 c：複製 Ctrl+m：呼叫mos o：呼叫連接層
Ctrl or shitf+z：放大或縮小 ↑↓←→：移動

38 Layout ( Laker ) 電晶體結構圖(n-well製程)

39 Layout ( Laker ) 此為nand閘的layout完成圖。

40 Layout ( Laker ) 畫完layout後要跑DRC驗證，必須符合它的製程規則去做設計

41 Verification ( Calibre )
Rule檔放在以下路徑，如圖，之後按Run DRC

42 Verification ( Calibre )
左側欄位出現錯誤請修改至正確為止

43 Verification ( Calibre )
依照Rule修改後已無錯誤訊息，如圖。

44 Verification ( Calibre )
接著跑LVS驗證(Layout Versus Schematic)，此步驟為確認所畫的佈局圖與電路圖描述的接腳是否相符。

45 Verification ( Calibre )
選擇正確的Rule檔與路徑

46 Verification ( Calibre )
接著修改左欄Inputs裡面的Netlist，選擇正確的電路檔 　以及格式和元件

47 Verification ( Calibre )
調整完後按Run LVS

48 Verification ( Calibre )
顯示結果為不符合

49 Verification ( Calibre )
左側點看LVS Report找錯誤

50 Verification ( Calibre )
經過debug後驗證通過了，如圖

51 Post-Layout Simulation ( Hspice )
接著做PEX萃取電路的電阻與電容

52 Post-Layout Simulation ( Hspice )
輸入正確的規則檔及路徑

53 Post-Layout Simulation ( Hspice )
左側Input的Netlis欄位也要修改

54 Post-Layout Simulation ( Hspice )
Output也要修改格式及萃取類型

55 Post-Layout Simulation ( Hspice )
左側的Rule、Inputs、Outputs皆修改完後按RunPEX

56 Post-Layout Simulation ( Hspice )
此為萃取後的電路檔，以此電路檔再做一次波形模擬(scope)及量測各項數據。

57 Post-Layout Simulation ( Hspice )
此為後模擬之波形圖，與前模擬相較下波形較差一點。 ain bin out

58 Post-Layout Simulation ( Hspice )
如圖為後模擬出來的結果，把RC參數考慮進去後不論在delay或power上均提高了一些。

59 Post-Layout Simulation ( Hspice )
以上大致為整個前模擬(Pre-sim)到後模擬(Post-sim)的流程。