MEMS各种仿真软件的比较分析

《MEMS 器件、仿真与系统集成》期中测验（三）（占考试成绩的20%，中英文答题均可，5月30日交电子版。

任课教师：陈剑鸣）研究生：段海军（签字）学号： 2010211014MEMS设计、仿真软件的综合比较。

（占本课程的20%）。

具体要求：1）用表格形式对MEMS常用的软件进行比较。

比较的软件四大类：TannerPro（主要是L-edit），HFSS, CoventorWare，IntelliSense，ANSYS2）比较的内容：✓公司、厂家；✓软件的总体描述；✓软件的模块关系（模块组成）；✓按模块来阐述的主要用途；✓按模块来阐述的性能参数；✓软件所做的实例图（分模块）。

✓你对此软件（或者是具体模块）的看法和评价，不少于5个模块。

作业作答如下：由于制作表格不是很方便，每个软件包含的内容非常多，所以我采用如下形式的方式来分析比较上面五个软件。

一 TannerPro（主要是L-edit）1.1 公司、厂家：Tanner Research公司1.2 软件的总体描述Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows 平台的用于集成电路设计的工具软件。

该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。

其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。

L-Edit Pro是Tanner EDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块，具有高效率，交互式等特点，强大而且完善的功能包括从IC设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。

L-Edit Pro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place & Route)、线上设计规则检查器（DRC）、组件特性提取器（Device Extractor）、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、CMOS Library、Marco Library，这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决方案。

L-Edit Pro丰富完善的功能为每个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。

Tanner Tools Pro是一套集成电路设计软件，包含以下几种工具：S-Edit (编辑电路图)。

T-Spice（电路分析与模拟）。

W-Edit （显示T-Spice模拟结果）。

L-Edit （编辑布局图，自动布局布线，DRC，电路转化）。

LVS （版图和电路图对比）。

1.3 软件的模块关系及其主要用途与实例图S-Edit模块：可以继续在Core模块中继续寻找更低一级的模块，直至到MOS 晶体管。

T-Spice模块：是电路仿真与分析的工具，文件内容除了有元件与节点的描述外，还必须加上其他的设定。

有包含文件（include file）、端点电压源设置、分析设定、输出设置。

L-Edit模块：是一个布局图的编辑环境功能包括设计导航、分析图层、截面观察、设计规则检查、转化等。

LVS 模块：是用来比较布局图与电路图所描述的电路是否相同的工具，也就是说比较S-Edit绘制的电路图与L-Edit绘制的布局图是否一致。

图1 S-Edit 模块界面图图2 S-Edit实例图图3（a）T-Spice模块等效电路图（b）模拟仿真结果1.4 Tanner Pro软件的设计流程Tanner Pro软件的设计流程可用如下图4所示；将要设计的电路先以S-Edit 编辑出电路图，再将该电路图输出成SPICE文件。

接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件，如果模拟结果有错误，N回S-Edit检查电路图，如果T-Spice模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。

用L-Edit进行布局图设计后要以DRC功能做设计规则检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。

将验证过的布局图转化成SPICE文件，再利用T-Spice 模拟，若有错误，再回到L-Edit修改布局图。

最后利用LVS将电路图输出地SPICE 文件与布局图转化的SPICE 文件进行对比，若对比结果不相等，则回去修改L-Edit或S-Edit的图；直到验证无误后，将L-Edit设计好的布局图输出成GDSII 文件类型，再交由工厂去制作半导体过程中需要的光罩。

如下是Tanner数字ASIC设计流程图：图4 Tanner数字ASIC设计流程图1.5 L-Edit模块介绍（1）L-Edit画图布局详细步骤1）打开L-Edit程序，保存新文件。

2）取代设定（File-Rep lace Setup）。

3）环境设定（Setup-Design）。

4）选取图层。

5）选择绘图形状绘制布局图。

6）设计规则设定（MOSIS/OPBIT 2.OU）和设计规则检查（DRC）。

7）检查错误，修改（移动）对象。

8）再次进行设计规则检查。

（2）使用L-Edit画PMOS布局图1)用到和图层包括N Well,Active, N Select, P Select, Poly, Metal1,Metal2,Active Contact,Via。

2)绘制N Well图层：L-Edit编辑环境是预设在P型基板上，不需定义P型基板范围，要制作PMOS，首先要作出N Well区域。

根据设计规则Well区电最小宽度的要求（10λ），可画出N Well区。

3）绘制Active图层：定义MOS管的范围。

PMOS的Active图层要绘制在N Well 图层之内。

根据设计规则要求，Active的最小宽度为3λ。

可在N Well中画出Active图层。

4）绘制P Select图层：定义要布置P型杂质的范围。

绘制前进行DRC可发现相应错误。

绘制时注意遵守规则：Not Selected Active。

绘制时注意遵守规则：Active to P-Select Edge最小2λ。

同时还要注意pdiff层与N Well层要遵守5λ。

5）绘制Poly图层：定义成长多晶硅，最小宽度2λ。

6）绘制Active Contact图层：源极、漏极接电极需要。

标准宽度2λ。

7）绘制Metal1图层：最底层的金属线。

图5 使用L-Edit画PMOS布局图（3）使用L-Edit编辑标准逻辑元件1）标准元件库中的标准元件的建立符合某些限制，包括高度、形状与连接端口的位置。

标准元件分为逻辑元件与焊垫元件。

2）操作流程：进入L-Edit-建立新文件-环境设定-绘制接合端口-绘制多种图层形状-设计规则检查-修改对象-设计规则检查3）绘制接合端口：每一个标准元件一个特殊的端口叫做接合端口，它的范围定交出元件的尺寸及位置即元件的边界。

4）绘制电源与电源接口:典型标准元件的电源线分布在元件的上端和下端。

注意标准单元库中的每一个标准元件其电源端口必须有相同的真对高度，且电源端口的宽度必须设定为0，位置必须贴齐Abut范围的两边。

5）绘制N Well 层：在P型基板上制作PMOS的第一步流程。

横向24格，纵向38格。

6）编辑N Well节点：因为PMOS基板也需要电源，故需要在N Well上建立一个欧姆节点。

在Abut端口的上方，绘制出Active, N Select、 Active Contact 这3种图层。

7）编辑P型基板节点：NMOS基板也需要接地，故此需要在P base上建立一个欧姆节点。

在Abut端口的下方，绘制出Active、P Select、Active Contact 这3种图层。

8）绘制P Select图层。

植入P型杂质需要。

两部分：一是在N Select右边加上一块横向11格、纵向10格；一是在下方再加上横向18格，纵向22格。

9）绘制NMOS Active图层：定义MOS的范围，Active以外的地方是厚氧化层区（或称场氧化层）。

一是在原上部Active下接一块横向12格，纵向4格的方形Active，一是在其下方再画横向14格、纵向18格的方形Active。

10）绘制N Select图层：植入N型杂质需要。

一是在Abut下部PSelect 右边加横向11格，纵向10格；一是在刚上方加横向18格，纵向22格。

11）绘制PMOS Active图层：一是在原下部Active上接一块横向12格，纵向4格的方形Active，一是在其上方再画横向14格、纵向18格的方形Active。

12）绘制Poly层：Poly与Active相交集为栅极所在位置。

横向2格，纵向70格。

绘制完此步，请先进行DRC无误后再继续。

13）绘制输入信号端口（A）：标准元件信号端口（除电源和地）的绕线会通过标准元件的顶端或底部。

一个标准元件信号端口要求高度为0，且宽度最好为整数值。

自动绕线时用Metal2，故需先将输入端口由Metal2通过Via与Metal1相连，在通过Metal1通过Poly Contact与Poly相连。

DRC确认无误。

14）绘制PMOS源极接线：需要将PMOS左端P型扩散区与Vdd相连。

利用Metal1与Vdd相连，Metal1与Active间通过ActiveContact相接。

15）绘制NMOS源极接线：需要将NMOS左边N型扩散区与Gnd相连。

利用Metal1与Gnd相连，Metal1与Active间通过ActiveContact相接。

16）连接PMOS与NMOS的基极：将NMOS的右边扩散区和PMOS的右边扩散区利用Metal1相连，并在Metal1与Active重叠区打上节点。

17）绘制输出信号端口（OUT）。

18）更改元件名称为INV，转化为spice文件(TOOLS－Extract)。

1.6 L-Edit的实际范例L-Edit是一个布局图的编辑环境，在此以Tanner Tools Pro所附的范例Lights.tdb文件为例，进行L-Edit基本结构的介绍。

Lights.tdb文件中有很多组件（cell），Lights组件、core组件、IPAD组件、OPAD组件等，每一个组件都是一个布局图，一个组件可以应用其他组件而形成层次式结构。

Lights.tdb 文件是个标准组件组动配置与绕线（SPR）的范例。

此范例是利用S-Edit的Lights.tdb文件输出地TRP文件来进行标准组件自动配置与绕线而产生Lights 组件的。

图6 范例电路图图7 （a）只显示Poly，Active，N well图层（b）截面观察二 HFSS2.1 公司、厂家：美国Ansoft公司2.2 软件的总体描述Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。