集成电路版图设计
“集成电路版图设计”教学探索与实践
“集成电路版图设计”教学探索与实践【摘要】本文围绕着集成电路版图设计的教学探索与实践展开讨论。
在我们探讨了研究背景和研究意义，引出了本文的主题。
正文部分分为教学内容设计、教学方法探索、案例分析、教学效果评估和教学改进建议。
通过对这些方面的分析和讨论，我们可以全面地了解集成电路版图设计教学的现状和挑战。
结论部分结合实践经验，提出了集成电路版图设计教学的未来发展方向，总结了本文的研究成果，并展望了未来的发展前景。
整个文章系统地探讨了集成电路版图设计教学的问题，为相关教学工作提供了有价值的借鉴和参考。
【关键词】集成电路版图设计, 教学探索与实践, 教学内容设计, 教学方法探索, 案例分析, 教学效果评估, 教学改进建议, 未来发展方向, 结论总结, 展望, 研究背景, 研究意义.1. 引言1.1 研究背景集成电路设计是电子信息工程领域中的重要组成部分，它涉及到电路设计、工艺制造、功能验证等多个方面，是电子科学技术领域中的前沿研究领域之一。
随着科技的不断进步和电子技术的快速发展，集成电路设计在各个领域的应用越来越广泛，尤其是在数字电路、通信系统、嵌入式系统等方面扮演着至关重要的角色。
在集成电路设计领域，尤其是在版图设计方面，由于其专业性和复杂性，很多学生在学习过程中往往会遇到困难和挑战。
教师在教学过程中也面临一些问题，比如如何提高学生的学习兴趣，如何培养学生的实际操作能力等。
对于集成电路版图设计教学的探索与实践显得尤为重要。
本文旨在通过对集成电路版图设计教学的探索与实践，提出一些有效的教学方法和改进建议，以期为今后的教学实践提供一定的借鉴和参考。
通过本文的研究，希望能够探讨出一套适合学生学习和成长的集成电路版图设计教学模式，为培养更多优秀的电子信息工程人才做出贡献。
1.2 研究意义集成电路版图设计作为现代物理电子学科的重要内容，对学生掌握集成电路设计和实现的基本原理和方法具有重要的意义。
通过集成电路版图设计教学，可以培养学生的创新思维能力、工程实践能力和团队合作精神，提高学生的设计能力和实践能力，为他们未来的工程实践奠定坚实的基础。
集成电路设计3-版图设计
版图设计的重要性
1
版图设计是集成电路制造过程中的关键环节，它 决定了集成电路的性能、功能和可靠性。
2
通过版图设计，可以将电路设计转化为实际制造 的物理结构，从而实现电路设计的目标。
3
版图设计的精度和质量直接影响到集成电路的性 能和制造良率，因此需要高度的专业知识和技能。
在芯片内部加入自测试模块，实现自动测试和 故障诊断。
可测性增强
通过增加测试访问端口和测试控制逻辑，提高芯片的可测性。
05
集成电路版图设计的挑 战与解决方案
设计复杂度挑战
总结词
随着集成电路规模不断增大，设计复杂 度呈指数级增长，对设计效率提出巨大 挑战。
VS
详细描述
随着半导体工艺的不断进步，集成电路设 计的规模越来越大，晶体管数量成倍增加 ，导致设计复杂度急剧上升。这不仅增加 了设计时间和成本，还对设计精度和可靠 性提出了更高的要求。
03
还需要考虑存储器的功耗和散热问题，以确保在各种应用场景下的稳 定运行。
04
高密度存储器版图设计需要具备高容量、高速、低功耗和高可靠性等 特点，以满足大数据、云计算等领域的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
04
还需要考虑散热设计，以确保在高负载情况下CPU的 稳定运行。
案例二：低功耗MCU版图设计
低功耗MCU版图设计需要重点 关注功耗优化，采用低功耗工 艺和电路技术，如CMOS工艺
、低功耗逻辑门等。
还需要考虑低电压供电和电源 管理设计，以确保MCU在各种 应用场景下的稳定运行。
设计过程中需要优化芯片内部 结构和电路布局，降低芯片的
本科生课-集成电路版图设计-实验报告
西安邮电大学集成电路版图设计实验报告学号：XXX姓名：XX班级：微电子XX日期：20XX目录实验一、反相器电路的版图验证1)反相器电路2)反相器电路前仿真3)反相器电路版图说明4)反相器电路版图DRC验证5)反相器电路版图LVS验证6)反相器电路版图提取寄生参数7)反相器电路版图后仿真8)小结实验二、电阻负载共源放大器版图验证9)电阻负载共源放大器电路10)电阻负载共源放大器电路前仿真11)电阻负载共源放大器电路版图说明12)电阻负载共源放大器电路版图DRC验证13)电阻负载共源放大器电路版图LVS验证14)电阻负载共源放大器电路版图提取寄生参数15)电阻负载共源放大器电路版图后仿真16)小结实验一、反相器电路的版图验证1、反相器电路反相器电路由一个PMOS、NPOS管，输入输出端、地、电源端和SUB 端构成，其中VDD接PMOS管源端和衬底，地接NMOS管的漏端，输入端接两MOS管栅极，输出端接两MOS管漏端，SUB端单独引出，搭建好的反相器电路如图1所示。
图1 反相器原理图2、反相器电路前仿真通过工具栏的Design-Create Cellview-From Cellview将反相器电路转化为symbol，和schemetic保存在相同的cell中。
然后重新创建一个cell，插入之前创建好的反相器symbol，插入电感、电容、信号源、地等搭建一个前仿真电路，此处最好在输入输出网络上打上text，以便显示波形时方便观察，如图2所示。
图2 前仿真电路图反相器的输入端设置为方波信号，设置合适的高低电平、脉冲周期、上升时间、下降时间，将频率设置为参数变量F，选择瞬态分析，设置变量值为100KHZ，仿真时间为20u，然后进行仿真，如果仿真结果很密集而不清晰可以右键框选图形放大，如图3所示。
图3 前仿真结果3、反相器电路版图说明打开之前搭建好的反相器电路，通过Tools-Design Synthesis-Laout XL新建一个同cell目录下的Laout文件，在原理图上选中两个MOS管后在Laout中选择Create-Pick From Schematic从原理图中调入两个器件的版图模型。
集成电路版图设计(适合微电子专业)
①了解工艺现状，确定工艺路线
确定选用标准pn结隔离或对通隔离工艺或等平面 隔离工艺。由此确定工艺路线及光刻掩膜版的块数。 由制版和光刻工艺水平确定最小接触孔的尺寸和 光刻套刻精度。光刻工艺的分辨率，即能刻蚀图形的 最小宽度，受到掩膜分辨率、光刻胶分辨率、胶膜厚 度、横向腐蚀等多因素的限制。套刻精度与光刻机的 精度和操作人员的熟练程度关系密切。
功能设计 设 计 逻辑设计 电路设计 功能图 逻辑图 电路图 符号式版图 , 版图
图
版图设计
12
举例：
功能描述 x=a’b+ab’ 的逻辑图
13
CMOS与非门的电路图
14
场SiO2
栅SiO2 栅SiO2
CMOS反相器的掩膜版图
15
版图设计就是按照线路的要求和一定 的工艺参数，设计出元件的图形并进行排 列互连，以设计出一套供IC制造工艺中使 用的光刻掩膜版的图形，称为版图或工艺 复合图。 版图设计是制造IC的基本条件，版图 设计是否合理对成品率、电路性能、可靠 性影响很大，版图设计错了，就一个电路 也做不出来。若设计不合理，则电路性能 和成品率将受到很大影响。版图设计必须 与线路设计、工艺设计、工艺水平适应。 版图设计者必须熟悉工艺条件、器件物理、 电路原理以及测试方法。 16
23
要了解采用的管壳和压焊工艺。封 装形式可分为金属圆筒塑(TO-5型)、扁 平封装型和双列直插型(DIP)等多种，管 芯压点分布必须和管壳外引脚排列相吻 合。当采用热压焊时，压焊点的面积只 需70μm×70μm，超声压焊需 100μm×100μm ~125μm×25μm，金丝 球焊需125μm ×125μm，金丝球焊牢固 程度高，金丝在靠近硅片压点处是垂直 的，可压到芯片纵深处(但必须使用温度 SiO2纯化层)，使用起来很灵活。
集成电路版图设计
02 集成电路版图设计基础
CHAPTER
电路设计基础
01
模拟电路设计
02
运算放大器
03
比较器
04
触发器
电路设计基础
01
数字电路设计
02
组合逻辑电路
时序逻辑电路
03
04
可编程逻辑电 路
版图设计基础
版图编辑软件 ICEDrawer
版图设计基础
01
Laker
02
P甩 Pro
版图设计规则
03
版图设计基础
管的形状和尺寸等。
案例二：低功耗模拟电路版图设计
总结词
通过优化模拟电路的版图设计，实现低功耗的目的， 以满足便携式电子设备和物联网等领域的需求。
详细描述
低功耗模拟电路版图设计需要考虑模拟电路的性能和 功耗等方面，同时还需要考虑噪声和失真等方面的因 素。为了实现低功耗的设计，需要采用优化的版图设 计方法，如使用低阻抗的走线、优化晶体管的形状和 尺寸等。
3
antenna effect simulation
物理验证基础 01
P/R/O/L/C分析
热学参数分析（T）
03
02
电学参数分析（P/R/O）
电磁兼容性分析（EMC）
04
03 集成电路版图设计技术
CHAPTER
逻辑电路版图设计
逻辑电路
逻辑电路是实现逻辑运算和逻辑控制的电路，分为组合逻 辑电路和时序逻辑电路。在版图设计中，需要考虑到电路 的复杂性、功耗、速度等因素。
提高芯片的可测试性。
可制造性版图设计实践
符合制造规范
遵循制造规范和流程，确保版图设计具有良好的可制 造性。
集成电路版图设计9——
共用电源节点以节省面积； 确定源极连接和漏极连接所需接触孔的最小数目；
（栅长乘以栅宽，称为栅区），因为不能改变栅长 和栅宽，所以无法改变寄生电容。
但可以在不改变栅区大小的情况下减少寄生电阻—
—把晶体管分裂成小的晶体管，并将其并联，每个 晶体管的相同端必须被连接在一起，这样有效栅宽 没有改变，但寄生电阻减小了。
L
W
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ S G
D
源漏区共用
Ⅰ A B A Ⅱ B A Ⅲ B A Ⅳ B
KP KN
KN
n W
tox
W K L L
工艺设计规则
用特定工艺制造电路的物理掩膜版图都必须遵循一
系列几何图形排列的故则，这些规则称为版图设计 规则。
通过适度的图形排列可以得到较高的成品率，通过
将芯片上不同的器件进行高密度放置能得到更高的 面积利用率，但这两者常常是相互矛盾的。
接触和通孔：用于确定绝缘层上的切口（cut）。绝缘层用 于分隔导体层，并且允许上下层通过切口或“接触”孔进行 连接，像金属通孔或接触孔就是这类例子。在钝化层上为绑 定pad开孔则是接触层的另一种情况。
分层和连接（2）
注入层：这些层并不明确地规定一个新的分
层或者接触，而是去定制或改变已经存在的 导体层的性质。 绘图层：制版工艺所要求的最小数目的层 掩模层：生成光学掩膜 隔离层：隐含于掩模层之中 绘制的图形的方式——“多边形”（polygon） 和“线形”（path）
接口到该设计的各部分之间的电源电阻（电源线
的宽度、电源线网格）； 与其他设计的接口（单元排列、与其他单元进行 无缝接合的单元设计）； 阱接触孔和衬底接触孔通常都是连接到电源上的。
集成电路版图设计(反向提取与正向设计)
集成电路设计综合实验报告班级：微电子学1201班姓名：学号：日期：2016年元月13日一.实验目的1、培养从版图提取电路的能力2、学习版图设计的方法和技巧3、复习和巩固基本的数字单元电路设计4、学习并掌握集成电路设计流程二.实验内容1. 反向提取给定电路模块（如下图所示），要求画出电路原理图，分析出其所完成的逻辑功能，并进行仿真验证；再画出该电路的版图，完成DRC验证。
2. 设计一个CMOS结构的二选一选择器。
（1）根据二选一选择器功能，分析其逻辑关系。
（2）根据其逻辑关系，构建CMOS结构的电路图。
（3）利用EDA工具画出其相应版图。
（4）利用几何设计规则文件进行在线DRC验证并修改版图。
三.实验原理1. 反向提取给定电路模块方法一:直接将版图整体提取（如下图）。
其缺点：过程繁杂,所提取的电路不够直观,不易很快分析出其电路原理及实现功能。
直接提取的整体电路结构图方法二：将版图作模块化提取，所提取的各个模块再生成symbol，最后将symbol按版图连接方式组合成完整电路结构（如下图）。
其优点：使电路结构更简洁直观、结构严谨、层次清晰，更易于分析其原理及所实现的功能。
CMOS反相器模块CMOS反相器的symbolCMOS传输门模块 CMOS传输门的symbolCMOS三态门模块 CMOS三态门的symbolCMOS与非门模块 CMOS与非门的symbol各模块symbol按版图连接方式组合而成的整体电路经分析可知，其为一个带使能端的D锁存器，逻辑功能如下:①当A=1，CP=0时，Q=D，Q—=D—；②当A=1，CP=1时，Q、Q—保持；③当A=0，Q=0，Q—=1。
2.CMOS结构的二选一选择器二选一选择器（mux2）的电路如图所示，它的逻辑功能是：①当sel=1时，选择输入A通过，Y=A；②当sel=0时，选择输入B通过，Y=B。
二选一选择器（mux2）由三个与非门（nand）和一个反相器（inv）构成(利用实验1 的与非门和反相器symbol即可)。
集成电路版图设计岗位职责职位要求
集成电路版图设计岗位职责职位要求(实用版)编制人：______审核人：______审批人：______编制单位：______编制时间：__年__月__日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教学心得体会、工作心得体会、学生心得体会、综合心得体会、党员心得体会、培训心得体会、军警心得体会、观后感、作文大全、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor.I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!And, this store provides various types of practical materials for everyone, such as teaching experience, work experience, student experience, comprehensive experience, party member experience, training experience, military and police experience, observation and feedback, essay collection, other materials, etc. If you want to learn about different data formats and writing methods, please pay attention!集成电路版图设计岗位职责职位要求第1篇集成电路版图设计岗位职责职位要求职责描述：岗位职责：1、熟练掌握模拟集成电路或数字集成电路的设计概念和流程，独立或合作完成线路设计。
第14章集成电路版图设计PPT课件
• 完成一个反相器的版图设计
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版图设计中的相关主题
1. Antenna Effect 2. Dummy 的设计 3. Guard Ring 保护环的设计 4. Match的设计
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层次表示 含义
Nwell
N阱层
Active
N+或P+有源 区层
Poly 多晶硅层
Contact 接触孔层
Metal Pad
金属层
焊盘钝化 层
标示图
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Hale Waihona Puke N阱设计规则编 描 述尺
目的与作用
号
寸
1.1 N阱最小宽 (1μ0m.) 保证光刻精度和器
• 设计规则是各集成电路制造厂家根据本身的工艺特点和技术水平而制定的。 因此不同的工艺，就有不同的设计规则。
• 掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图
形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。
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13
版图几何设计规则
• 版图设计规则：是指为了保证电路的功能和一定的成品率而提出的一 组最小尺寸，如最小线宽、最小可开孔、线条之间的最小间距。
• 1.设计规则检查(DRC) • 2.版图寄生参数提取(LPE) • 3.寄生电阻提取(PRE) • 4.电气规则检查(ERC) • 5.版图与线路图比较程序(LVS)
集成电路版图设计
《集成电路版图设计》课内实验学院：信息学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：模拟集成电路版图设计集成电路版图是电路系统与集成电路工艺之间的中间环节，是一个不可少的重要环节。
通过集成电路的版图设计，可以将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原于基于硅材料的立体结构。
因此，版图设计是一个上承的电路系统，下接集成电路芯片制造的中间桥梁，其重要性可见一斑。
但是，集成电路版图设计是一个令设计者感到困惑的一个环节，我们常常感到版图设计似乎没有什么规矩，设计的经验性往往掩盖了设计的科学性，即使是许多多年版设计经验的人有时候也说不清楚为何要这样或者那样设计。
在此，集成电路版图设计是一门技术，它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造方面的基础知识。
但它更需要设计者的创造性，空间想象力和耐性，需要设计者长期工作的经验和知识的积累，需要设计者对日异月新的集成电路发展密切关注和探索。
一个优秀的版图设计者对于开发超性能的集成电路是极其关键的。
在版图的设计和学习中，我们一直会面临匹配技术降低寄生参数技术熟悉电路作用（功能，频率）电流密度的计算（大电流和小电流的电流路径以及电流流向）等这些基本，它们也是最重要的问题。
版图的设计，从半导体制造工艺，到最后的后模拟过程都是非常关键的，里面所涉及的规则有1500——2000条，一些基本问题的解决方法和设计的调理化都将在下面提及。
模拟集成电路版图设计流程：阅读研究报告理解电路原理图了解电路的作用熟悉电流路径晶大小知道匹配器件明白电路中寄生，匹配，噪声的产生及解决方案对版图模块进行平面布局对整个版图进行平面布局熟练运用cadence软件进行版图绘制Esd的保护设计进行drc与lvs检查整理整个过程中的信息时刻做记录注意在设计过程中的交流集成电路制造工艺双极工艺：Cmos（p阱）工艺：版图设计经验总结：1 查看捕捉点设置是否正确.08工艺为0.1,06工艺为0.05,05工艺为0.025.2 Cell名称不能以数字开头.否则无法做DRACULA检查.3 布局前考虑好出PIN的方向和位置4 布局前分析电路，完成同一功能的MOS管画在一起5 对两层金属走向预先订好。
《基于Tanner的集成电路版图设计技术》课件第一章 集成电路设计前沿技术
1.2集成电路设计行业概况
1.2.3 我国集成电路设计行业发展情况
我国集成电路设计行业的起步较晚，但是发展速度很快，过去10年 的年复合增长率达到了29%。2004~2014年中国集成电路设计企业销售额 及增速，如图1.2所示。
1.2集成电路设计行业概况
1.2.1 集成电路设计行业概况
集成电路设计行业是集成电路行业的子行业，集成电路行业包括集 成电路设计业、集成电路制造业、集成电路封装业、集成电路测试业、 集成电路加工设备制造业、集成电路材料业等子行业。集成电路设计行 业处于产业链的上游，主要根据终端市场的需求设计开发各类芯片产品， 兼具技术密集型和资金密集型等特征，对企业的研发水平、技术积累、 研发投入、资金实力及产业链整合运作能力等均有较高的要求。
1.2集成电路设计行业概况
1.2.3 我国集成电路设计行业发展情况
2015年排名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
厂商 Qualcomm OSR Avago/Broadcom
MTK Nvidia AMD Hisilicon（海思） Apple/TSMC Marvell Xilinx Spreadtrum（紫光展讯） 合计
1.2集成电路设计行业概况
1.2.2 集成电路设计行业的市场分类
集成电路按照应用领域大致分为标准通用集成电路和专用集成电路。 其中标准集成电路是指应用领域比较广泛、标准型的通用电路，如存储 器（DRAM）、微处理器（MPU）及微控制器（MCU）等；专用集成电 路是指某一领域会某一专门用途而设计的电路，系统集成电路（SoC） 属于专用集成电路。
《集成电路版图设计》课件
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶 体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如 电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确 性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、 掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重 要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电 路版图设计
案例一
某数字集成电路版 图设计
案例三
某射频集成电路版 图设计
案例五
某可编程逻辑集成 电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、 高复杂度、高一致性的特点，需 要综合考虑电路功能、性能、可 靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电 路设计转化为实际产品的 关键环节，是实现电路功 能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高 集成电路的性能和可靠性 ，确保产品在长期使用中 保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证 ，确保版图设计的正确性和可 制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节， 进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导 体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。
版图设计
集成电路版图设计什么是集成电路版图设计？所谓的集成电路版图设计是根据逻辑与电路功能和性能要求以及工业水平要求来设计芯片制造时光刻用的掩模版图，实现IC设计的最终输出其中版图是一组相互套合的图形，各层版图表示不同的工艺步骤，每层版图用不同的图案表示。
DRS和LVS开始前需要做哪些准备？DRC开始前需要准备好版图文件和DRC规则文件，LVS开始前需要准备好版图文件、电路图文件和runset文件为什么需要进行版图数据处理？在形成整体的版图并通过DRC、LVS的验证后，版图设计过程就完成了，但这个时候的版图GDS数据还不能拿去制作掩模版，还需要对GDS数据进行处理。
该版图GDS数据中的层次跟最终模板的层次并不是完全一致的，该版图GDS 数据还需要进行工艺涨缩处理，以满足掩模版制作需求。
集成电路设计流程：功能要求、电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证、后仿及优化。
光刻工艺流程：底膜处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、显影检测、刻蚀、去胶、最终检验。
工艺要求：特征尺寸、集成度、晶圆尺寸工艺文件夹包含：技术文件、显示文件DRC步骤：建立DRC运行目录、修改规则文件、导出gds2文件、编译规则文件、执行DRC检查、DRC结构分析狗骨电阻的优点：能够控制电流走向，使电阻误差减小。
集成电路发展的趋势是什么？制程工艺越来越精细、集成度越来越高、电路功能越来越强大、越来越趋向于智能化集成电路中的电阻分为哪几种？有扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻简述为什么尽可能多地设计阱接触？能大大减小寄生电阻的阻值，有效抑制闩锁。
在绘制PMOS版图时，为什么在接触区域进行SN注入？SN注入降低了接触电阻，接触孔容易刻蚀，形成欧姆接触。
简述什么是闩锁效应？闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应，严重会导致电路的失效，甚至烧毁芯片。
什么是保护环，保护环的主要作用？能抑制闩锁效应的设计方式就是保护环作用: 1.阻碍少子保护环 2.载流子注入类型为少子 3.保护类型为少子 4.电位保持PN结反偏 5.起分流作用。
集成电路的版图设计
27
2. 微米设计规则，又称自由格式规则
——80年代中期，为适应VLSI MOS电路制造工 艺，发展了以微米为单位的绝对值表示的版图 规则。针对一些细节进行具体设计，灵活性大， 对电路性能的提高带来很大方便。适用于有经 验的设计师以及力求挖掘工艺潜能的场合。目 前一般的MOS IC研制和生产中，基本上采用这 类规则。其中每个被规定的尺寸之间没有必然 的比例关系。显然，在这种方法所规定的规则 中，对于一个设计级别，就要有一整套数字， 因而显得烦琐。但由于各尺寸可相对独立地选 择，所以可把尺寸定得合理。
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版图设计图例
Poly Diff Al con
Vdd
P阱
T2 W/L=3/1 Vi Vo T1 W/L=1/1 Vi Vo
Vss
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MOS集成电路的版图设计规则
基本的设计规则图解
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p.333
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MK1
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25
26
3
poly-Si：取决于工艺上几何图形的分辨率。 Al:铝生长在最不平坦的二氧化硅上， 因此， 铝的宽度和间距都要大些，以免短路或断铝。 diff-poly：无关多晶硅与扩散区不能相互重叠， 否则将产生寄生电容或寄生晶体管。
Al Poly
diff
2
3
4
⑫ 接触孔： 孔的大小：22 diff、poly的包孔：1 孔间距：1
设计铝条时，希望铝条尽量短而宽。铝 条本身也要引入串连电阻，因此也需计算铝 条引入的串联电阻对线路的影响。铝条不能 相交，在不可避免的交叉线时，可让一条或 几条铝条通过多发射极管的发射极区间距或 发射区与基区间距，也可从电阻上穿过，但 不应跨过三次氧化层。 必须采用“磷桥” 穿接时，要计算“磷桥”引入的附加电阻对 电路特性的影响。一般不允许“磷桥”加在 地线上。但是在设计IC时应尽可能避免使用 扩散条穿接方式，因为扩散条不仅带来附加 电阻和寄生电容，同时还占据一定面积。 46
集成电路版图设计
集成电路版图设计
集成电路版图设计是指将电子元器件（如晶体管、电阻、电容等）根据电路图的要求进行布局和连线的过程，实现电路功能并将其制作成一张版图以供电路的制造和生产。
集成电路版图设计主要包括以下几个步骤：
1. 电路分析：根据电路的功能及要求，进行电路分析，确定电路的基本结构和模块。
2. 元件选择：根据电路的功能和性能要求，选择合适的元件进行布局。
不同的元件具有不同的特性，如低噪声、快速开关、高频率等，需根据实际要求进行选择。
3. 布局设计：根据电路的结构和模块，将元件进行合理的布局。
布局的目的是使得电路平衡，减少干扰和噪声，并提高电路的稳定性和可靠性。
4. 连线设计：根据电路的功能要求，将各个元件进行连线，形成完整的电路。
连线的设计需要合理安排电路信号的传输路径，避免信号干扰和交叉干扰。
5. 优化设计：对布局和连线进行优化，以提高电路的性能。
例如，优化连线的长度和宽度，减少信号延迟和功耗。
6. 输出版图：将优化后的电路设计转化成计算机可识别的格式，并输出成版图文件。
版图文件可以用于电路的制造和生产。
集成电路版图设计的目的是在满足电路功能要求的前提下，使电路布局和连线达到最佳性能。
对于大规模集成电路（VLSI）设计，还需要考虑功耗、热量和信号完整性等因素，以实现高集成度和高性能的电路设计。
随着技术的不断发展，集成电路版图设计也在不断演进，从传统的手工设计发展到计算机辅助设计（CAD）和自动化设计（EDA），大大提高了设计效率和准确性。
《集成电路版图设计》课件
布局原则
在布局时，应遵循一些基本原则，如模块化、层次化、信号流向清晰等，以提高 布局的可读性和可维护性。
优化方法
可以采用一些优化方法来提高布局的效率和可读性，如使用自动布局算法、手动 调整布局、考虑布线约束等。
布线优化
布线原则
在布线时，应遵循一些基本原则，如 避免交叉、减少绕线、保持线宽一致 等，以提高布线的可靠性和效率。
04
集成电路版图设计技巧与优化
布图策略与技巧
布图策略
根据电路功能和性能要求，选择合适的布图策略，如层次化、模块化、对称性 等，以提高布图的效率和可维护性。
技巧
在布图过程中，可以采用一些技巧来提高布图的效率和可读性，如使用标准单 元、宏单元等模块化设计，以及合理利用布局空间、避免布线拥堵等。
布局优化
用于实现电路中的电阻功能，调节电流和电 压。
电感器
用于实现电路中的电感功能，用于产生磁场 和感应电流。
版图设计规则
几何规则
规定了各种几何元素的使用方法和尺寸 ，以确保版图的准确性和一致性。
器件规则
规定了各种器件的尺寸、形状和排列 方式，以确保器件的性能和可靠性。
连线规则
规定了各种连线元素的宽度、间距和 连接方式，以确保电路的可靠性和稳 定性。
直线
用于连接集成电路中的不同部 分，实现电路的导通。
弧线
用于表示不同层之间的过渡， 以平滑电路。
折线
用于表示复杂电路中的分支或 连接点。
点
用于表示电路中的节点或连接 点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 器件元素
晶体管
用于实现电路中的逻辑功能，是集成电路中 的基本元件。
电容器
用于实现电路中的电容功能，用于存储电荷 和过滤信号。
集成电路工艺和版图设计参考
0.5 m 、 0.35 m －设计规范（最小特征尺寸）
布线层数：金属（掺杂多晶硅）连线旳层数。
集成度：每个芯片上集成旳晶体管数
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IC工艺常用术语
净化级别：Class 1, Class 10, Class 10,000 每立方米空气中含灰尘旳个数 去离子水 氧化 扩散 注入 光刻 …………….
互补对称金属氧化物半导体－特点：低功耗
VDD
C
PMOS
Vi
Vo
I/O
NMOS
VDD I/O
VSS
VSS CMOS倒相器
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C
CMOS传播门
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VDD
S
D
P+
P+
N-Si
VG
Vo
D n+
S
VSS
n+
P-阱
CMOS倒相器截面图
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CMOS倒相器版图
双极IC 半导体IC MOSIC
NMOS IC PMOS IC CMOS IC
BiCMOS
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MOS IC及工艺
MOSFET — Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
.
— 金属氧化物半导体场效应晶体管
Hinkle.
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15
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《集成电路版图设计》
学院：_____________ 专业班级：_____________ 学号：_____________ 学生姓名：_____________ 指导教师：_____________
摘要
什么是集成电路？把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片放到管壳中进行封装，电路与外部的连接靠引脚完成。
什么是集成电路设计？根据电路功能和性能的要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。
《集成电路版图设计》基于Cadence软件的集成电路版图设计原理、编辑和验证的方法。
本次实验是基于Cadence版图设计软件平台，采用L50C7工艺库，设计一个运算放大器，并且，为了防止电路中各元件间产生闩锁效应，在实际生产流片中每个元件都应该添加保护环，以防止各元件间电流之间产生各种影响。
并且增加电路的稳定性和可靠性。
电路的验证采用的是Calibre验证工具，对电路版图进行了DRC验证和LVS验证。
关键词：Calibre，运算放大器
目录
一、电路设计流程 (1)
二、版图的制作流程 (2)
三、二级运算放大器的原理图 (3)
四、器件尺寸的计算 (4)
五、二级运算放大器原理图 (5)
六、二级运算放大器版图 (9)
心得体会 (11)
参考文献 (12)
一、电路设计流程
设计规范
行为级描述
RTL描述（HDL）
功能验证与测试
逻辑组合
门级网表
逻辑验证与测试
布局布线
画物理版图
版图验证
生产
设计规范是为了确定电路要应用的工艺，和所需要的指标。
这些指标包括：电源电压、功耗、增益、带宽、失真、噪声、输入输出动态范围、电路面积等。
行为级描述是实现系统功能所必须的编辑。
然后实行RTL描述，功能验证和测试，进行对错误的排除，再设计逻辑组合和门级网表，验证这些组合和网表是否正确，所有都正确了后进行布局布线，画出版图，再验证版图的准确性，就可以进行流片生产。
二、版图的制作流程
由于设计目标已经电路的构造课本已经讲述的十分详细。
所以我讲接着阐述版图的制作过程。
首先将电路图转为相应的版图， 意思就是把相对 应的器件进行布局布线。
因制造工艺精度有限，所以版图必须满足一定的规则要求。
按照设计规则布局布线后，接着就要对它进行检查。
由于版图是人工布局布线，因此 或多或少的存在一些错误。
这时就需要软件来进行“设计规则检查”（DRC ）。
软件所依 据的是DRC 文件，它与画版图时使用的规则是一致的，只不过规则文件是给版图设计 者参考使用的，而DRC 文件是由软件编写的。
当版图没有了DRC 错误，完全符合设计规则之后，再依靠LVS 文件，将其与电路原理 图进行比较。
若有不同之处，LVS 将进行报错，经过修改之后还要重复DRC 、LVS 过程。
若两者相同，说版图与原理图一致。
到这一步就完成了版图的制作了。
完成版图之后， 还可以利用工具提取版图中的寄生参数，对包含这些寄生参数的电路再次进行仿真， 从而更准确确定电路的性能。
最后把图形格式的版图文件转换为通用二进制文件（GDS 文件），提交给生产厂制造。
画版图
电路原理图 版图文件 设计规则 DRC 检查 LVS 检查
DRC 文件 LVS 文件
三、二级运算放大器的原理图
我们要设计的是以上这个原理图所示的二级运算放大器。
其中二级运算放大器每个管子的参数如下表：
运算放大器框图：
输入中间输出
偏
置
二级运放结构原理：
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器。
中间级：要求电压放大倍数高。
常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成
工作原理图：
四、器件尺寸的计算
五、二级运算放大器原理图
1.打开虚拟机，键入代码打开cadence软件。
2.选择tool-library manager-file-new-library来先建立一个库。
3.键入要设置的名字，按ok。
4.file-new-cell view，建立子元器件库，Cell Name键入名字czc_yuanlitu。
并且在View Name 选择schematic（一般默认为这个）。
Tool选择Composer Schematic（一般也是默认的）。
最后点ok。
5.下边的是对各个cmos管的参数及位置、连线等进行编辑。
万变不离其宗，下边只介绍其中一个步骤，其他照葫芦画瓢就可以了。
在菜单栏点击add--instance，此时弹出对话框。
在此对话框选择browse。
选择工艺库L50C7--pmos_P--symbol.
选择nmos的话就在同一个工艺库中选择nmos_N--symbol.
选择电容：L50C7--cap_CI--symbol.
选择电阻：L50C7--res_M1--symbol.
操作是：add--wire（narrow），此时弹出对话框：直接选择hide就可以连线了。
原理图完成后的效果：
7.连线完成后，还需要更改各个元器件的参数。
步骤如下：
选中要编辑的器件--点击左边的property，弹出对话框，只需要按图下表示更改四个指标就可。
六、二级运算放大器版图
最终结果图：
7.DRC验证及其操作
菜单栏选择Calibre--run DRC，然后选rules，在第一个框上选择路径，如图所示路径。
然后在左边选择inputs，files栏文件名正确就可以直接按左边菜单栏的”Run DRC”
结果如图示，显示出来的错误按所示位置进行修改，修改到没有出现错误为止。
心得体会：
这次版图实验中我做了与非门。
二级运放和基准电流源的设计。
在我做集成电路版图设计过程的一开始分不清楚集成器件的工艺层次结构。
因此导致一开始画得很困难。
后来经过慢慢的练习，使我慢慢的熟悉了器件的工艺层次结构。
在设计版图的过程中。
对于工艺部分的尺寸调节这个环节是个相当繁琐的工作，不过在后来的摸索中我使我熟悉了调节的规则。
方便了我在后来的版图设计与调试。
在画版图之前。
首先我们要画好原理图，然后仿真。
这有助于检验电路是否设
计正确和有助于在版图设计中如何连线。
在画版图时。
我们要注意的地方非常多。
例如管子的匹配，给器件画保护环，
布局布线等等。
由于一开始不熟悉。
所以很多地方画得不好。
后来慢慢的在老师和同学的帮助下逐渐改进，逐步完善版图。
因为每个工艺库的工艺都不一样。
所以在画版图之前应该了解工艺的尺寸。
这样可以更好帮助我们画版图，以减少错误。
我认为学好半导体制造对画版图时非常有帮助的，因为它可以使你更好的理解怎么样去画，可以很好的帮助你去解决错误。
本次实验中我的收获还是比较大的，初始设计出版图的时候错误非常多，违反
设计规则的也有很多内容，修改的过程也是头痛不已，一开始很多地方不懂，但是在老师和同学们的帮助下，使我慢慢的了解设计规则和解决问题。
当所有问题解决之后，心里有一种成就感。
因为觉得自己很多地方都画得不好，后来我就通过不断的练习以提高和巩固老师说的知识。
版图设计的要点在于，在设计版图之前一定要对电路的原理进行分析，同时也要根据电流的流向和器件的对称等因素综合考虑器件的布局。
可以使用交叉匹配式的的电路，满足电路的设计业更加的美观。
通过本次实践，我对版图设计的整个流程有了深刻的认识。
在这次版图实验中，不仅让我学到了画版图的技巧。
还让我学会了做事要有耐心和细心，不能急于求成。
最后感谢老师的指导和同学们的帮助。
参考文献：
1、王自强.CMOS集成放大器设计.国防工业出版社.2007.269～310
2、Alan Hastings.王志功译.模拟电路版图艺术（第二版）.电子工业出版社.2007
3、朱正涌.半导体集成电路.清华大学出版社.2000.282～285
4、饶妮妮.模拟电路基础.成都：电子科技大学出版社.2001
5、Saint J.Saintz 著周润德金申美译.集成电路掩模设计——基础版图技术.
清华大学出版社.2012
6、Phillip E.Allen,Douglas R.Holberg 著冯军李智群译.CMOS模拟集成电路设
计（第二版）.电子工业出版社.2011
7、何乐年王忆模拟集成电路设计与仿真.科学出版社。