根據(jù)集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人才的實(shí)際需求情況，本書基于華大九天國產(chǎn)EDA系統(tǒng)，以“集成電路版圖設(shè)計(jì)”這一工作任務(wù)為主線，結(jié)合編者多年的企業(yè)實(shí)踐與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及本課程項(xiàng)目化內(nèi)容改革成果進(jìn)行編寫。本書主要包括集成電路版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、基于華大九天系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計(jì)流程及基于華大九天系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計(jì)案例三大模塊組成，其中集成電路版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)模塊包括集成電路版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、集成電路版圖識(shí)別和集成電路版圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)等內(nèi)容；基于華大九天系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計(jì)流程模塊包括基于華大九天系統(tǒng)的芯片前端設(shè)計(jì)、芯片后端設(shè)計(jì)，以及版圖寄生參數(shù)提取及后仿真等內(nèi)容；基于華大九天系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計(jì)案例模塊包括基于華大九天系統(tǒng)的版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)案例、進(jìn)階案例及復(fù)雜案例等內(nèi)容。
居水榮，教授，研究員級(jí)高級(jí)工程師。長期在集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)服務(wù)，執(zhí)筆制定教育部微電子技術(shù)專業(yè)、集成電路技術(shù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成教育部微電子技術(shù)專業(yè)國家資源庫“集成電路版圖設(shè)計(jì)”課程資源建設(shè)。編寫并出版《集成電路版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程》《集成電路芯片測試技術(shù)》等國家規(guī)劃教材、省重點(diǎn)教材3部。黃瑋 副教授，江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀青年骨干教師。主要從事微電子技術(shù)專業(yè)“集成電路版圖技術(shù)”等專業(yè)核心課程的教學(xué)工作。獲評(píng)國家職業(yè)教育規(guī)劃教材1部；承擔(dān)微電子技術(shù)專業(yè)國家資源庫“集成電路版圖設(shè)計(jì)”等課程的資源建設(shè)工作。王津飛，講師，研究方向是模擬集成電路設(shè)計(jì)，目前主要承擔(dān)集成電路設(shè)計(jì)的相關(guān)教學(xué)和科研工作。
目錄
第1 章 集成電路版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ) ................................................................................................. 1
1.1 集成電路和集成電路設(shè)計(jì) ............................................................................................ 1
1.1.1 集成電路及其發(fā)展 ............................................................................................. 1
1.1.2 集成電路制造流程 ............................................................................................. 2
1.1.3 集成電路設(shè)計(jì)和要求 ......................................................................................... 4
1.1.4 集成電路設(shè)計(jì)流程 ............................................................................................. 5
1.1.5 集成電路設(shè)計(jì)分類方法 ..................................................................................... 6
1.2 集成電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 ............................................................................................ 6
1.2.1 版圖設(shè)計(jì)的概念 ................................................................................................. 6
1.2.2 版圖設(shè)計(jì)方法 ..................................................................................................... 7
1.2.3 版圖驗(yàn)證及相關(guān)工具 ......................................................................................... 8
1.3 集成電路版圖設(shè)計(jì)工具 ................................................................................................ 9
1.3.1 全定制版圖設(shè)計(jì)工具 ....................................................................................... 10
1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)單元版圖設(shè)計(jì)工具 ................................................................................... 11
1.4 集成電路版圖設(shè)計(jì)工藝文件 ...................................................................................... 11
思考與操作練習(xí) ................................................................................................................... 12
第2 章 集成電路版圖識(shí)別 ....................................................................................................... 13
2.1 集成電路版圖識(shí)別方法和工具 .................................................................................. 13
2.1.1 集成電路版圖識(shí)別方法 ................................................................................... 13
2.1.2 集成電路版圖識(shí)別工具 ................................................................................... 14
2.2 電阻版圖的識(shí)別 .......................................................................................................... 15
2.2.1 集成電路中電阻的計(jì)算與繪制 ....................................................................... 15
2.2.2 集成電路版圖中電阻的分類 ........................................................................... 17
2.3 電容版圖的識(shí)別 .......................................................................................................... 20
2.3.1 集成電路中電容的測算 ................................................................................... 20
2.3.2 MOS 集成電路中常用的電容 .......................................................................... 22
2.4 二極管、三極管版圖的識(shí)別 ...................................................................................... 25
2.4.1 二極管版圖 ....................................................................................................... 25
2.4.2 三極管版圖 ....................................................................................................... 25
2.5 MOS 場效應(yīng)管版圖的識(shí)別 ........................................................................................ 27
2.5.1 MOS 場效應(yīng)管結(jié)構(gòu).......................................................................................... 27
2.5.2 MOS 場效應(yīng)管版圖.......................................................................................... 28
思考與操作練習(xí) ................................................................................................................... 29
第3 章 集成電路版圖設(shè)計(jì)系統(tǒng) ............................................................................................... 30
3.1 硬件系統(tǒng) ...................................................................................................................... 30
3.2 軟件系統(tǒng) ...................................................................................................................... 33
3.2.1 服務(wù)器軟件系統(tǒng) ............................................................................................... 33
3.2.2 Linux 操作系統(tǒng)中的常用指令 ......................................................................... 35
3.2.3 文本編輯器 ....................................................................................................... 37
3.2.4 遠(yuǎn)程桌面軟件 ................................................................................................... 37
3.3 華大九天EDA 軟件 .................................................................................................... 39
3.3.1 華大九天EDA 軟件簡介 ................................................................................. 39
3.3.2 原理圖編輯工具Empyrean Aether SE 簡介 .................................................... 40
3.3.3 電路仿真工具Empyrean ALPS 簡介 .............................................................. 41
3.3.4 版圖編輯工具Empyrean Aether LE 簡介 ....................................................... 42
3.3.5 寄生參數(shù)提取工具Empyrean RCExplorer 簡介 ............................................. 43
第4 章 基于華大九天系統(tǒng)的集成電路前端設(shè)計(jì) ................................................................... 45
4.1 前端設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 .............................................................................................................. 46
4.1.1 庫和庫文件 ....................................................................................................... 46
4.1.2 Empyrean Aether DM 簡介 ............................................................................... 46
4.1.3 創(chuàng)建庫 ............................................................................................................... 47
4.1.4 管理庫 ............................................................................................................... 49
4.2 繪制CMOS 反相器Schematic ................................................................................... 51
4.2.1 創(chuàng)建Schematic View 文件 ............................................................................... 51
4.2.2 添加元器件 ....................................................................................................... 52
4.2.3 連線 ................................................................................................................... 53
4.2.4 設(shè)置元器件參數(shù) ............................................................................................... 54
4.2.5 放置端口 ........................................................................................................... 54
4.2.6 檢查并保存 ....................................................................................................... 55
4.3 創(chuàng)建CMOS 反相器的Symbol ................................................................................... 55
4.3.1 創(chuàng)建Symbol ...................................................................................................... 55
4.3.2 編輯Symbol ...................................................................................................... 56
4.3.3 電路的層次化設(shè)計(jì) ........................................................................................... 57
4.4 電路仿真 ...................................................................................................................... 58
4.4.1 創(chuàng)建仿真電路 ................................................................................................... 59
4.4.2 打開仿真環(huán)境 ................................................................................................... 60
4.4.3 仿真設(shè)置 ........................................................................................................... 60
4.4.4 輸出選擇 ........................................................................................................... 61
4.4.5 仿真并查看波形 ............................................................................................... 62
4.4.6 仿真結(jié)果分析 ................................................................................................... 62
第5 章 基于華大九天系統(tǒng)的集成電路后端設(shè)計(jì) ................................................................... 64
5.1 版圖的設(shè)計(jì)規(guī)則 .......................................................................................................... 64
5.2 CMOS 反相器版圖繪制 .............................................................................................. 65
5.2.1 創(chuàng)建版圖文件 ................................................................................................... 65
5.2.2 物理層和版圖層之間的關(guān)系 ........................................................................... 66
5.2.3 CMOS 反相器版圖的輸入 ............................................................................... 68
5.3 原理圖驅(qū)動(dòng)版圖設(shè)計(jì)方法 .......................................................................................... 70
5.4 CMOS 反相器版圖驗(yàn)證 .............................................................................................. 72
5.4.1 CMOS 反相器的DRC 驗(yàn)證 ............................................................................. 72
5.4.2 CMOS 反相器的LVS 驗(yàn)證 .............................................................................. 74
第6 章 版圖寄生參數(shù)提取及電路后仿真 ............................................................................... 78
6.1 版圖寄生參數(shù)提取 ...................................................................................................... 78
6.1.1 版圖寄生參數(shù)簡介 ........................................................................................... 78
6.1.2 寄生參數(shù)提取流程 ........................................................................................... 79
6.2 電路后仿真 .................................................................................................................. 82
6.2.1 電路后仿真簡介 ............................................................................................... 82
6.2.2 電路后仿真流程 ............................................................................................... 82
第7 章 基于華大九天系統(tǒng)的版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)案例 ................................................................... 84
7.1 基本元器件的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 84
7.1.1 電阻 ................................................................................................................... 84
7.1.2 電容 ................................................................................................................... 89
7.2 基本數(shù)字模塊的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 91
7.2.1 復(fù)合邏輯門的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 92
7.2.2 復(fù)合邏輯門的優(yōu)化設(shè)計(jì) ................................................................................. 100
7.2.3 CMOS D 鎖存器的設(shè)計(jì) ................................................................................. 105
7.2.4 SRAM 單元電路設(shè)計(jì) ..................................................................................... 114
7.3 基本模擬模塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 119
7.3.1 電阻負(fù)載的共源放大電路及其版圖的設(shè)計(jì) ................................................. 120
7.3.2 輸出驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ..................................................................................... 125
第8 章 基于華大九天系統(tǒng)的版圖設(shè)計(jì)進(jìn)階案例 ................................................................. 132
8.1 十六分頻電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 132
8.1.1 D 觸發(fā)器的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 132
8.1.2 十六分頻電路的設(shè)計(jì) ..................................................................................... 134
8.2 上電復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 135
8.2.1 案例簡介 ......................................................................................................... 135
8.2.2 上電復(fù)位電路設(shè)計(jì)與仿真 ............................................................................. 137
8.2.3 上電復(fù)位電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 ..................................................................... 143
8.3 低電壓復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 148
8.4 RC 環(huán)形振蕩器的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 151
8.4.1 案例簡介 ......................................................................................................... 151
8.4.2 RC 環(huán)形振蕩器電路設(shè)計(jì)與仿真 ................................................................... 151
8.4.3 RC 環(huán)形振蕩器的版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 ............................................................... 159
8.5 施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 162
8.5.1 案例簡介 ......................................................................................................... 162
8.5.2 IP 電路設(shè)計(jì)與仿真 ......................................................................................... 163
8.5.3 IP 版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 ......................................................................................... 168
第9 章 基于華大九天系統(tǒng)的版圖設(shè)計(jì)復(fù)雜案例 ................................................................. 171
9.1 帶隙基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 171
9.1.1 背景知識(shí) ......................................................................................................... 171
9.1.2 電路設(shè)計(jì)與仿真 ............................................................................................. 174
9.1.3 版圖設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 176
9.2 差分放大器的設(shè)計(jì) .................................................................................................... 177
9.2.1 差分放大器的電路仿真 ................................................................................. 178
9.2.2 差分放大器的版圖設(shè)計(jì) ................................................................................. 179
9.3 高增益運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì) ........................................................................................ 183
9.3.1 簡單運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu) ......................................................................... 183
9.3.2 高增益運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)選取 ..................................................................... 183
9.3.3 兩級(jí)式運(yùn)放的設(shè)計(jì) ......................................................................................... 184
9.4 運(yùn)算放大器的頻率補(bǔ)償 ............................................................................................ 184
9.4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定原理 ................................................................................................. 184
9.4.2 米勒補(bǔ)償 ......................................................................................................... 184
9.5 運(yùn)算放大器的電路仿真 ............................................................................................ 185
9.5.1 仿真準(zhǔn)備及仿真環(huán)境設(shè)置 ............................................................................. 185
9.5.2 仿真結(jié)果讀取 ............................................................................................... 186
9.5.3 仿真結(jié)果分析 ................................................................................................. 188
9.6 運(yùn)算放大器的版圖設(shè)計(jì) ............................................................................................ 189
9.6.1 電流源版圖 ..................................................................................................... 189
9.6.2 MOS 管版圖 ................................................................................................... 189
9.6.3 電阻版圖 ......................................................................................................... 189
9.6.4 電容版圖 ......................................................................................................... 190
9.6.5 總體版圖與版圖優(yōu)化 ........................................................................................ 191
9.7 運(yùn)算放大器的版圖驗(yàn)證 ............................................................................................ 192
9.7.1 DRC 驗(yàn)證 ........................................................................................................ 192
9.7.2 LVS 驗(yàn)證 ......................................................................................................... 194
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