模擬集成電路設(shè)計(jì)流程——版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（一）

發(fā)布時(shí)間：2022-03-18作者來源：薩科微瀏覽：8043

模擬集成電路設(shè)計(jì)中，除了電路的設(shè)計(jì)以及仿真之外，版圖設(shè)計(jì)也是很重要的內(nèi)容，版圖設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接跟芯片的性能相關(guān)，接下來的幾次內(nèi)容會(huì)跟大家一起學(xué)習(xí)版圖設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

版圖前的準(zhǔn)備

軟件上設(shè)計(jì)的電路是如何在代工廠加工成有一定功能的芯片呢？電路設(shè)計(jì)和芯片之間是通過版圖聯(lián)系的，電路設(shè)計(jì)只是一個(gè)形式，而版圖是電路的具體表現(xiàn)。通俗來講，代工廠就是按照設(shè)計(jì)者提供的版圖制造掩膜版，再通過掩膜版的形狀結(jié)合工藝流程實(shí)現(xiàn)芯片制造。

上圖展示的是CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的反相器截面圖，圖中和區(qū)域的分布決定著NMOS和PMOS的區(qū)域，版圖設(shè)計(jì)就是確定這些區(qū)域如何分布，以及NMOS和PMOS之間的連線是如何實(shí)現(xiàn)的。
了解完版圖是做什么的之后，再回到之前遺留的一個(gè)問題：PDK如何包含工藝信息？
這個(gè)問題深入來說不太好講，大家剛開始接觸也無法深入理解，以后會(huì)隨著對(duì)工藝流程的深入學(xué)習(xí)漸漸熟悉，這里稍作解釋，當(dāng)做科普來看吧，內(nèi)容不一定嚴(yán)謹(jǐn)，還請(qǐng)各位勿深究。

首先工廠對(duì)PDK使用的工藝有一個(gè)定義，這個(gè)文件叫做techfile.tf, 大家可以去自己使用的PDK中查找，應(yīng)該都會(huì)找到這個(gè)文件，在這個(gè)文件中對(duì)工藝中使用的各個(gè)層的名字、顯示顏色等都有定義，除此之外每一層都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字編號(hào)，可以這么打比方：
工藝中的一個(gè)加工層就好比一個(gè)人，層的名字對(duì)應(yīng)人的名字，層的顯示顏色對(duì)應(yīng)人的穿衣，層的編號(hào)對(duì)應(yīng)人的身份證號(hào)碼。人與人之間的日常交流只需要知道這個(gè)人的姓名和穿了什么樣的衣服即可，而不會(huì)在意他的身份證號(hào)碼，只有在核實(shí)一個(gè)人的身份時(shí)才需要提供身份證號(hào)碼。
版圖設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者看到的也是每一層的名字和顏色，不會(huì)糾結(jié)對(duì)應(yīng)層的編號(hào)，因?yàn)槟莻€(gè)編號(hào)是給工藝廠用來確定這一層具體對(duì)應(yīng)哪一個(gè)加工步驟的，與設(shè)計(jì)的人關(guān)系并不密切。
當(dāng)然，實(shí)際PDK會(huì)對(duì)techfile.tf文件進(jìn)行編譯，讓它變成不可隨意編輯的內(nèi)容然后提供給使用者，否則萬一用戶不小于改變了techfile.tf的內(nèi)容，那么PDK中的工藝信息豈不是會(huì)改變，工廠在加工時(shí)就無法確認(rèn)工藝！
PDK會(huì)在提供工藝信息的同時(shí)提供給用戶一個(gè)顯示文件，文件名為：display.drf，這個(gè)文件中定義的是不同工藝層的“衣服”。正如一個(gè)人的身份證號(hào)碼不能更改，但是穿什么樣的衣服卻沒人干預(yù)一樣。工藝廠不會(huì)讓用戶改動(dòng)每一層對(duì)應(yīng)的編號(hào)，但是每一層該如何顯示全看用戶習(xí)慣，用戶可以修改display.drf文件中的內(nèi)容，改變層的顯示顏色和顯示方法，這個(gè)文件在PDK中也可以找到，大家可以打開閱讀一下內(nèi)容。
在開始版圖前，需要向軟件聲明本次設(shè)計(jì)采用的是哪個(gè)工藝。還記得在新建設(shè)計(jì)庫的時(shí)候我們跳過了一個(gè)跟工藝有關(guān)的步驟嗎？這里到了不得不確定設(shè)計(jì)工藝的時(shí)候了。
在CIW窗口，選擇：Tools->Technology File Manager->Attach, 然后在彈出框內(nèi)選擇把自己的設(shè)計(jì)庫關(guān)聯(lián)到PDK提供的工藝庫上，如下圖所示，這個(gè)步驟也可以在新建庫的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)。

如此在打開版圖文件的時(shí)候軟件就會(huì)根據(jù)PDK中層的定義顯示層的名稱，同時(shí)在給版圖層編號(hào)的時(shí)候就會(huì)與選擇的PDK中層編號(hào)一致。
另外，為了保證版圖顯示文件與PDK的techfile.tf文件保持一致，在開始版圖前需要把PDK中display.drf文件拷貝到Cadence軟件的啟動(dòng)目錄。
有些工藝中display.drf文件還會(huì)跟原理圖的顯示有關(guān)，如果在原理圖中發(fā)現(xiàn)連線等顯示不正確的問題，可以先拷貝工藝庫中display.drf文件到工作目錄，再考慮其他原因。 熟悉版圖設(shè)計(jì)環(huán)境

首先了解一下版圖設(shè)計(jì)工具，同時(shí)通過打開PDK中提供的器件版圖了解一下版圖設(shè)計(jì)。在軟件Library Manager窗口中找到PDK提供的庫，選擇提供layout View的器件，并打開對(duì)應(yīng)的layout.

小目同學(xué)使用的庫是smic18mmrf，選擇器件n33, 并打開對(duì)應(yīng)的版圖，如下圖中所示。

查看PDK中提供的器件版圖

NMOS版圖及軟件工作界面介紹 上下滑動(dòng)可以查看更多內(nèi)容哦！在版圖界面左側(cè)有一個(gè)顯示工藝層的窗口(LSW)，這是畫版圖過程中使用率[敏感詞]的窗口，在其中可以設(shè)置選擇某一層、顯示哪些層以及哪些層可以被選中等，也可以更換層的顯示形狀及顏色。
版圖界面的上方是工具欄，與原理圖界面功能相似，包括新建內(nèi)容、調(diào)用器件等內(nèi)容。除此之外是版圖工作區(qū)域，用戶調(diào)用、繪畫的版圖都在其中顯示。

結(jié)合上面的版圖示例和本文最初給出的CMOS反相器截面圖來初步認(rèn)識(shí)一下版圖，同時(shí)熟悉一下版圖中對(duì)某些層的一些常用叫法。

版圖中常用層的叫法和意義

習(xí)慣叫法	實(shí)現(xiàn)功能	顯示名稱(smic18mmrf)
poly	定義MOS管的柵極或者電阻區(qū)域等	GT
metal	所有金屬互連	M1、M2、M3...
active area	定義離子注入?yún)^(qū)域	AA
n plus(p plus)	定義離子注入類型	SN(SP)
contact	active area(poly)與M1的過孔	CT
via	金屬之間的過孔	V1、V2、V3...

上下、左右滑動(dòng)可以查看更多內(nèi)容哦！

版圖工具使用過程中也有很多快捷鍵來提高工作效率，下面介紹常用的快捷鍵，用戶可以自己嘗試每個(gè)快捷鍵的功能。

版圖設(shè)計(jì)中常用快捷鍵

快捷鍵	實(shí)現(xiàn)功能	快捷鍵	實(shí)現(xiàn)功能
p	創(chuàng)建連線	shift+p	創(chuàng)建多邊形
r	創(chuàng)建矩形	shift+r	改變已有形狀
o	[敏感詞]過孔	shift+o	旋轉(zhuǎn)工具
i	[敏感詞]實(shí)例	q	編輯屬性
c	復(fù)制圖形	shift+c	裁剪工具
m	移動(dòng)工具	shift+m	合并圖形
l	創(chuàng)建線名	s	拉伸工具
k	創(chuàng)建標(biāo)尺	shift+k	清除標(biāo)尺
f	顯示全部	n	45°走線
u	撤銷操作	shift+u	取消撤銷操作
t	查看層名	z	區(qū)域放大
y	復(fù)制區(qū)域	shift+y	粘貼區(qū)域
v	綁定圖形	backspace	撤銷一次操作
a	快速對(duì)齊	shift+a	區(qū)域選擇
ctrl+z	放大	shift+z	縮小
ctrl+f	顯示層次	shift+f	鋪平顯示
x	原地編輯	shift+x	進(jìn)入下一級(jí)
ctrl+b	返回上一級(jí)	ctrl+a	選中所有
ctrl+w	關(guān)閉視圖	shift+w	下一個(gè)視圖
tab	移動(dòng)視圖	delete	刪除內(nèi)容
enter	完成操作	esc	結(jié)束操作
方向鍵	移動(dòng)視角	shift+方向鍵	移動(dòng)光標(biāo)

上下、左右滑動(dòng)可以查看更多內(nèi)容哦！

以上是部分軟件默認(rèn)狀態(tài)的快捷鍵，熟悉之后用戶可以根據(jù)自己的操作習(xí)慣更改快捷鍵?？旖萱I的功能可能存在一定的翻譯偏差，希望各位同學(xué)在實(shí)際操作中慢慢體會(huì)，熟練使用快捷鍵可以大大提高版圖效率。 反相器版圖設(shè)計(jì)

新建反相器的版圖View, 在Library Manager界面：File->New->Cell View, 選出自己的工程庫，Cell選擇：inv, Type選擇layout, 打開工具選擇默認(rèn)即可，確定之后會(huì)彈出版圖設(shè)計(jì)窗口。

下面開始反相器版圖設(shè)計(jì)，反相器中有兩個(gè)器件，分別是NMOS和PMOS，所以首先完成兩個(gè)器件，再考慮器件之間的互連。

版圖設(shè)計(jì)中器件的版圖實(shí)現(xiàn)有不同的方法：

用戶自行畫器件版圖：按照工藝中器件的定義和設(shè)計(jì)中器件尺寸，逐層畫出器件中的所有層，以實(shí)現(xiàn)器件功能（適用于沒有PDK的設(shè)計(jì)）。
調(diào)用PDK中器件：從PDK中調(diào)用工藝庫提供的器件，可以方便地更改器件尺寸（適用于基于PDK的設(shè)計(jì)）。
從原理圖導(dǎo)入器件：軟件支持從原理圖中導(dǎo)入器件版圖，導(dǎo)入的器件屬性與原理圖中器件保持一致（適用于基于PDK的設(shè)計(jì)）。

因?yàn)槲覀兪腔赑DK的版圖設(shè)計(jì)，所以可以直接使用PDK提供的器件版圖，免除了自己設(shè)計(jì)器件版圖的麻煩。

在版圖設(shè)計(jì)界面使用快捷鍵i, 然后與原理圖設(shè)計(jì)中調(diào)用器件類似，不過此時(shí)選擇器件View為layout，然后填入器件參數(shù)，將調(diào)用的器件放在工作區(qū)域，例如調(diào)用一個(gè)n33的NMOS.

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