發(fā)布時(shí)間：2022-04-26 03:44:43
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的版圖設(shè)計(jì)畢業(yè)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
【摘要】《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程對(duì)微電子專業(yè)學(xué)生理解電路設(shè)計(jì)的概念和工藝技術(shù)的認(rèn)識(shí)，起到承前啟后的作用，對(duì)此課程教學(xué)方法的研究有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
【關(guān)鍵詞】集成電路版圖；教學(xué)方法；改革
集成電路版圖設(shè)計(jì)是集成電路設(shè)計(jì)的最終結(jié)果，版圖質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)芯片的性能和經(jīng)濟(jì)性，因此，如何培養(yǎng)學(xué)生學(xué)好集成電路版圖設(shè)計(jì)技術(shù)，具備成為合格的版圖設(shè)計(jì)工程師的基本潛質(zhì)，是擺在微電子專業(yè)老師面前的一個(gè)普遍難題。如何破解這個(gè)難題，我們做了以下探索。
一、突出實(shí)踐，理論配合
傳統(tǒng)的《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程采取理論教育優(yōu)先，學(xué)生對(duì)于版圖的基本理論和設(shè)計(jì)規(guī)則非常熟悉，但動(dòng)手實(shí)踐能力缺乏培養(yǎng)，往往在學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)入集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)還需二次培訓(xùn)版圖設(shè)計(jì)能力，造成了嚴(yán)重的人力資源浪費(fèi)。這是由于沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程的性質(zhì)，造成對(duì)它的講授還是采取傳統(tǒng)教學(xué)方式：老師講，學(xué)生聽(tīng)，偏重理論，缺乏實(shí)踐，影響到學(xué)生在工作中面臨實(shí)際設(shè)計(jì)電路能力的發(fā)揮?！都呻娐钒鎴D設(shè)計(jì)》是一門承接系統(tǒng)、電路、工藝、EDA技術(shù)的綜合性課程，如果按照傳統(tǒng)方式授課，課程的綜合性和實(shí)踐性無(wú)法得到體現(xiàn)，違背了課程應(yīng)有的自身規(guī)律，教學(xué)效果和實(shí)用意義不能滿足工業(yè)界的要求。我們?cè)谥匦滤伎颊n程的本質(zhì)特點(diǎn)后，采取了實(shí)踐先行，理論配合的教學(xué)方法，具體如下：集成電路版圖是根據(jù)邏輯與電路功能和性能要求，以及工藝水平要求來(lái)設(shè)計(jì)光刻用的掩膜圖形，實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)的最終輸出。版圖是一組相互套合的圖形，各層版圖相應(yīng)于不同的工藝步驟，每一層版圖使用不同的圖案來(lái)表示。我們首先講授版圖設(shè)計(jì)工具EDA軟件的使用，讓學(xué)生掌握EDA軟件的每一個(gè)主要功能，從圖形的選擇、材料的配置，讓學(xué)生從感性角度認(rèn)識(shí)實(shí)際的版圖設(shè)計(jì)是如何開(kāi)展的，每一個(gè)步驟是如何使用軟件完成的，整體芯片版圖設(shè)計(jì)的流程有哪些規(guī)定，學(xué)生此時(shí)設(shè)計(jì)的版圖可能不是很精確和完美，但學(xué)生對(duì)于什么是版圖和如何設(shè)計(jì)版圖有了初步的感性認(rèn)識(shí)，建立起版圖設(shè)計(jì)的基本概念，對(duì)于后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定了牢實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)，此時(shí)再去講授版圖設(shè)計(jì)理論知識(shí)，學(xué)生更能理解深層的工藝知識(shí)和半導(dǎo)體理論，真正做到了知行合一，實(shí)踐先行的教育理念，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)大有裨益。
二、注重細(xì)節(jié)，加強(qiáng)引導(dǎo)
傳統(tǒng)方式講授《集成電路版圖設(shè)計(jì)》理論占大部分時(shí)間，學(xué)生知道二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、電阻、電容等基本元器件的工作原理和構(gòu)成要素，但是在版圖設(shè)計(jì)中，這些元器件為什么要這樣設(shè)計(jì)，其實(shí)內(nèi)心中充滿著疑惑和不解。針對(duì)學(xué)生的疑惑，我們從工藝細(xì)節(jié)入手來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。作為集成電路版圖設(shè)計(jì)者，首先要熟悉工藝條件和期間物理，才能確定晶體管的具體尺寸、連線的寬度、間距、各次掩膜套刻精度等。版圖設(shè)計(jì)的規(guī)則也是由工藝來(lái)確定的，掌握了工藝也就掌握了版圖設(shè)計(jì)的鑰匙。我們將通用工藝文件的每一條規(guī)則向?qū)W生講解，通用元器件的規(guī)則整理出它們的共性，最小寬度、長(zhǎng)度、間距的尺寸提醒學(xué)生要記憶，不同芯片生產(chǎn)廠的工藝對(duì)比學(xué)習(xí)和研究，學(xué)生在這一系列規(guī)則的學(xué)習(xí)過(guò)程中，慢慢理解熟悉了工藝規(guī)則文件的組織構(gòu)成及學(xué)習(xí)要點(diǎn)，能夠舉一反三的在不同工藝規(guī)則下，設(shè)計(jì)同一種元器件的版圖，即使電路元器件的數(shù)量巨大，電路拓?fù)潢P(guān)系復(fù)雜，在老師耐心的講解下，學(xué)生也能夠依據(jù)工藝規(guī)則設(shè)計(jì)出符合要求的版圖，這都是在理解了工藝規(guī)則細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上完成的。所以，關(guān)注細(xì)節(jié)，加強(qiáng)引導(dǎo)，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一個(gè)重要方法。
三、完善考核機(jī)制，爭(zhēng)取比賽練兵
學(xué)生成績(jī)的提高，合理完善的考核機(jī)制不可或缺。以往《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程的考核主要是理論知識(shí)作業(yè)和課程報(bào)告，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際動(dòng)手能力沒(méi)有得到考核，造成不能全面評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。我們采取項(xiàng)目形式，全方位考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)，將通用模擬電路分成五大類，每個(gè)大類提取出經(jīng)典的電路10種，使用主流芯片加工廠的生產(chǎn)工藝，由經(jīng)驗(yàn)豐富的老師把它們的版圖全部設(shè)計(jì)出來(lái)，作為庫(kù)單元放在服務(wù)器中供學(xué)生參考。在學(xué)生充分理解庫(kù)單元實(shí)例的基礎(chǔ)上，將以往設(shè)計(jì)的一些實(shí)用電路布置給學(xué)生，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)出合格的版圖，以此作為最終的考核結(jié)果。學(xué)生在學(xué)習(xí)課程期間，可以接觸到不同工藝、不同結(jié)構(gòu)的多種類電路，而且必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出版圖，這極大的促進(jìn)了他們學(xué)習(xí)的積極性和時(shí)間觀念。學(xué)生在設(shè)計(jì)版圖的過(guò)程中，會(huì)遇到多種問(wèn)題，他們會(huì)采取問(wèn)老師答疑，和同學(xué)討論的多種方式解決，不僅能督促他們平時(shí)上課認(rèn)真聽(tīng)講，而且對(duì)遇到的問(wèn)題也能多角度思考，最重要的是他們親自動(dòng)手設(shè)計(jì)版圖，將工藝、電路、器件綜合考慮，在約定的時(shí)間內(nèi)能力得到極大提高。老師根據(jù)學(xué)生上傳至服務(wù)器中設(shè)計(jì)的不同項(xiàng)目版圖打分，而且將每個(gè)項(xiàng)目的得分出具詳細(xì)的報(bào)告，對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。學(xué)生通過(guò)查閱報(bào)告，能夠知道課程學(xué)習(xí)的缺點(diǎn)和得分項(xiàng)，為下一次提高設(shè)計(jì)成績(jī)是一個(gè)很好的參考。除了日常學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)版圖項(xiàng)目，學(xué)生可以爭(zhēng)取參加微電子專業(yè)的一些比賽，通過(guò)比賽體會(huì)一些具有挑戰(zhàn)性的版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目，來(lái)提高學(xué)生在實(shí)際場(chǎng)景下如何發(fā)揮設(shè)計(jì)能力和項(xiàng)目組織能力，為他們未來(lái)進(jìn)入職場(chǎng)從事版圖設(shè)計(jì)工作奠定堅(jiān)實(shí)的專業(yè)能力和實(shí)際解決問(wèn)題能力。
四、總結(jié)
《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程是一門兼具理論基礎(chǔ)和實(shí)踐鍛煉想結(jié)合的課程，對(duì)它的講授不僅需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需合理的實(shí)踐環(huán)節(jié)配合，才能取得良好的教學(xué)效果。
作者簡(jiǎn)介：鞠家欣（1972—），黑龍江雙城人，碩士，講師，研究方向：集成電路設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)。
摘要：集成電路版圖設(shè)計(jì)涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點(diǎn)方向。以CMOS反相器和基本MOS差分放大器為例，介紹了集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)，鞏固了專業(yè)課程的理論知識(shí)，提高了集成電路設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力。
關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì)；版圖；CMOS
集成電路（Integrated Circuit）產(chǎn)業(yè)是典型的知識(shí)密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵，對(duì)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的支撐作用。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計(jì)、芯片制造和封測(cè)三業(yè)并舉的發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)還存在發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、企業(yè)科技創(chuàng)新和自我發(fā)展能力不強(qiáng)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)水平急待提高、產(chǎn)業(yè)鏈有待完善等問(wèn)題。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，集成電路設(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的龍頭和靈魂。而我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)滯后于計(jì)算機(jī)與通信產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計(jì)人才嚴(yán)重匱乏，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，培養(yǎng)大量高水平的集成電路設(shè)計(jì)人才，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，也是高校微電子等相關(guān)專業(yè)改革和發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。[1-4]
一、集成電路版圖設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)
為了滿足新形勢(shì)下集成電路人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的需要，合肥工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保?005年起借助于大學(xué)計(jì)劃，和美國(guó)Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、華大電子等公司合作建立了EDA實(shí)驗(yàn)室，配備了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni設(shè)計(jì)系統(tǒng)等EDA軟件。我校相繼開(kāi)設(shè)了與集成電路設(shè)計(jì)密切相關(guān)的本科課程，如集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、模擬集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、ASIC設(shè)計(jì)方法、硬件描述語(yǔ)言等。同時(shí)對(duì)課程體系進(jìn)行了修訂，注意相關(guān)課程之間相互銜接，關(guān)鍵內(nèi)容不遺漏，突出集成電路設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，通過(guò)對(duì)課程內(nèi)容的精選、重組和充實(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的開(kāi)展，構(gòu)成了系統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。[5，6]
集成電路設(shè)計(jì)從實(shí)現(xiàn)方法上可以分為三種：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可編程器件設(shè)計(jì)。全定制集成電路設(shè)計(jì)，特別是其后端的版圖設(shè)計(jì)，涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點(diǎn)方向，目的是給本科專業(yè)學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。
在集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)中，采用的是中電華大電子設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的九天EDA軟件系統(tǒng)（Zeni EDA System），這是中國(guó)唯一的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDA工具軟件。該軟件與國(guó)際上流行的EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬(wàn)門級(jí)的集成電路設(shè)計(jì)規(guī)模，可進(jìn)行國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它的某些功能如版圖編輯、驗(yàn)證等已經(jīng)與國(guó)際產(chǎn)品相當(dāng)甚至更優(yōu)，已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計(jì)公司以及東南大學(xué)等國(guó)內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了強(qiáng)大的功能，并成功開(kāi)發(fā)出了許多實(shí)用的集成電路芯片。
九天EDA軟件系統(tǒng)包括ZeniDM（Design Management）設(shè)計(jì)管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理圖編輯器，ZeniPDT（physical design tool）版圖編輯工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版圖驗(yàn)證工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）層次版圖設(shè)計(jì)規(guī)則檢查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生參數(shù)提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信號(hào)完整性分析工具等幾個(gè)主要模塊，實(shí)現(xiàn)了從集成電路電路原理圖到版圖的整個(gè)設(shè)計(jì)流程。
二、集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)
根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合九天EDA軟件的功能特點(diǎn)，在本科生三年級(jí)下半學(xué)期開(kāi)設(shè)了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設(shè)計(jì)課程。
在集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)中，首先對(duì)集成電路設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)進(jìn)行回顧，介紹版圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，如集成電路設(shè)計(jì)流程，CMOS基本工藝過(guò)程，版圖的基本概念，版圖的相關(guān)物理知識(shí)及物理結(jié)構(gòu)，版圖設(shè)計(jì)的基本流程，版圖的總體設(shè)計(jì)，布局規(guī)劃以及標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖設(shè)計(jì)等。然后結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)，講解Unix和Linux操作系統(tǒng)的常用命令，詳細(xì)闡述基于標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的版圖設(shè)計(jì)流程，指導(dǎo)學(xué)生使用ZeniSE繪制電路原理圖，使用ZeniPDT進(jìn)行NMOS/PMOS以及反相器的簡(jiǎn)單版圖設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自主選擇一些較為復(fù)雜的單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，如數(shù)據(jù)選擇器、MOS 差分放大器電路、二四譯碼器、基本RS觸發(fā)器、六管MOS 靜態(tài)存儲(chǔ)單元等，使學(xué)生能深入理解集成電路版圖設(shè)計(jì)的概念原理和設(shè)計(jì)方法。最后介紹版圖驗(yàn)證的基本思想及實(shí)現(xiàn)，包括設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查（DRC），電路參數(shù)的檢查（ERC），網(wǎng)表一致性檢查（LVS），指導(dǎo)學(xué)生使用ZeniVERI等工具進(jìn)行版圖驗(yàn)證、查錯(cuò)和修改。
摘要：微帶線結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，使反射損耗和插入損耗較大，影響濾波器性能。利用平衡法提升濾波器并聯(lián)分支中較低的特性阻抗，達(dá)到降低微帶線寬度的目的，從而均衡整個(gè)濾波器的寬度，使版圖仿真優(yōu)化。以一個(gè)5階切比雪夫微帶低通濾波器設(shè)計(jì)為例，仿真結(jié)果表明，濾波器通帶內(nèi)反射損耗從-9.566 dB降低到-15.837 dB，插入損耗從0.679 dB降低到0.322 dB，與直接采用Richards變換和Kuroda規(guī)則設(shè)計(jì)微帶低通濾波器相比，該方法能縮短濾波器設(shè)計(jì)周期，獲得滿意的濾波器性能。
關(guān)鍵詞：低通濾波器； 微帶線； 平衡技術(shù)； 版圖優(yōu)化
微帶濾波器是無(wú)線通信的重要部件。隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，加速了微帶濾波器的研究進(jìn)程，發(fā)明許多Q值適中、重量輕、穩(wěn)定性好的微帶濾波器。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免繁雜的計(jì)算過(guò)程,提高復(fù)雜電路設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。設(shè)計(jì)者通常運(yùn)用Richards變換與Kuroda規(guī)則設(shè)計(jì)微帶低通濾波器［13］。該方法設(shè)計(jì)的濾波器在接頭處會(huì)由于相鄰耦合線線寬不同產(chǎn)生不連續(xù)性，使插入損耗較大，不滿足一些射頻通信的要求。為了解決此問(wèn)題，采用電磁帶隙結(jié)構(gòu)與高低阻抗線結(jié)合的方法，改善了通帶性能，但阻帶性能變差，體積變大［4］。運(yùn)用分形技術(shù)設(shè)計(jì)高低阻抗濾波器取得了一定的效果，但設(shè)計(jì)方法復(fù)雜，對(duì)于加工精度要求較高［5］。
本文提出一種采用平衡技術(shù)優(yōu)化微帶低通濾波器版圖的方法，并以5節(jié)切比雪夫微帶低通濾波器為例，通過(guò)在低特性阻抗并聯(lián)傳輸線節(jié)點(diǎn)處再并聯(lián)相同長(zhǎng)度的微帶線，修改兩條微帶線特性阻抗為原來(lái)的兩倍達(dá)到優(yōu)化版圖的目的。原理圖仿真和版圖仿真均驗(yàn)證了該方法的可行性。該方法簡(jiǎn)單易行，只需使用ADS軟件就能方便修改，并且可以用于帶阻濾波器等其他微帶結(jié)構(gòu)的濾波器，具有良好的應(yīng)用前景。
1平衡技術(shù)設(shè)計(jì)原理
使用Richards變換和Kuroda規(guī)則設(shè)計(jì)微帶濾波器，所得串并聯(lián)傳輸線長(zhǎng)度理論上是相同的。選取各支節(jié)傳輸線長(zhǎng)度l為截止頻率下波長(zhǎng)的1／8，由終端開(kāi)路傳輸線阻抗分布表達(dá)式：Zin（l）=-jZ0tan β1(1)式中：傳播常數(shù)β=2π／λ；Z0為特性阻抗。將l=λ／8帶入式（1）可得：Zin（l）=-jZ0(2)若傳輸線長(zhǎng)度l保持不變，使兩條特性阻抗Z0相同長(zhǎng)度l相等的終端開(kāi)路傳輸線并聯(lián)于同一點(diǎn)，則其輸入阻抗會(huì)減半為Z0／2；反之，將兩段并聯(lián)終端開(kāi)路傳輸線特性阻抗提高1倍并聯(lián)于同一點(diǎn)且保持傳輸線長(zhǎng)度l不變，則輸入阻抗保持不變?yōu)閆0。
由以上推導(dǎo)可知，用平衡技術(shù)修改濾波器并聯(lián)終端開(kāi)路傳輸線不影響各節(jié)的輸入阻抗。
2用Richards變換、Kuroda規(guī)則設(shè)計(jì)微帶低通濾波器由于當(dāng)頻率較高時(shí)電感和電容應(yīng)選的元件值過(guò)小，由于寄生參數(shù)的影響，如此小的電感和電容已經(jīng)不能再使用集中參數(shù)元件并且工作波長(zhǎng)與濾波器元件的物理尺寸相近，濾波器元件之間的距離不可忽視，需要考慮分布參數(shù)效應(yīng)［67］?；谝陨显?，設(shè)計(jì)者先設(shè)計(jì)出有電感、電容組成的集中參數(shù)濾波器，然后運(yùn)用Richards變換和Kuroda規(guī)則轉(zhuǎn)換為合適的微帶濾波器結(jié)構(gòu)。
本文設(shè)計(jì)的微帶低通濾波器指標(biāo)如下：
截止頻率為f0=3 GHz，通帶內(nèi)波紋為0.5 dB，在2倍截止頻率處具有不小于40 dB的帶外衰減，輸入/輸出阻抗為50 Ω?；搴穸菻=0.762 mm，基板相對(duì)介電常數(shù)Er=3.66，磁導(dǎo)率μ=1 H/M，金屬電導(dǎo)率為5.88 mS/m，封裝高度Hu=1.0+33 mm,金屬層厚度T=0.035 mm。
通過(guò)計(jì)算選用5階切比雪夫微帶低通濾波器模型進(jìn)行設(shè)計(jì)［8］。電路原理及其仿真結(jié)果如圖1所示。
圖1微帶低通濾波器原理電路及仿真結(jié)果由圖可以看出串聯(lián)和并聯(lián)的微帶線長(zhǎng)度均為λ／8，而寬度與特性阻抗大小相關(guān)。
由于原理圖仿真是在理想條件下進(jìn)行的，而實(shí)際的電路板需要考慮耦合和干擾等因素的影響。ADS版圖仿真是采用矩量法進(jìn)行電磁仿真，對(duì)版圖的仿真結(jié)果更符合電路實(shí)際情況［8］。圖1所示的濾波器原理圖對(duì)應(yīng)的版圖結(jié)構(gòu)及仿真結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2微帶低通濾波器版圖結(jié)構(gòu)及仿真結(jié)果3用平衡技術(shù)設(shè)計(jì)微帶低通濾波器
由于微帶傳輸線的特性阻抗越高，傳輸線的寬度就越窄。反之，阻抗越低，寬度就越寬。從第2節(jié)中的濾波器原理圖可看出，TL3和TL5兩段并聯(lián)的微帶線，他們的寬度比較寬即特性阻抗偏大，使用平衡技術(shù)，在TL3并聯(lián)點(diǎn)處再并聯(lián)一根相同長(zhǎng)度的終端開(kāi)路微帶線，將兩根線的特性阻抗擴(kuò)大為原來(lái)的2倍，并運(yùn)用ADS軟件中的LineCalc工具推算出線的寬度W。對(duì)于TL5用同樣的方法設(shè)計(jì)。電路原理及仿真結(jié)果如圖3所示。
圖3改進(jìn)后微帶低通濾波器原理電路及仿真結(jié)果圖3所示的濾波器原理圖對(duì)應(yīng)的版圖結(jié)構(gòu)及仿真結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4改進(jìn)后微帶低通濾波器版圖結(jié)構(gòu)及仿真結(jié)果由圖1和圖3的原理圖仿真結(jié)果可以看出，優(yōu)化前的反射損耗，插入損耗與優(yōu)化后的數(shù)值幾乎相同。這與使用平衡技術(shù)修改原理圖后不改變?cè)袨V波器阻抗的結(jié)論相一致。
由圖2和圖4的版圖仿真結(jié)果可以看出，通帶內(nèi)反射損耗由-9.566 dB降低到-15.837 dB，插入損耗由0.679 dB降低到0.322 dB。
可以看出，運(yùn)用平衡技術(shù)均衡微帶低通濾波器微帶線寬度后，使通帶內(nèi)反射損耗明顯改善，插入損耗明顯降低，達(dá)到了性能指標(biāo)。證明了該方法的有效性。
4結(jié)語(yǔ)
本文提出一種用平衡技術(shù)優(yōu)化微帶低通濾波器版圖的方法，討論了平衡技術(shù)的設(shè)計(jì)原理，并以一個(gè)5階切比雪夫微帶低通濾波器設(shè)計(jì)為例，仿真結(jié)果表明此濾波器版圖仿真性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的微帶濾波器。該方法簡(jiǎn)單易行，只需使用ADS軟件就能方便修改，并且可以用于帶阻濾波器等其他微帶結(jié)構(gòu)的濾波器，有效地縮短了設(shè)計(jì)周期，具有良好的應(yīng)用前景。
摘要：伴隨著高等職業(yè)院校的教育改革，將CDIO的教育模式引入到《集成電路版圖設(shè)計(jì)》教學(xué)開(kāi)發(fā)中。鑒于CDIO教育理念的先進(jìn)性、教學(xué)層面的系統(tǒng)性及其廣泛的適應(yīng)性，對(duì)《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。本文從引入CDIO教育模式的必要性與必然性的分析到課程評(píng)估的結(jié)論，闡述了該課程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：CDIO；高職教育；集成電路版圖設(shè)計(jì)；課程開(kāi)發(fā)
CDIO是基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的一種模式，是工科教育“做中學(xué)”的一種。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)作（Operate），它以工程項(xiàng)目生命周期為載體，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)知識(shí)、職業(yè)道德和運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)交流能力和大系統(tǒng)掌控能力。此教育模式是由麻省理工學(xué)院（MIT）和瑞典皇家工學(xué)院等發(fā)起，現(xiàn)已運(yùn)用到幾十個(gè)大學(xué)的眾多專業(yè)，并獲得產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可。
高職教育改革及引入CDIO教育模式的必要性與必然性
高等教育是在完成中等教育的基礎(chǔ)上進(jìn)行的專業(yè)教育，是培養(yǎng)高級(jí)專門人才的社會(huì)活動(dòng)。職業(yè)教育是對(duì)受教育者施以從事某種職業(yè)所必需的知識(shí)與技能的訓(xùn)練，因此，職業(yè)教育亦稱職業(yè)技術(shù)教育或?qū)崢I(yè)教育?！案叩嚷殬I(yè)教育”是“高等”與“職業(yè)教育”兩個(gè)概念的復(fù)合。
我國(guó)高等職業(yè)教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)從開(kāi)始提出的“技術(shù)型人才”、“應(yīng)用型人才”，到后來(lái)的“實(shí)用型人才”，再到現(xiàn)在提出的“高技能人才”，多年來(lái)一直處于變化不定之中。高職培養(yǎng)的人才類型是實(shí)用型、應(yīng)用型，與普通高等教育培養(yǎng)的人才是有差異的。所謂高技能人才，工作內(nèi)涵是將成熟的技術(shù)和管理規(guī)范轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)和服務(wù)，工作場(chǎng)合和崗位是基層第一線。
蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的辦學(xué)理念為“企業(yè)的需要，我們的目標(biāo)；學(xué)生的需求，我們的追求”。近些年，我們?cè)趯I(yè)建設(shè)和課程教學(xué)改革方面做了許多探索，協(xié)助畢業(yè)生提高就業(yè)信心，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)就業(yè)，傳統(tǒng)教育下的畢業(yè)生上崗適應(yīng)慢，溝通能力差，動(dòng)手能力弱，缺乏團(tuán)隊(duì)合作經(jīng)驗(yàn)，缺少創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力、職業(yè)道德、敬業(yè)精神等人文素質(zhì)薄弱，頻繁“跳槽”等，而這些都難以符合現(xiàn)代企業(yè)的需要。教育模式的改革勢(shì)在必行，而CDIO教育模式恰恰有針對(duì)性地對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的諸多弊端做出了全面、系統(tǒng)的指導(dǎo)，CDIO教育模式引領(lǐng)了高等職業(yè)教育改革的必然性。
應(yīng)用CDIO模式開(kāi)發(fā)《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程
（一）《集成電路版圖設(shè)計(jì)》的課程理念與思路
《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，針對(duì)課程特點(diǎn)，課程設(shè)計(jì)的基本思路是從崗位實(shí)際需求出發(fā)，從培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣入手，在傳授知識(shí)過(guò)程中重視能力培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的自學(xué)能力和分析、解決問(wèn)題的能力。具體做法是：
全程實(shí)施項(xiàng)目教學(xué) 本課程圍繞多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的案例展開(kāi)。案例的選擇強(qiáng)調(diào)源于工程實(shí)際，注重內(nèi)容的代表性、針對(duì)性、實(shí)用性以及先進(jìn)性，理論知識(shí)的選擇以“必需，夠用”為原則。教學(xué)實(shí)踐表明，案例教學(xué)使教學(xué)內(nèi)容直觀、具體、形象，易于接受，也使教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際及職業(yè)崗位緊密聯(lián)系，有利于課內(nèi)知識(shí)向工程實(shí)際拓寬、技術(shù)知識(shí)向工程實(shí)踐遷移，從而有力促進(jìn)了學(xué)生職業(yè)能力的發(fā)展。
全程實(shí)施情境式教學(xué) 本課程改變了將理論與實(shí)訓(xùn)分開(kāi)的傳統(tǒng)模式，在教學(xué)中設(shè)計(jì)了8個(gè)學(xué)習(xí)情境，每個(gè)情境都以相應(yīng)的工業(yè)案例為主線，按照“資訊決策計(jì)劃實(shí)施檢查評(píng)價(jià)”的流程授課，使學(xué)員在學(xué)中做、做中學(xué)，以提高IC版圖設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練的水平。同時(shí)，通過(guò)情境式教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度大大提高，不僅培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力。
小班互動(dòng)式教學(xué) 為達(dá)到更好的教學(xué)效果，本課程采用24人小班制教學(xué)，全程在實(shí)訓(xùn)室教學(xué)。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容采取“先講，后練”、“邊講，邊練”、“先練，后講”等方法，從第一次課開(kāi)始就設(shè)置實(shí)訓(xùn)操作內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增加師生互動(dòng)性。
企業(yè)實(shí)訓(xùn) 通過(guò)校企合作建設(shè)校外實(shí)訓(xùn)基地的方式，安排學(xué)生到專業(yè)設(shè)計(jì)公司進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面和工程認(rèn)識(shí)，同時(shí)，提高學(xué)生對(duì)項(xiàng)目整個(gè)流程的認(rèn)知，提高學(xué)生的抗壓力，對(duì)職業(yè)道德和敬業(yè)精神的培養(yǎng)具有實(shí)踐意義。
（二）《集成電路版圖設(shè)計(jì)》之課程標(biāo)準(zhǔn)
《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程標(biāo)準(zhǔn)涉及四個(gè)方面內(nèi)容。
專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì) 專業(yè)知識(shí)方面圍繞IC版圖設(shè)計(jì)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的必要的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能把本課程的內(nèi)容分成多個(gè)模塊：基礎(chǔ)模塊（系統(tǒng)操作部分）、應(yīng)用模塊（軟件使用部分）、 基本技能訓(xùn)練模塊（基本單元的版圖設(shè)計(jì)）、技能提升模塊（整體布局與項(xiàng)目掌控）等4個(gè)模塊包含了8個(gè)情境。具體內(nèi)容包括：Linux基礎(chǔ)、版圖識(shí)讀與電路提取、design rule簡(jiǎn)表整理、繪制符合design rule的NAD2/NOR2版圖、DRC及LVS驗(yàn)證及沖突識(shí)別和修改、standard cell的框架結(jié)構(gòu)制定、standard cell版圖設(shè)計(jì)、芯片CD4013的版圖設(shè)計(jì)等，每一個(gè)情境都對(duì)應(yīng)了某個(gè)特定崗位的部分工作內(nèi)容。這些情境不僅可提供學(xué)生對(duì)崗位的認(rèn)知機(jī)會(huì)，同時(shí)，也可激發(fā)自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性和積極性。
個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)道德培養(yǎng) 在教學(xué)中注重對(duì)學(xué)生職業(yè)技能培養(yǎng)的同時(shí)也加強(qiáng)對(duì)學(xué)生職業(yè)道德的養(yǎng)成，用企業(yè)對(duì)員工的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，采用定期上交項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告和分組進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度報(bào)告等方式，為學(xué)生今后在企業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng) 能夠快速地融入一個(gè)集體當(dāng)中是從事設(shè)計(jì)與研發(fā)人員必備的能力，而常常被教育者和學(xué)生所忽視，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的教育方式更多地關(guān)注對(duì)單獨(dú)個(gè)體培養(yǎng)的成效，而實(shí)際工作中“獨(dú)自作戰(zhàn)”的時(shí)代過(guò)去了，取而代之的是團(tuán)隊(duì)合作，絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)工作需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成，所以這時(shí)人際交往就凸顯其重要性。在教學(xué)中，我們讓學(xué)生意識(shí)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性和必要性，并在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中從點(diǎn)滴做起，讓學(xué)生具有團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)，如文件夾命名方式、文件管理等采取利于團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目的方式進(jìn)行設(shè)置。
《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程的CDIO系統(tǒng)的搭建 《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程的CDIO系統(tǒng)按照下面的框架完成了搭建任務(wù)，如表1所示。
（三）《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程CDIO系統(tǒng)的具體實(shí)施
我們?cè)贑DIO教學(xué)大綱的指導(dǎo)下，對(duì)《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行設(shè)計(jì)如下：本課程以源于企業(yè)真實(shí)的項(xiàng)目（如design rule簡(jiǎn)表整理，見(jiàn)表2）為載體，將所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞該項(xiàng)目設(shè)計(jì)，形成一個(gè)整體。緊緊圍繞知識(shí)體系教學(xué)專業(yè)技能提升職業(yè)道德養(yǎng)成主線組織教學(xué)，快樂(lè)教學(xué)、快樂(lè)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)、能做事、會(huì)做人。
本課程特色 （1）雙語(yǔ)教學(xué)，強(qiáng)化應(yīng)用，適應(yīng)外企工作。 教師采用雙語(yǔ)教學(xué)課件與講義，用兩種語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生采用兩種語(yǔ)言進(jìn)行作業(yè)，從而強(qiáng)化專業(yè)詞匯的學(xué)習(xí)，為適應(yīng)全英文的工作環(huán)境打下了良好的基礎(chǔ)。（2）按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，內(nèi)容先進(jìn)、實(shí)用。采用了與眾多研發(fā)設(shè)計(jì)公司一致的SUN工作站，建立以UNIX/LINUX系統(tǒng)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，安裝版圖設(shè)計(jì)普遍使用的Cadence工具軟件。（3）企業(yè)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。以企業(yè)的研發(fā)項(xiàng)目（Reverse、design rule簡(jiǎn)表整理；DRC及LVS驗(yàn)證及沖突識(shí)別和修改、standard cell庫(kù)的建立、芯片CD4013設(shè)計(jì)等）為載體，在真實(shí)的環(huán)境（按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)室配置）下，完成生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)任務(wù)，完成課程開(kāi)發(fā)教學(xué)任務(wù)的教師具有多年在外企研發(fā)設(shè)計(jì)的工程背景，學(xué)生完成工學(xué)結(jié)合的作品符合企業(yè)設(shè)計(jì)需要。（4）綜合全面的評(píng)價(jià)體系。理論與實(shí)踐評(píng)價(jià)結(jié)合，技能訓(xùn)練與表達(dá)訓(xùn)練結(jié)合，校內(nèi)教師評(píng)價(jià)與企業(yè)評(píng)價(jià)結(jié)合，學(xué)生的自評(píng)與互評(píng)結(jié)合。評(píng)價(jià)方面包括學(xué)習(xí)態(tài)度、5S素養(yǎng)、項(xiàng)目報(bào)告的書寫、項(xiàng)目匯報(bào)、實(shí)踐考核和理論考試（按版圖設(shè)計(jì)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)四級(jí)難度要求隨機(jī)從題庫(kù)抽取試題）。（5）增強(qiáng)教師的教學(xué)技能。中青年教師、工程師都有學(xué)院內(nèi)部培訓(xùn)課程和企業(yè)項(xiàng)目參與的經(jīng)驗(yàn)，并且要求每年都要開(kāi)新課和實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練項(xiàng)目。每個(gè)月都有業(yè)務(wù)和管理能力評(píng)價(jià)和學(xué)期段考核。參加過(guò)的培訓(xùn)都要有項(xiàng)目報(bào)告和培訓(xùn)體驗(yàn)交流。在實(shí)行課程輪換的同時(shí)，實(shí)行崗位輪換，使教師熟悉專業(yè)核心技術(shù)并有扎實(shí)的基本功。專業(yè)教師通過(guò)深入企業(yè)和承當(dāng)企業(yè)培訓(xùn)等途徑，促使教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合。倡導(dǎo)教師既是講師、又是實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師，還是培訓(xùn)師和項(xiàng)目工程師，促進(jìn)“雙師型”教師培養(yǎng)。組織教師參加行業(yè)比賽，掌握行業(yè)的發(fā)展動(dòng)向和需求，客觀評(píng)價(jià)教師的技能水平。
課程質(zhì)量監(jiān)控體系的建立 教學(xué)質(zhì)量的好與壞，不單是從學(xué)生的考核成績(jī)上來(lái)評(píng)價(jià)，還在學(xué)院內(nèi)設(shè)立了專門的教學(xué)監(jiān)管體系，督導(dǎo)組會(huì)不定期地進(jìn)行課堂教學(xué)的抽查與監(jiān)管。更重要的是畢業(yè)的學(xué)生受到企業(yè)的好評(píng)，這是對(duì)我們課程質(zhì)量最客觀的評(píng)價(jià)。
課程評(píng)估
（一）基本達(dá)到預(yù)期目的
經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，CDIO教學(xué)模式在《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程中已初見(jiàn)成效，不僅學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出很高的積極性，參加職業(yè)資格認(rèn)證測(cè)試的微電子專業(yè)的學(xué)生全部取得了集成電路版圖設(shè)計(jì)師四級(jí)職業(yè)證書，通過(guò)對(duì)2008屆、2009界畢業(yè)生就業(yè)調(diào)查，我院微電子類專業(yè)的畢業(yè)生，被蘇州工業(yè)園區(qū)、蘇州新區(qū)多家知名外企爭(zhēng)相錄用，就業(yè)率達(dá)100%。這些企業(yè)普遍認(rèn)為我院的學(xué)生工作上手快，適應(yīng)能力強(qiáng)，擔(dān)任技術(shù)員及助理工程師以上崗位的占75%左右，不少學(xué)生已升任工程師助理及工程師。
（二）改進(jìn)方向和途徑
配合微電子專業(yè)建設(shè)，進(jìn)行課程教學(xué)改革，使我們培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生全方位發(fā)展，符合企業(yè)的需求，不是單搞課程的開(kāi)發(fā)，而是要建立起貫通的課程體系，從研發(fā)到制造，把先進(jìn)的CDIO教學(xué)模式合理運(yùn)用到自己的教學(xué)實(shí)踐中去，不能機(jī)械地照搬照抄；要針對(duì)學(xué)生的實(shí)際水平和教學(xué)內(nèi)容，提供知識(shí)供學(xué)生學(xué)習(xí)。要加強(qiáng)與企業(yè)的合作，緊隨行業(yè)技術(shù)的更新步伐，及時(shí)更新案例項(xiàng)目。
CDIO教育模式的先進(jìn)性、普遍實(shí)用性是毋庸置疑的，許多學(xué)院結(jié)合本校和行業(yè)特點(diǎn)都探索出新的模式。我們借鑒新加坡南洋理工學(xué)院教學(xué)模塊化的成功案例，利用CDIO教育模式對(duì)《集成電路版圖設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)高等職業(yè)教育的課程改革有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。
摘要：以反相器等基本單元版圖設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，利用華大電子推廣的九天EDA系統(tǒng)軟件，采用0.6um硅柵CMOS工藝，按照全定制集成電路的后端設(shè)計(jì)流程，即基本單元建立、版圖布局布線以及版圖驗(yàn)證對(duì)用于數(shù)據(jù)采集的D觸發(fā)器進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。其中著重對(duì)數(shù)字電路基本邏輯門版圖設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了探討。此版圖已用于相關(guān)芯片的設(shè)計(jì)中，結(jié)果表明通過(guò)該軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的D觸發(fā)器完全符合設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計(jì)；九天EDA系統(tǒng)；D觸發(fā)器
1引言
集成電路（Integrated Circuit，IC）把成千上萬(wàn)的電子元件包括晶體管、電阻、電容甚至電感集成在一個(gè)微小的芯片上。集成電路版圖設(shè)計(jì)的合理與否、正確與否直接影響到集成電路產(chǎn)品的最終性能[1]。目前，集成電路版圖設(shè)計(jì)的EDA （ Electronic Design Automation）工具較多，但主流的集成電路版圖設(shè)計(jì)的EDA工具價(jià)格昂貴，而我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的九天EDA系統(tǒng)，具有很高的性價(jià)比，為我們提供了理想的集成電路設(shè)計(jì)工具。
2基本概念
2.1 版圖
版圖是將三維的立體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為二維平面上的幾何圖形的設(shè)計(jì)過(guò)程，是一組相互套合的圖形，各層版圖相應(yīng)于不同的工藝步驟，每一層版圖用不同的圖案來(lái)表示。它包括了電路尺寸、各層拓?fù)涠x等器件的相關(guān)物理信息，是設(shè)計(jì)者交付給代工廠的最終輸出。
2.2 版圖設(shè)計(jì)
它將電路設(shè)計(jì)中的每一個(gè)元器件包括晶體管、電阻、電容等以及它們之間的連線轉(zhuǎn)換成集成電路制造所需要的版圖信息。主要包括圖形劃分、版圖規(guī)劃、布局布線及壓縮等步驟[2]。版圖設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)集成電路制造的必不可少的環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到集成電路的功能是否正確，而且會(huì)在一定程度上影響集成電路的性能、面積、成本與功耗及可靠性等[3]。版圖設(shè)計(jì)是集成電路從設(shè)計(jì)走向制造的橋梁。
2.3 集成電路版圖實(shí)現(xiàn)方法
集成電路版圖實(shí)現(xiàn)方法可以分為全定制（Full-Custom）設(shè)計(jì)和半定制（Semi-Custom）設(shè)計(jì)[4]。半定制設(shè)計(jì)方法包括門陣列設(shè)計(jì)方法、門海設(shè)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)方法、積木塊設(shè)計(jì)方法及可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法等。全定制設(shè)計(jì)方法是利用人機(jī)交互圖形系統(tǒng)，由版圖設(shè)計(jì)人員從每一個(gè)半導(dǎo)體器件的圖形、尺寸開(kāi)始設(shè)計(jì)，直至整個(gè)版圖的布局和布線。全定制設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是針對(duì)每一個(gè)元件進(jìn)行電路參數(shù)和版圖參數(shù)的優(yōu)化，可以得到最佳的性能以及最小的芯片尺寸，有利于提高集成度和降低生產(chǎn)成本。隨著設(shè)計(jì)自動(dòng)化的不斷進(jìn)步，全定制設(shè)計(jì)所占比例逐年下降[5]。
3九天EDA系統(tǒng)簡(jiǎn)介
華大電子推廣的應(yīng)用的九天EDA系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)EDA工具，與國(guó)際上主流EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬(wàn)門級(jí)的集成電路設(shè)計(jì)規(guī)模，可進(jìn)行國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計(jì)公司以及東南大學(xué)等國(guó)內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了作用，成功開(kāi)發(fā)出了許多實(shí)用的集成電路芯片[6]。其主要包括下面幾個(gè)部分[7]：ZeniSE（ Schematic Editor）原理圖編輯工具，它可以進(jìn)行EDIF格式轉(zhuǎn)換，支持第三方的Spice仿真嵌入； ） ZeniPDT （ Physical Design Tool）版圖編輯工具；它能提供多層次、多視窗、多單元的版圖編輯功能，同時(shí)能夠支持百萬(wàn)門規(guī)模的版圖編輯操作；ZeniVERI （ Physical Design Verification Tools）版圖驗(yàn)證工具它可以進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC） 、電學(xué)規(guī)則檢查（ ERC） 及邏輯圖網(wǎng)表和版圖網(wǎng)表比較（LVS）等。
版圖設(shè)計(jì)用到的工具模塊是ZeniPDT，它具備層次化編輯和在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查能力，并提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)寫出接口。其設(shè)計(jì)流程如圖1所示[8]，
4設(shè)計(jì)實(shí)例
任何一個(gè)CMOS數(shù)字電路系統(tǒng)都是由一些基本的邏輯單元（非門、與非門、或非門等）組成，而基本單元版圖的設(shè)計(jì)是基于晶體管級(jí)的電路圖設(shè)計(jì)的。因而在版圖設(shè)計(jì)中，主要涉及到如何設(shè)計(jì)掩膜版的形狀、如何排列晶體管、接觸孔的位置的安排以及信號(hào)引線的位置安排等。以下以一個(gè)用于數(shù)據(jù)采集的D觸發(fā)器為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.1 D觸發(fā)器電路圖及工作原理
D觸發(fā)器電路圖，如圖2所示，此電路圖是通過(guò)九天EDA系統(tǒng)工具的ZSE模塊構(gòu)建的，其基本工作原理是：首先設(shè)置CLB=1。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK=0時(shí)，DATA信號(hào)通過(guò)導(dǎo)通的TG1進(jìn)入主寄存器單元，從寄存器由于TG4的導(dǎo)通而形成閉合環(huán)路，鎖存原來(lái)的信號(hào)，維持輸出信號(hào)不變。當(dāng)CLK從0跳變到1時(shí)，主寄存器單元由于TG2的導(dǎo)通而形成閉合回路，鎖存住上半拍輸入的DATA信號(hào)，這個(gè)信號(hào)同時(shí)又通過(guò)TG3經(jīng)一個(gè)與非門和一個(gè)反相器到達(dá)Q端輸出。當(dāng)CLK再?gòu)?跳變到0時(shí)，D觸發(fā)器又進(jìn)入輸入信號(hào)并鎖存原來(lái)的輸出狀態(tài)。對(duì)于記憶單元有時(shí)必須進(jìn)行設(shè)置，電路中的CLB信號(hào)就擔(dān)當(dāng)了觸發(fā)器置0 的任務(wù)。當(dāng)CLB=0時(shí)，兩個(gè)與非門的輸出被強(qiáng)制置到1，不論時(shí)鐘處于0還是1，輸出端Q均被置為0。
4.2 D觸發(fā)器子單元版圖設(shè)計(jì)
圖2所示的D觸發(fā)器由五個(gè)反相器、兩個(gè)與非門、兩個(gè)傳輸門和兩個(gè)鐘控反相器組成。選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬮T單元版圖，用這些單元模塊構(gòu)成D觸發(fā)器。
對(duì)于全定制的集成電路版圖設(shè)計(jì)，需要工作平臺(tái)，包括設(shè)計(jì)硬件、設(shè)計(jì)使用的EDA軟件以及版圖設(shè)計(jì)的工藝文件和規(guī)則文件。此D觸發(fā)器的設(shè)計(jì)硬件是一臺(tái)SUN Ultra10工作站，設(shè)計(jì)軟件是九天EDA系統(tǒng)，采用0.6um硅柵CMOS工藝。
CMOS反相器是數(shù)字電路中最基本單元，由一對(duì)互補(bǔ)的MOS管組成。上面為PMOS管（負(fù)載管），下面為NMOS管（驅(qū)動(dòng)管）。由反相器電路的邏輯“非”功能可以擴(kuò)展出“與非”、“或非”等基本邏輯電路，進(jìn)而得到各種組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。
在電路圖中，各器件端點(diǎn)之間所畫的線表示連線，可以用兩條線的簡(jiǎn)單交叉來(lái)表示。但對(duì)于具體的物理版圖設(shè)計(jì)，必須關(guān)心不同連線層之間物理上的相互關(guān)系。在硅CMOS工藝中，不能把N型和 P型擴(kuò)散區(qū)直接連接。因此，在物理結(jié)構(gòu)上必須有一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的漏極之間的連接方法。例如，在物理版圖中至少需要一條連線和兩個(gè)接觸孔。這條連線通常采用金屬線?？傻萌鐖D3（a）所示的反相器的局部的符號(hào)電路版圖。同理，可以通過(guò)金屬線和接觸孔制作MOS管源端連接到電源VDD和地VSS的簡(jiǎn)單連線，如圖3（b）所示。電源線和地線通常采用金屬線，柵極連接可以用簡(jiǎn)單的多晶硅條制作。圖3（c）給出了最后的符號(hào)電路版圖。
通過(guò)九天版圖設(shè)計(jì)工具繪制的反相器版圖如圖4所示。其他基本單元的版圖可依此建立。
4.3 D觸發(fā)器版圖設(shè)計(jì)
先建立一個(gè)名為DFF的庫(kù)，然后把建立的各個(gè)單元版圖保存在DFF庫(kù)中，同時(shí)在庫(kù)中建立名為dff的新單元。調(diào)用各子單元，并進(jìn)行相應(yīng)D觸發(fā)器的版圖布局，接著就是單元間的連線。主要用到的層是金屬1、金屬2和多晶硅進(jìn)行連接布線。接觸孔是用來(lái)連接有源區(qū)和金屬1，通孔用來(lái)連接金屬1和金屬2，多晶硅和多晶硅以及相同層金屬之間可以直接連接。版圖設(shè)計(jì)完成后，再利用版圖驗(yàn)證工具ZeniVERI對(duì)該版圖進(jìn)行了版圖驗(yàn)證。最后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后D觸發(fā)器的版圖如圖5所示。
5結(jié)語(yǔ)
在分析CMOS 0.6um設(shè)計(jì)規(guī)則和工藝文件后，采用九天EDA系統(tǒng)，以D觸發(fā)器為例進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，九天EDA系統(tǒng)工具具有很好的界面和處理能力。該版圖已用于相關(guān)芯片的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的D觸發(fā)器完全符合設(shè)計(jì)要求。
作者簡(jiǎn)介
楊依忠，講師，主要研究方向是混合集成電路設(shè)計(jì)。
一、企業(yè)對(duì)IC版圖設(shè)計(jì)的要求分析
集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，除了對(duì)員工的個(gè)人素質(zhì)和英語(yǔ)的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會(huì)對(duì)新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識(shí)[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R(shí)面廣，而國(guó)內(nèi)學(xué)校開(kāi)設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭(zhēng)相角逐的人才[4，5]。
二、針對(duì)企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃
1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動(dòng)布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過(guò)DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)文件和I/O的庫(kù)文件，它包括物理庫(kù)、時(shí)序庫(kù)、時(shí)序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時(shí)，一是熟練使用自動(dòng)布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開(kāi)設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)，因此對(duì)于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。2.模擬版圖設(shè)計(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無(wú)論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問(wèn)題。作為版圖設(shè)計(jì)者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對(duì)需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號(hào)流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問(wèn)題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說(shuō)仍然是一個(gè)問(wèn)題，但不再是壓倒一切的問(wèn)題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過(guò)等，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對(duì)工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對(duì)反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。
三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)
1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時(shí)，一是掌握自動(dòng)布局布線工具的使用，還需要對(duì)UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計(jì)，目前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時(shí)，可以做個(gè)形象的PPT，空間立體感要強(qiáng)，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機(jī)操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計(jì)規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時(shí)教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時(shí)停下來(lái)檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯(cuò)加以糾正。這樣，教師一個(gè)單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個(gè)單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴(kuò)展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴(kuò)展到整個(gè)單元庫(kù)。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時(shí)一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動(dòng)布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實(shí)現(xiàn)，繪制版圖時(shí)注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)更注重電路的性能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計(jì)工程師交流。因此，版圖教學(xué)時(shí)教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識(shí)CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無(wú)障礙。同時(shí)也要求學(xué)生掌握工藝對(duì)模擬版圖的影響，熟練運(yùn)用模擬版圖的晶體管匹配、保護(hù)環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運(yùn)算放大器為例，深入講解差分對(duì)管、電流鏡、電容的匹配機(jī)理，版圖匹配時(shí)結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護(hù)環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時(shí)需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計(jì)算方法以及布線的規(guī)范性。3.逆向版圖設(shè)計(jì)。逆向集成電路版圖設(shè)計(jì)需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時(shí)，做到準(zhǔn)確無(wú)誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達(dá)到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個(gè)既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時(shí)，說(shuō)明數(shù)字電路需要?dú)w并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因?yàn)槟嫦蛟O(shè)計(jì)軟件提出的元器件符號(hào)應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的要求來(lái)安排教學(xué)，做到教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開(kāi)始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識(shí)，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識(shí)。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計(jì)版圖這三個(gè)方面就如何開(kāi)展教學(xué)可以滿足企業(yè)對(duì)版圖工程師的要求展開(kāi)探討，安排教學(xué)有針對(duì)性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進(jìn)入IC行業(yè)做出努力。
作者：李亮工作單位：蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院
引言
在當(dāng)前通信市場(chǎng)的帶動(dòng)下，通信技術(shù)飛速向前發(fā)展，手持無(wú)線通信終端成為其中的熱門應(yīng)用之一。因此，單片集成的射頻收發(fā)系統(tǒng)正受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。典型的射頻收發(fā)系統(tǒng)包括低噪聲放大器(LNA)、混頻器(Mixer)、濾波器、可變?cè)鲆娣糯笃?，以及提供本振所需的頻率綜合器等單元模塊，對(duì)于工作在射頻環(huán)境的電路系統(tǒng)，如2.4G或5G的WLAN應(yīng)用，系統(tǒng)中要包含射頻前端的小信號(hào)噪聲敏感電路、對(duì)基帶低頻大信號(hào)有高線性度要求的模塊、發(fā)射端大電流的PA模塊、鎖相環(huán)頻率綜合器中的數(shù)字塊，以及非線性特性的VCO等各具特點(diǎn)的電路。眾多的電路單元及其豐富的特點(diǎn)必然要求在這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中有一個(gè)功能豐富且強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。在綜合比較后，本文選定了cadenceVirtuoso全定制IC設(shè)計(jì)工具。
Virtuoso是Cadence公司推出的用于模擬，數(shù)字混合電路仿真和射頻電路仿真的專業(yè)軟件?；诖似脚_(tái)，Cadence公司還開(kāi)發(fā)了面向射頻設(shè)計(jì)的新技術(shù)，包括射頻提取技術(shù)、針對(duì)無(wú)線芯片設(shè)計(jì)的兩個(gè)新設(shè)計(jì)流程。不僅如此，目前的Virtuoso已經(jīng)整合了來(lái)自合作伙伴安捷倫、Coware、Helic和Mathworks等公司的技術(shù)，射頻設(shè)計(jì)能力大為增強(qiáng)。使用該項(xiàng)新技術(shù)，可以減少設(shè)計(jì)反復(fù)，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。其AMS工具可以實(shí)現(xiàn)自頂向下、數(shù)／?；旌系碾娐吩O(shè)計(jì)；Composer工具可以方便地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的輸入和管理；spectre/SpectreRF仿真器精度高，適合不同特點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)；Layout工具包含了布局、交叉參考、布線、版圖驗(yàn)證、參數(shù)提取等功能；此外，Virtuoso能進(jìn)行可靠的后仿真和成品率控制。
基于Virtuoso的行為仿真和系統(tǒng)規(guī)劃
射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最終能否成功，以及模塊指標(biāo)分配是否合理可行，都有賴于具體電路設(shè)計(jì)之前對(duì)系統(tǒng)的行為建模和計(jì)算，即所謂的行為仿真。這也是自頂向下設(shè)計(jì)模式的關(guān)鍵一步。Cadence內(nèi)置的Verilog-A和VHDL仿真器，以及混合輸入模式的仿真方法提供了這種可能性。而且，Cadence軟件免費(fèi)提供了大量的行為模型供選擇使用，對(duì)于射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所要做的就是調(diào)用并設(shè)定各個(gè)模塊預(yù)期的指標(biāo)要求，通過(guò)仿真很快就能得到系統(tǒng)的行為特征。根據(jù)要求可以方便地修改各個(gè)模塊的指標(biāo)重新仿真，直到系統(tǒng)的行為滿足要求為止。以接收機(jī)為例，接收系統(tǒng)。每個(gè)模塊的指標(biāo)設(shè)定非常具體，如輸入輸出阻抗、增益、隔離度、噪聲系數(shù)NF、線性度IP3、直流偏移IP2等。仿真完成后，每個(gè)模塊的指標(biāo)分配任務(wù)也同時(shí)完成。
每個(gè)模塊用具體電路實(shí)現(xiàn)后可以逐一取代相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，可以看出每個(gè)模塊是否滿足系統(tǒng)的需要，進(jìn)而評(píng)估每個(gè)實(shí)際模塊對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
基于Virtuoso Spectre/SpectreRF的電路模塊仿真設(shè)計(jì)
基于上述的行為仿真結(jié)果和指標(biāo)分配結(jié)果，可以劃分系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)每個(gè)單元塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。
LNA
LNA是射頻接收機(jī)最前端的一個(gè)有源部件，它決定了系統(tǒng)的噪聲性能。對(duì)它的要求主要是具有盡量低的NF和足夠的功率增益、好的輸入匹配，其次是高線性度和隔離度。其電路如圖3所示。利用Spectre的SP分析或SpectreRF的PSS+Pnoise分析都可以進(jìn)行NF分析。還可以利用NFmin的結(jié)果來(lái)挑選晶體管的尺寸，以使最優(yōu)源阻抗?jié)M足最小的噪聲要求。
Mixer
混頻器是收發(fā)機(jī)的核心，由于完成的是變頻工作，其主要仿真方法需采用SpectreRF仿真器?；祛l器的益、NF等與輸入輸出有關(guān)，但輸入和輸出工作在不同的頻段上，往往要在PSS分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它分析才能得到正確結(jié)果，如PSP、Pnoise、PAC等。混頻器的結(jié)構(gòu)是典型雙平衡吉爾伯特。
VGA
基帶VGA由于頻率低、增益大，因此對(duì)噪聲要求不高，主要是對(duì)線性度、增益等指標(biāo)有較高的要求，SpectreRF的PSS掃描可以方便地對(duì)模塊的輸入進(jìn)行掃描并自動(dòng)對(duì)掃描曲線作延長(zhǎng)，直接標(biāo)示出線性度PldB和IIP3的交點(diǎn)位置及數(shù)值大小，非常方便直觀。這種方法與傳統(tǒng)的two tone測(cè)試相比更加靈活高效。VGA在不同增益狀態(tài)下的IIP3指標(biāo)的仿真只需把控制寫成變量，在ADE環(huán)境中進(jìn)行掃描變量的值即可完成。所得的結(jié)果可以方便地進(jìn)行比較分析。通過(guò)調(diào)整可以獲得理想的VGA電路。甚至可以把ADE下的各種設(shè)置保存成ocean的腳本文件，利用腳本的自動(dòng)運(yùn)行，只要事先安排好各種仿真任務(wù)，Cadence就能自動(dòng)完成各項(xiàng)仿真并保存數(shù)據(jù)結(jié)果。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析后能獲悉電路的性能，以此為指導(dǎo)逐步改進(jìn)，便可獲得一個(gè)滿足系統(tǒng)需要的電路模塊。
PLL模塊
PLL各模塊的仿真是一個(gè)比較有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，PLL本身是一個(gè)數(shù)字／模擬混合的模塊，但是一般都用模擬的方式設(shè)計(jì)各個(gè)模塊。PLL的仿真包含了上百項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試工作，這些仿真要用到幾乎所有Spectre和SpectreRF的仿真工具。以其中VCO和CP的仿真為例，VCO非線性的工作特點(diǎn)決定了它的噪聲計(jì)算不能以小信號(hào)的方式進(jìn)行，采用PSS+Pnoise的方式則可以準(zhǔn)確地仿真VCO的相位噪聲性能。通過(guò)掃描可以得到VCO的頻率調(diào)諧增益Kvcvcd。
電荷泵輸出電流特性是衡量CP性能的常用曲線，CP決定了PLL環(huán)路的增益和帶內(nèi)噪聲性能。通過(guò)掃描也可以容易地得到CP在不同狀態(tài)下電流源的恒流和匹配特性。
以上所述是射頻接收機(jī)幾個(gè)典型單元模塊的電路設(shè)計(jì)仿真過(guò)程。系統(tǒng)各個(gè)單元塊的仿真是可以同時(shí)展開(kāi)的，完成的模塊可以隨時(shí)代人行為系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。經(jīng)過(guò)若干次反復(fù)修改與驗(yàn)證，最終可以得到符合要求的接收系統(tǒng)。
溫度分析
要保證最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和成品率，很關(guān)鍵的一步是在各個(gè)單元塊的設(shè)計(jì)中進(jìn)行溫度、極端情況等分析。這些功能可以在CadenceVirtuoso中通過(guò)設(shè)置不同的仿真溫度、通過(guò)仿真模型的Corner設(shè)置，以及直接使用其提供的MonteCarlo仿真工具來(lái)進(jìn)行。
射頻收發(fā)系統(tǒng)的整體電路仿真
各個(gè)模塊電路分別設(shè)計(jì)驗(yàn)證完成以后，就可以把所有模塊連成系統(tǒng)，并加上PAD、ESD等構(gòu)成一個(gè)完整的芯片系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)加上激勵(lì)進(jìn)行仿真測(cè)試，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電路進(jìn)行仿真。如果仿真計(jì)算所用的硬件資 源足夠大，可以直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行tran、SP、PSS，以及PSP、Pnoise、PAC等分析，獲得整個(gè)芯片的性能。如果資源不足，則可以考慮對(duì)系統(tǒng)按功能進(jìn)行分組、分塊仿真。由于分出的塊之間相對(duì)獨(dú)立，因此整體系統(tǒng)的特性與分塊仿真差別不大。
版圖設(shè)計(jì)與后仿真
在各模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足自身及系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上可以開(kāi)始各個(gè)模塊的版圖設(shè)計(jì)，首先利用Layout-XL的元件調(diào)入功能可以直接由原理圖調(diào)入版圖元件，進(jìn)行各個(gè)模塊的粗略布局，主要是安排與其它模塊的連接端口以及一些重要元件的預(yù)布局。然后從系統(tǒng)上將所有模塊的預(yù)布局調(diào)入進(jìn)行整體布局考慮。利用Virtuoso Layout工具所具有的層次化管理和操作的特性，可以對(duì)每個(gè)模塊的安放及其與其它模塊的銜接進(jìn)行系統(tǒng)考慮。
系統(tǒng)布局以后，將邊界條件分配給每個(gè)模塊。在模塊單獨(dú)的布局過(guò)程中要遵守其邊界約定。版圖進(jìn)行到一定階段后，即可以調(diào)入到系統(tǒng)版圖中來(lái)檢查，隨時(shí)作必要的調(diào)整以滿足每個(gè)模塊的具體情況。
具體版圖繪制過(guò)程中可以充分利用Virtuoso版圖工具的強(qiáng)大功能，比如充分發(fā)揮快捷鍵功能可以使版圖設(shè)計(jì)流暢高效；利用Layout-XL的交叉參考可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的連線或因疏忽造成的短路；利用DRD的實(shí)時(shí)規(guī)則檢查可以避免絕大多數(shù)違反設(shè)計(jì)規(guī)則的布圖。
版圖的規(guī)則檢查可以采用Virtuoso的Diva工具，DRC、LVS、Exlract等工作都可以在其友好的界面下完成。對(duì)于射頻電路版圖元件數(shù)規(guī)模不大的特點(diǎn)，利用Diva完成絕大部分工作是很合適的。如果想進(jìn)一步提高版圖提取和后仿真的精確度，可以考慮采用Assure工具來(lái)進(jìn)行。
結(jié)語(yǔ)
本文詳細(xì)討論了基于CadenceVirtuoso設(shè)計(jì)平臺(tái)的單片射頻收發(fā)集成電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。討論了利用Virtuoso工具完成的自頂向下、從系統(tǒng)到模塊、從前端都后端的整個(gè)設(shè)計(jì)步驟，直到實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的射頻芯片?？梢钥闯?，Virtuoso平臺(tái)工具在IC設(shè)計(jì)的各個(gè)階段所發(fā)揮的重要作用。
文中所述的單片射頻芯片設(shè)計(jì)中所采用的Virtuoso工具只是Virtuoso家族中最常用的幾個(gè)工具，依靠他們的強(qiáng)大功能足以完成復(fù)雜的射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是性價(jià)比較高的一種解決方案。如果再結(jié)合Virtuoso的AMs、UltraSim、VoltageStorm、ElectronStorm等工具，將會(huì)使設(shè)計(jì)效率更高，設(shè)計(jì)更精確。
摘 要：文章介紹了在數(shù)?；旌习鎴D設(shè)計(jì)中，如何把版圖不同模塊的漲縮需求，用一種完善的自動(dòng)化程序技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以批處理所有需要漲縮的版圖數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：數(shù)字；模擬；集成電路；版圖設(shè)計(jì)；人工處理；程序化處理
隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，晶體管尺寸越來(lái)越小。對(duì)于很多經(jīng)過(guò)晶圓片驗(yàn)證的產(chǎn)品，需要通過(guò)版圖等比例縮小，直接用于更小的工藝平臺(tái)，不用重新設(shè)計(jì)版圖，就可以流片，從而獲得高集成度的效果，極大地提高了效率，節(jié)省了成本。而一個(gè)數(shù)?；旌袭a(chǎn)品中包含數(shù)字部分和模擬部分，對(duì)于數(shù)字 IP，尤其是標(biāo)準(zhǔn)單元， 用于更小工藝平臺(tái)的時(shí)候，可以直接采用版圖等比例縮小的方式；而對(duì)于一些模擬IP來(lái)說(shuō)，應(yīng)用于更小工藝平臺(tái)的時(shí)候，為了保持性能的最優(yōu)化，需要保持原驗(yàn)證的同等條件；而對(duì)于工藝的臨界尺寸（Critical Dimension， CD）來(lái)說(shuō)，希望整個(gè)產(chǎn)品的接觸孔的寬度是一致的。對(duì)于這樣一個(gè)產(chǎn)品多種漲縮，部分還需要層次之間布爾操作的需求，本文提供一種完善的自動(dòng)化流程方案來(lái)解決這種版圖特殊漲縮的方法，可以程序化地批處理所有需要漲縮的版圖數(shù)據(jù)。
1 客戶項(xiàng)目漲縮需求概述
華潤(rùn)上華0.18 μm工藝線有3個(gè)差異不大的平臺(tái)―0.18 μm， 0.162 μm ，0.153 μm?？蛻舻漠a(chǎn)品很多已經(jīng)在0.18 μm工藝平臺(tái)驗(yàn)證過(guò)，為了增加單片晶圓片上的管芯的數(shù)量，提高利潤(rùn)空間，客戶會(huì)直接把0.18 μm工藝平臺(tái)驗(yàn)證過(guò)的產(chǎn)品等比例縮小到0.162 μm或者0.153 μm的兩個(gè)工藝平臺(tái)進(jìn)行重新流片。而數(shù)字IP可以直接等比例縮小，但是模擬IP希望能直接用0.18 μm工藝平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，這兩種IP類型共存于一個(gè)數(shù)?；旌袭a(chǎn)品中，需要分別對(duì)這兩種IP進(jìn)行不同的操作，而且由于工藝要求需要，某些版圖層次需要進(jìn)行其他特殊的處理。
圖1是數(shù)?；旌系暮?jiǎn)化示意圖，包含了數(shù)字IP和模擬IP?？蛻粜枨笥袃蓚€(gè)要求：（1）模擬IP尺寸保持不變，數(shù)字IP尺寸縮小到原始的0.9倍；（2）整個(gè)產(chǎn)品的接觸孔的寬度保持原始的0.22 μm。
2 人工漲縮技術(shù)操作方式
傳統(tǒng)的操作技術(shù)中，大部分需要靠人工干涉和人工畫圖來(lái)實(shí)現(xiàn)，效率很低，下面簡(jiǎn)述一下傳統(tǒng)人工操作技術(shù)方案：
（1）在圖1的版圖EDA工具窗口菜單中，調(diào)用圖2版圖屬性對(duì)話框，通過(guò)修改其參數(shù)選項(xiàng)Magnification等于0.9，把數(shù)字IP縮小到原始的0.9倍。
（2）這種修改的方式會(huì)導(dǎo)致版圖層次之間出現(xiàn)0.001 μm的gap（空隙），如圖3所示，金屬層出現(xiàn)的gap圖形；這種0.001 μm的gap會(huì)出現(xiàn)在很多不同分層結(jié)構(gòu)的連接層次之間。
（3）人工修補(bǔ)版圖，首先要把所有出現(xiàn)gap的圖形一一填充好，然后把模擬IP和數(shù)字IP之間的連接金屬線的位置分別調(diào)整好。
（4）因?yàn)樵冀佑|孔寬度等于0.22 μm，如圖4所示，而縮小到0.9倍以后數(shù)字 IP部分的接觸孔寬度等于0.198 μm；為了保持全芯片的接觸孔寬度一致，必須人工的把數(shù)字 IP內(nèi)部的接觸孔寬度修改為0.22 μm。
每一個(gè)數(shù)模產(chǎn)品都是非常巨大的，包含的contact的數(shù)量是數(shù)以萬(wàn)計(jì)的，模擬IP和數(shù)字IP連線也都是非常復(fù)雜的，而且要從底層單元開(kāi)始修改，單靠這種傳統(tǒng)的人工修改，工作量是超負(fù)荷的，從而使客戶產(chǎn)品直接shrink的效率就大大降低，影響到客戶產(chǎn)品的上市時(shí)間。
3 程序化處理漲縮技術(shù)
3.1 程序化漲縮技術(shù)原理
針對(duì)傳統(tǒng)方案的缺點(diǎn)，結(jié)合我們客戶需求，同時(shí)更多的是依賴個(gè)人技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了一種自動(dòng)化批處理，人工干預(yù)少的技術(shù)方案，從而大大提高了客戶產(chǎn)品漲縮的效率。核心技術(shù)方案是采用EDA工具calibre drc語(yǔ)言，編寫漲縮程序，再運(yùn)行程序，從而達(dá)到客戶需求。圖5是客戶數(shù)模產(chǎn)品的漲縮批處理流程。
基本原理：整個(gè)程序分為漲大（enlarge）和整體縮?。╯hrink ）兩個(gè)過(guò)程。IP漲大以后，會(huì)把相關(guān)的接觸孔的寬度恢復(fù)到0.22 μm，然后把漲大后的IP重新整合在原始的版圖中，最后把整合好的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體shrink，從而達(dá)到版圖等比例縮小的目的。
3.2 批處理程序的結(jié)構(gòu)
根據(jù)圖5的客戶需求原理，我們用calibre語(yǔ)言需要編寫了兩個(gè)程序，一個(gè)是enlarge程序，一個(gè)是shrink程序，兩者程序架構(gòu)大體相同。程序架構(gòu)包含以下幾個(gè)方面。
（1）Specification Statement（規(guī)范說(shuō)明）：定義版圖數(shù)據(jù)基本信息和需要的功能選項(xiàng)。
（2）Input Layers Statement（輸入層次說(shuō)明）：把版圖數(shù)據(jù)的所有輸入層次信息定義出來(lái)。
（3）Layer Operations（版圖層次運(yùn)算）：根據(jù)項(xiàng)目要求，進(jìn)行所有層次之間的布爾運(yùn)算。
（4）Output New Layer（輸出新的版圖層次）：把最終完成各種處理的版圖數(shù)據(jù)輸出。
通過(guò)上面3個(gè)語(yǔ)句，就可以把版圖Metal1層次的gap修補(bǔ)，以此類推，所有需要修改gap的版圖層次都可以按照此語(yǔ)法命令結(jié)構(gòu)來(lái)完成。
整體shrink的程序和enlarge的程序結(jié)構(gòu)相同，在shrink程序中可以把客戶所有層次之間的布爾運(yùn)算需求，通過(guò)命令語(yǔ)句執(zhí)行，從而完成客戶數(shù)據(jù)光罩層次的輸出。其中的shrink選項(xiàng)，只需要在程序的規(guī)范說(shuō)明里面來(lái)定義即可，命令行如下：DRC MAGNIFY RESULTS 0.9，即可完成shrink 90%的功能任務(wù)，如果定義DRC MAGNIFY RESULTS 0.85，即可完成shrink 85%的功能需求。
3.4 q縮程序的執(zhí)行
編寫完程序以后，把版圖數(shù)據(jù)等比例縮小的任務(wù)就可以按照步驟執(zhí)行，首先運(yùn)行enlarge（漲大）程序，然后運(yùn)行shrink（縮?。┏绦?。步驟如下：
（1）在enlarge程序里面定義要漲大的版圖數(shù)據(jù)的gds；運(yùn)行enlarge程序：caliberCdrc Chier enlarge程序。
（2）把前兩步運(yùn)行出來(lái)的版圖數(shù)據(jù)，放入原始的版圖gds中，修補(bǔ)接口連線；在shrink程序里面把第（3）輸出的版圖數(shù)據(jù)定義進(jìn)入；運(yùn)行shrink程序：calibre Cdrc Chier shrink程序。
（3）通過(guò)這幾個(gè)步驟，我們就可以把版圖等比例縮小，同時(shí)還維持了模擬IP的原始狀態(tài)。
（4）程序運(yùn)行出來(lái)的版圖，我們就可以直接拿到工藝廠流片。
4 結(jié)語(yǔ)
本文詳細(xì)講述了如何利用常用的EDA calibre工具語(yǔ)言，批處理集成電路版圖等比例縮小的方法?，F(xiàn)在集成電路行業(yè)發(fā)展迅速，工藝水平不斷提高，而器件特征尺寸也隨著摩爾定律不斷縮小，如果一些數(shù)?；旌袭a(chǎn)品經(jīng)過(guò)縮小，可以在新的工藝平臺(tái)流片，有些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的IP希望在原始的工藝尺寸下復(fù)用，這些客戶需求，都可以通過(guò)本文所闡述的技術(shù)原理，高效率地實(shí)現(xiàn)，極大地節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。漲縮程序可以推廣于任何后端版圖設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)單編寫一個(gè)小的程序，就可以代替人工繁重的全定制版圖設(shè)計(jì)，從而大大提高設(shè)計(jì)效率。
摘要：集成電路版圖設(shè)計(jì)起著承接電路設(shè)計(jì)和芯片實(shí)現(xiàn)的重要作用，是集成電路設(shè)計(jì)流程中必不可少的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是應(yīng)用型集成電路人才的培養(yǎng)方向。對(duì)集成電路版圖設(shè)計(jì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的實(shí)施進(jìn)行了探索和實(shí)踐。以CMOS與非門為例，介紹了基于主流EDA工具的完整集成電路版圖設(shè)計(jì)流程的教學(xué)實(shí)例。
關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì)；版圖；EDA
集成電路是當(dāng)今信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的基礎(chǔ)和源動(dòng)力，已經(jīng)高度滲透與融合到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的每個(gè)領(lǐng)域，其技術(shù)水平和發(fā)展規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一[1]，美國(guó)更將其視為未來(lái)20年從根本上改造制造業(yè)的四大技術(shù)領(lǐng)域之首。我國(guó)擁有全球最大、增長(zhǎng)最快的集成電路市場(chǎng)，2013年規(guī)模達(dá)9166億元，占全球市場(chǎng)份額的50%左右。近年來(lái)，國(guó)家大力發(fā)展集成電路，在上海浦東等地建立了集成電路產(chǎn)業(yè)基地，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等方面的專門技術(shù)人才需求巨大。為了適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求，推進(jìn)我國(guó)集成電路發(fā)展，許多高校開(kāi)設(shè)了電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，以培養(yǎng)集成電路方向的專業(yè)人才。集成電路版圖設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)與集成電路工藝之間必不可少的環(huán)節(jié)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在從事集成電路設(shè)計(jì)工作的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生中，由于具有更多的電路知識(shí)儲(chǔ)備，研究生的從業(yè)比例比本科生高出很多。而以集成電路版圖為代表包括集成電路測(cè)試以及工藝等與集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的工作，相對(duì)而言對(duì)電路設(shè)計(jì)知識(shí)的要求低很多。因而集成電路版圖設(shè)計(jì)崗位對(duì)本科生而言更具競(jìng)爭(zhēng)力。在版圖設(shè)計(jì)崗位工作若干年知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累也將有利于從事集成電路設(shè)計(jì)工作。因此，版圖設(shè)計(jì)工程師的培養(yǎng)也成為了上海電力學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科人才培養(yǎng)的重要方向和辦學(xué)特色。本文根據(jù)上海電力學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)建設(shè)的目標(biāo)，結(jié)合本校人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)目標(biāo)，就集成電路版圖設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索和實(shí)踐。
一、優(yōu)化理論教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，突出課程特點(diǎn)
集成電路版圖作為一門電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容與電子技術(shù)（模擬電路和數(shù)字電路）、半導(dǎo)體器件、集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等先修課程中的電路理論、器件基礎(chǔ)和工藝原理等理論知識(shí)緊密聯(lián)系，同時(shí)版圖設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)踐特點(diǎn)。因此，必須從本專業(yè)學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)和整個(gè)專業(yè)課程布局出發(fā)，注重課程與其他課程承前啟后，有機(jī)融合，摸索出一套實(shí)用有效的教學(xué)方法。在理論授課過(guò)程中從集成電路的設(shè)計(jì)流程入手，在CMOS集成電路和雙極集成電路基本工藝進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，從版圖基本單元到電路再到芯片循序漸進(jìn)地講授集成電路版圖結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理和方法，做到與上游知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通。
集成電路的規(guī)模已發(fā)展到片上系統(tǒng)（SOC）階段，教科書的更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于集成電路技術(shù)的發(fā)展速度。集成電路工藝線寬達(dá)到了納米量級(jí)，對(duì)于集成電路版圖設(shè)計(jì)在當(dāng)前工藝條件下出現(xiàn)的新問(wèn)題和新規(guī)則，通過(guò)查閱最新的文獻(xiàn)資料，向?qū)W生介紹版圖設(shè)計(jì)前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)拓學(xué)生視野，提升學(xué)習(xí)熱情。在課堂教學(xué)中盡量減少冗長(zhǎng)的公式和繁復(fù)的理論推導(dǎo)，將理論講解和工程實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)工程案例使學(xué)生了解版圖設(shè)計(jì)是科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合。比如，在有關(guān)天線效應(yīng)的教學(xué)過(guò)程中針對(duì)一款采用中芯國(guó)際（SMIC）0.18um 1p6m工藝的雷達(dá)信號(hào)處理SOC 芯片，結(jié)合跳線法和反偏二極管的天線效應(yīng)消除方法，詳細(xì)闡述版圖設(shè)計(jì)中完全修正天線規(guī)則違例的關(guān)鍵步驟，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到了較好的教學(xué)效果。
集成電路版圖起著承接電路設(shè)計(jì)和芯片實(shí)現(xiàn)的重要作用。通過(guò)版圖設(shè)計(jì)，可以將立體的電路轉(zhuǎn)化為二維的平面幾何圖形，再通過(guò)工藝加工轉(zhuǎn)化為基于半導(dǎo)體硅材料的立體結(jié)構(gòu)[2]。集成電路版圖設(shè)計(jì)是集成電路流程中的重要環(huán)節(jié)，與集成電路工藝密切相關(guān)。為了讓學(xué)生獲得直觀、準(zhǔn)確和清楚的認(rèn)識(shí)，制作了形象生動(dòng)、圖文并茂的多媒體教學(xué)課件，將集成電路典型的設(shè)計(jì)流程、雙極和CMOS集成電路工藝流程、芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、版圖的層次等內(nèi)容以圖片、Flash動(dòng)畫、視頻等形式進(jìn)行展示。
版圖包含了集成電路尺寸、各層拓?fù)涠x等器件相關(guān)的物理信息數(shù)據(jù)[3]。掩膜上的圖形決定著芯片上器件或連接物理層的尺寸。因此版圖上的幾何圖形尺寸與芯片上物理層的尺寸直接相關(guān)。而集成電路制造廠家根據(jù)版圖數(shù)據(jù)來(lái)制造掩膜，對(duì)于同種工藝各個(gè)foundry廠商所提供的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則各不相同[4]。教學(xué)實(shí)踐中注意將先進(jìn)的典型芯片版圖設(shè)計(jì)實(shí)例引入課堂，例如舉出臺(tái)灣積體電路制造公司（TSMC）的45nm CMOS工藝的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的芯片版圖實(shí)例，讓學(xué)生從當(dāng)今業(yè)界實(shí)際制造芯片的角度學(xué)習(xí)和掌握版圖設(shè)計(jì)的規(guī)則，同時(shí)切實(shí)感受到模擬版圖和數(shù)字版圖設(shè)計(jì)的藝術(shù)。
二、利用業(yè)界主流EDA工具，構(gòu)建基于完整版圖設(shè)計(jì)流程的實(shí)驗(yàn)體系
集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用了Cadence公司的EDA工具進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。Cadence的EDA產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、功能驗(yàn)證、集成電路（IC）綜合及布局布線、物理驗(yàn)證、PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模模擬、混合信號(hào)及射頻IC設(shè)計(jì)、全定制IC設(shè)計(jì)等。全球知名半導(dǎo)體與電子系統(tǒng)公司如AMD、NEC、三星、飛利浦均將Cadence軟件作為其全球設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。將業(yè)界主流的EDA設(shè)計(jì)軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生畢業(yè)后很快適應(yīng)崗位，盡快進(jìn)入角色。
專業(yè)實(shí)驗(yàn)室配備了多臺(tái)高性能Sun服務(wù)器、工作站以及60臺(tái)供學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的PC機(jī)。服務(wù)器中安裝的Cadence 工具主要包括：Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、電路圖設(shè)計(jì)工具Composer、電路模擬工具Analog Artist、版圖設(shè)計(jì)工具Virtuoso Layout Editing、版圖驗(yàn)證工具Dracula 和Diva、自動(dòng)布局布線工具Preview和Silicon Ensemble。
Cadence軟件是按照庫(kù)（Library）、單元（Cell）、和視圖（View）的層次實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的管理。庫(kù)、單元和視圖三者之間的關(guān)系為庫(kù)文件是一組單元的集合，包含著各個(gè)單元的不同視圖。庫(kù)文件包括技術(shù)庫(kù)和設(shè)計(jì)庫(kù)兩種，設(shè)計(jì)庫(kù)是針對(duì)用戶設(shè)立，不同的用戶可以有不同的設(shè)計(jì)庫(kù)。而技術(shù)庫(kù)是針對(duì)工藝設(shè)立，不同特征尺寸的工藝、不同的芯片制造商的技術(shù)庫(kù)不同。為了讓學(xué)生在掌握主流EDA工具使用的同時(shí)對(duì)版圖設(shè)計(jì)流程有準(zhǔn)確、深入的理解，安排針對(duì)無(wú)錫上華公司0.6um兩層多晶硅兩層金屬（Double Poly Double Metal）混合信號(hào)CMOS工藝的一系列實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握包括從電路圖的建立、版圖建立與編輯、電學(xué)規(guī)則檢查（ERC），設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）、到電路圖-版圖一致性檢查（LVS）的完整的版圖設(shè)計(jì)流程[5]。通過(guò)完整的基于設(shè)計(jì)流程的版圖實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能較好地掌握電路設(shè)計(jì)工具Composer、版圖設(shè)計(jì)工具Virtuoso Layout Editor以及版圖驗(yàn)證工具Dracula和Diva的使用，同時(shí)對(duì)版圖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟形成清晰的認(rèn)識(shí)。
以下以CMOS與非門為例，介紹基于一個(gè)完整的數(shù)字版圖設(shè)計(jì)流程的教學(xué)實(shí)例。
在CMOS與非門的版圖設(shè)計(jì)中，首先要求學(xué)生建立設(shè)計(jì)庫(kù)和技術(shù)庫(kù)，在技術(shù)庫(kù)中加載CSMC 0.6um的工藝的技術(shù)文件，將設(shè)計(jì)庫(kù)與技術(shù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。然后在設(shè)計(jì)庫(kù)中用Composer中建立相應(yīng)的電路原理圖（schematic），進(jìn)行ERC檢查。再根據(jù)電路原理圖用Virtuoso Layout Editor工具繪制對(duì)應(yīng)的版圖（layout）。版圖繪制步驟依次為MOS晶體管的有源區(qū)、多晶硅柵極、MOS管源區(qū)和漏區(qū)的接觸孔、P+注入、N阱、N阱接觸、N+注入、襯底接觸、金屬連線、電源線、地線、輸入及輸出?；镜陌鎴D繪制完成之后，將輸入、輸出端口以及電源線和地線的名稱標(biāo)注于版圖的適當(dāng)位置處，再在Dracula工具中利用幾何設(shè)計(jì)規(guī)則文件進(jìn)行DRC驗(yàn)證。然后利用GDS版圖數(shù)據(jù)與電路圖網(wǎng)表進(jìn)行版圖與原理圖一致性檢查（LVS），修改其中的錯(cuò)誤并按最小面積優(yōu)化版圖，最后版圖全部通過(guò)檢查，設(shè)計(jì)完成。圖1和圖2分別給出了CMOS與非門的原理圖和版圖。
三、結(jié)束語(yǔ)
集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和相關(guān)電類專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型集成電路人才的重要環(huán)節(jié)，使學(xué)生鞏固了集成電路電路原理、工藝和器件等理論知識(shí)，掌握了集成電路版圖設(shè)計(jì)流程、方法和主流的EDA版圖工具的使用，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。隨著集成電路飛速發(fā)展到納米工藝，版圖相關(guān)的新技術(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)則不斷涌現(xiàn)。因此，在今后的教學(xué)改革工作中，與時(shí)俱進(jìn)，圍繞先進(jìn)的實(shí)際設(shè)計(jì)案例將課堂教學(xué)和設(shè)計(jì)應(yīng)用緊密結(jié)合，構(gòu)建集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)和實(shí)踐體系，具有重要的意義。
摘 要 本文介紹了一款應(yīng)用于汽車工程領(lǐng)域的電打火控制芯片的輸入模塊的版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。采用標(biāo)準(zhǔn)雙極工藝，全定制的設(shè)計(jì)對(duì)輸入模塊進(jìn)行布局布線，并完成了后端驗(yàn)證。本芯片功耗低、成本低，性能穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】電打火控制芯片 版圖設(shè)計(jì)
1 引言
汽車電打火控制芯片是為使用霍爾效應(yīng)管的無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的一款電打火控制芯片。芯片通過(guò)驅(qū)動(dòng)外接的NPN達(dá)林頓管來(lái)控制點(diǎn)火線圈，使其獲得足夠的點(diǎn)火能量，只伴隨很少的能量損失。本次設(shè)計(jì)的汽車電打火芯片共包含10個(gè)模塊：基準(zhǔn)電壓模塊、霍爾效應(yīng)管輸入模塊、過(guò)壓保護(hù)模塊、占空比控制模塊、限流保護(hù)電流模塊、控制轉(zhuǎn)換模塊、緩慢恢復(fù)模塊、不飽和感應(yīng)模塊、衡通保護(hù)模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊和RPM模塊。本文主要討論了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)完成后，對(duì)輸入模塊：基準(zhǔn)電壓模塊和霍爾效應(yīng)管輸入模塊電路進(jìn)行詳細(xì)分析，并進(jìn)行仿真，然后完成后端設(shè)計(jì)以及相關(guān)的驗(yàn)證工作。
本文電路中所采用的器件全部是雙極型器件，采用5微米標(biāo)準(zhǔn)雙極工藝進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。由于芯片整體電路圖比較大，所以將電路圖分成若干個(gè)模塊分別設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)前先要將每個(gè)模塊中的器件的大致位置規(guī)劃好，在后面的整體版圖整理中，再根據(jù)工藝線給出的封裝結(jié)構(gòu)調(diào)整各模塊中器件和焊盤的位置。
2 電路分析、仿真結(jié)果以及版圖設(shè)計(jì)
2.1 基準(zhǔn)電壓模塊
電路如圖1所示，當(dāng)V3開(kāi)始給整個(gè)電路供電時(shí)，隨著V3的升高，Q58先導(dǎo)通，從而使Q60導(dǎo)通，Q57、Q58構(gòu)成達(dá)林頓管。Q60的導(dǎo)通，使得鏡像電流源Q59-1和Q59-2導(dǎo)通，開(kāi)始為Q56，Q53，R33組成的能隙基準(zhǔn)源供電，并最終在Q38的基極上產(chǎn)生1.25V的基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)電壓產(chǎn)生后，Q61的B極電位為1.9V左右，高于Q60的B極電位（1.4V），所以，Q60截止。R31，Q57，Q58，Q60組成了基準(zhǔn)電壓部分的啟動(dòng)電路。
基準(zhǔn)電壓模塊中的關(guān)鍵器件：
（1）Q53和Q56的面積比要嚴(yán)格匹配，R33的大小影響基準(zhǔn)電壓值。
（2）R27、R28匹配。
基準(zhǔn)電壓模塊的版圖設(shè)計(jì)：根據(jù)隔離區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)，集電極電位相同晶體管可以放在同一個(gè)隔離區(qū)內(nèi)，將基準(zhǔn)電壓模塊電路圖劃分成10個(gè)隔離區(qū)。然后在各個(gè)隔離區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)器件。
2.1.1 晶體管的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)芯片一般情況下先調(diào)整晶體管的尺寸。雖然將晶體管的尺寸調(diào)到最小，會(huì)增大串聯(lián)器件的電阻和增大時(shí)間常數(shù)，但是可以減小芯片面積，權(quán)衡利弊，縮小器件尺寸所Ю吹暮么σ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所帶來(lái)的壞處。設(shè)計(jì)晶體管版圖，首先要設(shè)計(jì)出一個(gè)最小尺寸的晶體管，這個(gè)最小尺寸的晶體管是根據(jù)本工藝線的工藝水平定出來(lái)的，本設(shè)計(jì)中最小尺寸晶體管的發(fā)射極面積是14×14μm2，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上考慮圖形最小間距，逐步套合成一個(gè)最小尺寸的晶體管，也就是單位管。
根據(jù)對(duì)電路的分析、仿真，計(jì)算出電路圖中所有晶體管發(fā)射區(qū)的尺寸，以單位管為標(biāo)準(zhǔn)，將計(jì)算出的發(fā)射區(qū)面積都表示為單位管的N倍。然后根據(jù)單位管的尺寸和本條工藝線所給出的最小設(shè)計(jì)規(guī)則，設(shè)計(jì)出各個(gè)晶體管的版圖。
2.1.2 電阻的設(shè)計(jì)
根據(jù)不同類型的電阻具有不同的方塊電阻，將大阻值的電阻設(shè)計(jì)為注入電阻，小阻值的電阻設(shè)計(jì)為擴(kuò)散電阻，更大阻值的電阻設(shè)計(jì)為夾層電阻。
根據(jù)電阻公式：
可以根據(jù)工藝線的端頭修正因子和版圖中的布局情況電阻的形狀和拐角個(gè)數(shù)。模塊中共有15個(gè)電阻，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，其中有一個(gè)是基區(qū)擴(kuò)散電阻，其余的是注入電阻，方塊電阻數(shù)全部標(biāo)注在電路圖中。
2.1.3 電容的設(shè)計(jì)
模塊中只有一個(gè)電容，電容值為2pF，根據(jù)式（2）可以算出電容面積為：
算出電容的面積后，將這個(gè)電容做成梳狀電容，使P區(qū)和N區(qū)的重迭面積為5000 就可以滿足電容值為2pF的要求。
將電路圖中的每個(gè)器件設(shè)計(jì)好之后，對(duì)比電路圖，符合低風(fēng)險(xiǎn)合并規(guī)則的器件可以合并以減少面積。然后再參考電路圖進(jìn)行布線?；鶞?zhǔn)電壓模塊版圖設(shè)計(jì)如圖2所示。
2.2 霍爾效應(yīng)管輸入模塊
電路如圖3所示，Q108的基極為其輸出信號(hào)?；魻栃?yīng)管產(chǎn)生的信號(hào)從PIN5進(jìn)入（V1），直接傳給Q113的B極，Q113的B極與Q119的B極電位進(jìn)行比較。當(dāng)霍爾效應(yīng)管產(chǎn)生的信號(hào)為高時(shí)，Q113極的B極電位為高，高于Q119的B極電位，所以，Q119導(dǎo)通，Q113截止。Q119的導(dǎo)通，使得Q111的B極電位為高，導(dǎo)通，從而將Q120-2的電流全部拉走，使得沒(méi)有電流從Q108、Q112和R75中流過(guò)，此時(shí)模塊的輸出（Q108的基極）為低，約為0V。反之，上述各管子工作狀態(tài)相反，模塊輸出為高，約為0.7V。Q114、Q115和D4組成了一個(gè)過(guò)壓保護(hù)，使從霍爾效應(yīng)管輸入的信號(hào)不會(huì)過(guò)高，將其上限限定為（Vcc+2.1）V?；魻栃?yīng)管輸入電路模塊版圖設(shè)計(jì)如圖4所示。
3 版圖驗(yàn)證
完成版圖設(shè)計(jì)的電路性能由于諸多物理因素的介入，與邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的結(jié)果相比，會(huì)有一定的變化，因此必須對(duì)版圖進(jìn)行驗(yàn)證，主要包括幾何設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），電學(xué)規(guī)則檢查（ERC），網(wǎng)表一致性檢查（LVS），電路功能和性能驗(yàn)證（后仿真）等部分。這些檢查工作能為電路的版圖設(shè)計(jì)的正確性提供依據(jù)。本設(shè)計(jì)對(duì)繪制完的版圖進(jìn)行了DRC和LVS驗(yàn)證。
4 結(jié)論
這款電打火控制芯片的設(shè)計(jì)成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)類似芯片的設(shè)計(jì)空白，更重要的是這款芯片的所有元器件幾乎都采用最小設(shè)計(jì)尺寸，使芯片面積、功耗最小，從而提高了芯片的利用率，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。
摘要：介紹了基于4μm雙極對(duì)通隔離兼容JFET工藝的雙運(yùn)算放大器集成電路芯片的版圖設(shè)計(jì)。版圖設(shè)計(jì)的主出發(fā)點(diǎn)是高精度、高速和高可靠性三方面。版圖中各模塊采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，關(guān)鍵元件的匹配采用了共質(zhì)心對(duì)稱設(shè)計(jì)。芯片測(cè)試結(jié)果表明，JFET輸入雙運(yùn)算放大器的輸入偏置電流和失調(diào)電流均達(dá)到了200pA以下，電路的轉(zhuǎn)換速率達(dá)到了10V/μs，增益帶寬積4.5MHz，很好的實(shí)現(xiàn)了預(yù)定電路功能。芯片成品率達(dá)90%。
關(guān)鍵詞：JFET；運(yùn)算放大器；版圖設(shè)計(jì)；可靠性
0 引言
該JFET輸入運(yùn)算放大器主要用在高速積分器、快速D/A轉(zhuǎn)換器、采樣-保持等電路中，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是高精度、高速和高可靠。作為集成電路設(shè)計(jì)流程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，芯片版圖的設(shè)計(jì)將是提高電路精度、成品率和可靠性的關(guān)鍵因素。
1 芯片功能及原理圖
本文設(shè)計(jì)的JFET輸入雙運(yùn)算放大器輸入偏置電流最大200pA，失調(diào)電流最大50pA，失調(diào)電壓最大2mV，共模抑制比最小85dB，電源抑制比最小85dB，電壓增益最小90dB，轉(zhuǎn)換速率最小10V/μs，增益帶寬積最小4.5MHz。電路由失調(diào)調(diào)零電路、輸入ESD保護(hù)電路、偏置電路、差分輸入電路、電壓放大電路、輸出擴(kuò)流電路、保護(hù)電路組成。電路原理圖如圖1所示。
2 芯片版圖設(shè)計(jì)
2.1 芯片版圖的平面設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的JFET輸入雙運(yùn)算放大器最大的熱源就是輸出擴(kuò)流電路，為了保證電路精度，降低溫度對(duì)輸入部分的影響，應(yīng)該將差分輸入電路遠(yuǎn)離輸出擴(kuò)流電路；保護(hù)電路需要測(cè)量輸出管的電流和結(jié)溫（主要是電流），因此需把它放在貼近輸出擴(kuò)流電路的位置；電路失調(diào)調(diào)零電路考慮到電路中測(cè)應(yīng)放在芯片邊緣；偏置電路采用正溫度系數(shù)的擴(kuò)散電阻和負(fù)溫度系數(shù)的齊納二極管串聯(lián)，基本消除了溫度的影響，可以放在輸出擴(kuò)流電路邊上，同時(shí)降低了溫度對(duì)差分輸入電路的影響。
考慮到電路的高可靠性能，在電路的輸入、輸出、電源端均加上ESD保護(hù)電路，提高電路抗靜電等級(jí)。
綜上所述，結(jié)合具體布線情況，得出了芯片版圖的整體布局，如圖2所示。
2.2 主要模塊及元器件版圖設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用4μm雙極對(duì)通隔離兼容JFET工藝，單層金屬布線，共15次光刻版，全部采用負(fù)膠接觸光刻。最小特征尺寸為4μm，外延層厚度12μm，電阻率3Ω?cm，基區(qū)結(jié)深2.5～3.0μm。
2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)元器件版圖設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中用到的標(biāo)準(zhǔn)元件主要有P溝道JFET、外延型JFET，小功率npn晶體管、橫向pnp管、電阻、電容。P溝道JFET溝道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為10μm。外延型JFET溝道寬度設(shè)計(jì)為32μm。小功率npn晶體管發(fā)射區(qū)下限尺寸主要受光刻精度的限制，小于4mA的npn晶體管發(fā)射區(qū)為φ22μm圓形，發(fā)射極電流按0.1mA/μm計(jì)算【1】；4～25mA的npn晶體管發(fā)射區(qū)設(shè)計(jì)為200μm×18μm的矩形?？v向pnp晶體管發(fā)射區(qū)設(shè)計(jì)為350μm×30μm的矩形，同時(shí)在發(fā)射區(qū)做重?fù)诫s，提高縱向pnp管的大電流增益。橫向pnp管基區(qū)寬度設(shè)計(jì)為14μm。
另外，設(shè)計(jì)時(shí)還采用了發(fā)射極鋁層大面積覆蓋（過(guò)EB結(jié)勢(shì)壘區(qū)），以減少表面復(fù)合，提高npn管和橫向pnp管的小電流放大倍數(shù)【1】。
本設(shè)計(jì)中采用的電阻主要有基區(qū)電阻和高硼注入電阻。對(duì)于精度要求高、匹配性好的電阻采用基區(qū)電阻，如差分輸入端要求精確匹配的電阻。為了保證電阻的精度和好的匹配性，設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免彎頭的出現(xiàn)。其余要求不高且阻值較大的電阻采用高B注入電阻，為了形成可靠的歐姆接觸，在接觸孔下的擴(kuò)散區(qū)做了重?fù)诫s。
電容器的設(shè)計(jì)采用MIS電容器，考慮電路對(duì)轉(zhuǎn)換速率的要求，電容面積按2pF/10000μm2計(jì)算。
2.2.2 差分輸入電路的版圖設(shè)計(jì)
差分輸入電路的精度是影響JFET輸入運(yùn)算放大器的最主要因素。因此，在版圖設(shè)計(jì)時(shí)除了合適的布局外，還要充分考慮到該部分電路所用元器件的匹配性，設(shè)計(jì)時(shí)主要采用以下匹配原則：（1）JFET采用統(tǒng)一的幾何形狀，放置在最相鄰的位置，采用共質(zhì)心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交叉耦合的版圖設(shè)計(jì)【2】；（2）JFET所屬隔離島外圍實(shí)行N+重?fù)诫s，保證隔離島等電位，減小JFET表面漏電；（3）npn晶體管發(fā)射區(qū)采用φ22μm圓形結(jié)構(gòu)，放置在JFET邊上，采用交叉耦合的版圖設(shè)計(jì)，減小輸入級(jí)有源負(fù)載失配對(duì)失調(diào)的影響；（4）匹配好的JFET遠(yuǎn)離芯片熱源，放置在芯片的對(duì)稱軸上；（5）所用電阻均為基區(qū)電阻，條寬為20μm。采用上述原則設(shè)計(jì)出如下結(jié)構(gòu)：
經(jīng)布局規(guī)劃，模塊實(shí)現(xiàn)和版圖優(yōu)化，得到芯片的整體版圖（圖4），芯片版圖尺寸為：3380μm×1860μm。
3 流片結(jié)果及分析
芯片版圖經(jīng)總體布局、布線設(shè)計(jì)完成后，對(duì)版圖進(jìn)行了DRC和LVS檢查，并在流片廠雙極對(duì)通隔離兼容JFET工藝線成功流片，芯片圖形如圖5所示。
表1是該運(yùn)算放大器樣品的上機(jī)測(cè)試參數(shù)與國(guó)外同型號(hào)產(chǎn)品對(duì)比結(jié)果。從表1可以看出，該運(yùn)算放大器達(dá)到了國(guó)外同型號(hào)產(chǎn)品的參數(shù)要求（實(shí)測(cè)時(shí)TI公司同類產(chǎn)品IB為100pA左右，Linear Technology公司同類產(chǎn)品IB為150pA左右），可以替代進(jìn)口的同型產(chǎn)品。
4 結(jié)語(yǔ)
為了實(shí)現(xiàn)高精度、高速、高可靠運(yùn)算放大器，本文設(shè)計(jì)出了一種輸入級(jí)完全對(duì)稱的版圖結(jié)構(gòu)。芯片版圖經(jīng)總體布局、布線設(shè)計(jì)完成，并在流片廠成功流片。結(jié)果表明，該芯片的性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)內(nèi)同型產(chǎn)品，版圖設(shè)計(jì)很好地實(shí)現(xiàn)了電路功能，初測(cè)芯片的成品率達(dá)90%。
摘要：本文在分析國(guó)內(nèi)集成電路（IC）設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)版圖設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，調(diào)查了已從事版圖設(shè)計(jì)的一些學(xué)生在校期間所學(xué)的版圖知識(shí)與企業(yè)要求的差異，針對(duì)版圖教學(xué)存在的一些教學(xué)與企業(yè)對(duì)版圖設(shè)計(jì)具體要求的不同，深入探討IC版圖教學(xué)內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)方法，規(guī)劃版圖教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。強(qiáng)調(diào)版圖教學(xué)與目前主流工藝、常用電路以及設(shè)計(jì)軟件同步并重。
關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計(jì)；集成電路；教學(xué)與實(shí)踐
目前，集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘新版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗(yàn)的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設(shè)計(jì)師。但是，IC設(shè)計(jì)這個(gè)行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過(guò)獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設(shè)計(jì)師才會(huì)考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標(biāo)轉(zhuǎn)向了應(yīng)屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或?qū)嵙?xí)方式來(lái)培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設(shè)計(jì)知識(shí)的即將畢業(yè)學(xué)生就進(jìn)入了IC設(shè)計(jì)行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時(shí)或是畢業(yè)生進(jìn)入企業(yè)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點(diǎn)版圖知識(shí)的新員工，電路和工藝的知識(shí)差強(qiáng)人意，再就是行業(yè)術(shù)語(yǔ)與設(shè)計(jì)軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們?cè)诎鎴D教學(xué)時(shí)滲入電路與工藝等知識(shí)，使學(xué)生明確其中緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，樹(shù)立電路、工藝以及設(shè)計(jì)軟件為版圖設(shè)計(jì)服務(wù)的理念。
一、企業(yè)對(duì)IC版圖設(shè)計(jì)的要求分析
集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，除了對(duì)員工的個(gè)人素質(zhì)和英語(yǔ)的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會(huì)對(duì)新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識(shí)[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R(shí)面廣，而國(guó)內(nèi)學(xué)校開(kāi)設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭(zhēng)相角逐的人才[4，5]。
二、針對(duì)企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃
1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動(dòng)布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過(guò)DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)文件和I/O的庫(kù)文件，它包括物理庫(kù)、時(shí)序庫(kù)、時(shí)序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時(shí)，一是熟練使用自動(dòng)布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開(kāi)設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫(kù)，因此對(duì)于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。
2.模擬版圖設(shè)計(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無(wú)論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問(wèn)題。作為版圖設(shè)計(jì)者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對(duì)需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號(hào)流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問(wèn)題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說(shuō)仍然是一個(gè)問(wèn)題，但不再是壓倒一切的問(wèn)題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過(guò)等，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。
3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對(duì)工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對(duì)反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。
三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)
1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時(shí)，一是掌握自動(dòng)布局布線工具的使用，還需要對(duì)UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計(jì)，目前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時(shí)，可以做個(gè)形象的PPT，空間立體感要強(qiáng)，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機(jī)操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計(jì)規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時(shí)教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時(shí)停下來(lái)檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯(cuò)加以糾正。這樣，教師一個(gè)單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個(gè)單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴(kuò)展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴(kuò)展到整個(gè)單元庫(kù)。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時(shí)一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動(dòng)布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實(shí)現(xiàn)，繪制版圖時(shí)注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。
2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)更注重電路的性能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計(jì)工程師交流。因此，版圖教學(xué)時(shí)教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識(shí)CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無(wú)障礙。同時(shí)也要求學(xué)生掌握工藝對(duì)模擬版圖的影響，熟練運(yùn)用模擬版圖的晶體管匹配、保護(hù)環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運(yùn)算放大器為例，深入講解差分對(duì)管、電流鏡、電容的匹配機(jī)理，版圖匹配時(shí)結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護(hù)環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時(shí)需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計(jì)算方法以及布線的規(guī)范性。
3.逆向版圖設(shè)計(jì)。逆向集成電路版圖設(shè)計(jì)需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時(shí)，做到準(zhǔn)確無(wú)誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達(dá)到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個(gè)既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時(shí)，說(shuō)明數(shù)字電路需要?dú)w并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因?yàn)槟嫦蛟O(shè)計(jì)軟件提出的元器件符號(hào)應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。
集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的要求來(lái)安排教學(xué)，做到教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開(kāi)始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識(shí)，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識(shí)。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計(jì)版圖這三個(gè)方面就如何開(kāi)展教學(xué)可以滿足企業(yè)對(duì)版圖工程師的要求展開(kāi)探討，安排教學(xué)有針對(duì)性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進(jìn)入IC行業(yè)做出努力。
作者簡(jiǎn)介：李亮（1979-），男，內(nèi)蒙察右前旗人，講師，就職于蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，研究方向：集成電路設(shè)計(jì)與教學(xué)研究。
在凹版印前制作中，需要對(duì)客戶設(shè)計(jì)好的圖文進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦薷?，使其盡可能滿足凹印的要求。其中，線條、文字和色彩等都是重要的考查對(duì)象，只有設(shè)計(jì)和控制合理，才能達(dá)到理想的印刷效果。下面，筆者將談一談我公司凹版圖文設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，供同行參考。
文字和線條設(shè)計(jì)
文字和線條的設(shè)計(jì)一般應(yīng)注意以下3個(gè)方面。
（1）由于較細(xì)小的文字和線條在印刷時(shí)不宜采用多色套印，所以，不能在套色圖案上設(shè)計(jì)更加細(xì)小的反白字，且不宜在套色圖案上留白后，再套印其他細(xì)小的文字，否則會(huì)增加套印難度。
（2）文字字號(hào)不應(yīng)小于5號(hào)字，字高不得小于2mm；線條線寬不得小于0.1mm，但如果采用金屬油墨印刷，考慮到金屬油墨顆粒太大，在印刷時(shí)較難呈現(xiàn)理想的效果，所以其線條線寬就要大于0.1mm；細(xì)小的線條、文字等在設(shè)計(jì)時(shí)需要加上寬度為0.02mm的實(shí)邊，加上實(shí)邊后這些文字和線條本身的寬度應(yīng)保持不變。
（3）文字與底圖之間的壓邊在印刷時(shí)往往容易出現(xiàn)變色問(wèn)題，如果客戶不能接受這種問(wèn)題，在圖文設(shè)計(jì)時(shí)就要在文字邊緣加白邊，且白邊寬度不得小于0.3mm。
色彩控制
（1）對(duì)人像等套印精度要求較嚴(yán)的圖像，在圖文設(shè)計(jì)時(shí)黃品青各色之間盡量不要加入其他色彩。
（2）印品上條形碼的色彩多以黑色、深藍(lán)色為主，不宜采用金屬油墨或淺色油墨印刷。另外，條形碼的大小應(yīng)符合國(guó)家要求，為保證條形碼印刷的完整性及清晰度，條形碼的線條方向應(yīng)盡量與版輥圓周方向一致。
（3）在油墨色彩能夠達(dá)到客戶要求的前提下，設(shè)計(jì)圖文時(shí)盡量不使用疊色，例如，如果直接采用黑色掛網(wǎng)能夠滿足色彩要求的話，就不要選擇由黃品青疊加而得到的黑色；過(guò)渡網(wǎng)能通過(guò)改變加網(wǎng)線數(shù)來(lái)達(dá)到色彩漸變效果的話，就不需要采用多色疊加去完成。
其他方面
加網(wǎng)時(shí)必須充分考慮80%和5%這兩個(gè)色彩跳躍區(qū)，漸變掛網(wǎng)時(shí)最小網(wǎng)點(diǎn)極限應(yīng)在10%以上，可印刷的最小網(wǎng)點(diǎn)面積率為15%～25%，盡量不要做大面積掛淺網(wǎng)，以免大批量印刷時(shí)造成網(wǎng)點(diǎn)丟失。另外，透明油墨和金屬油墨必須要采用專色版，大面積實(shí)地底色最好要與網(wǎng)目調(diào)圖案分開(kāi)制版，且盡量采用專色版。
