2013 年 3 月 14 日

2013年 3月 14日

模拟 IC 电路仿真软件 -- Spectre

内容提要

模拟前端 EDA 工具简介 Cadence 中 Spectre 的模拟仿

真演示

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一、模拟前端一、模拟前端 EDAEDA 工具简介工具简介

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电子系统的层次

上游

下游

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模拟集成电路的设计流程

1. 交互式电路图输入

2. 电路仿真

3. 版图设计

4. 版图的验证（ DRC LVS ）

5. 寄生参数提取

6. 后仿真

7. 流片

全定制

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三大 EDA （ Electronic Design Automation ）软件公司

1 、 Cadence

2 、 Synopsys （收购 Avanti, Magma ） 3 、 Mentor Graphics

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各种仿真器简介

SPICE : 由 UC Berkeley 开发。用于非线性 DC 分析，非线性瞬态分析和线性的 AC 分析。

Hspice: 作为业界标准的电路仿真工具，它自带了许多器件模型，包括小尺寸的 MOSFET 。 Cadence 提供了hspice 的基本元件库并提供了与 Hspice 的全面的接口。

Spectre: 由 Cadence 开发的电路仿真器，在 SPICE 的

基础上进行了改进，使得计算的速度更快，收敛性能更好。

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Cadence 软件简介Cadence 提供了一个大型的 EDA 软件包，它包括：模拟 IC 设计全定制 IC 设计工具 Virtuoso Schematic Composer

电路仿真工具 Analog Design Environment 数字 IC 设计 Verilog-XL

Encounter

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二、二、 CadenceCadence 中中 SpectreSpectre 的模拟仿的模拟仿真真

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Cadence 中 Spectre 的仿真

1 、准备阶段2 、进入 Cadence 软件包 3 、创建 FSK 模拟调制器电路图4 、创建 FSK 仿真电路图5 、模拟仿真的设置6 、模拟仿真结果的显示以及处理

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准备阶段步骤一下载安装 putty 软件（

http://www.isee.zju.edu.cn/ic/datas/news/0308/new_120213/putty-0.60-installer.exe ），在 Host name 处填工作站地址，端口默认，协议（ protocol ）选SSH ，如图所示，在putty 进行设置；然后登录工作站。

2

学号为

单数： 10.13.83.131

双数： 10.13.83.138

1

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注意： ppt 中部分操作步骤是通过动画展示的，请用放映模式观看。

用户名（学号）

在此输入个人密码确认密码

eda@zueda

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牢记！！！

步骤二 1 、、下载 winvnc 软件

（http://www.isee.zju.edu.cn/ic/datas/news/0308/new_120213/vncviewer.exe）

2 、运行 winvnc ，填入主机名称：端口号码

个人 VNC 密码

准备阶段

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:5

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工艺库下载与上传从代工厂（如 UMC ， SMIC 等）网站下载需要的

工艺库，然后上传至本地服务器。本课程用到的工艺库为 SMIC （中芯国际）的

40nm PDK (process design kit, 用于模拟电路 )和数字标准单元（用于数字电路）。

存放路径： 40nm PDK ：

/home/smic/SMIC40nmPDK/SPDK40LL_1125_CDS_Prev1.3.3/SPDK40LL_1125_1TM_CDS_Prev1.3.3/smic40ll_1125_1tm_cds_1P7M_2011_10_25_Prev1.3.3/

40nm 数字标准单元 : /home/smic/smic_40/SCC40NLL_HS_RVT_V0p1a/

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1 、准备阶段2 、 Cadence 软件启动3 、创建 FSK 模拟调制器电路图4 、创建 FSK 仿真电路图5 、模拟仿真的设置6 、模拟仿真结果的显示以及处理

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Cadence 软件启动 1. 寻找 cadence 环境变量：

source /opt/demo/cdsmmsim7_cal11.env

2. 启动软件：icfb &

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主窗口（ command interpreter window ：CIW) 分为菜单栏、信息栏以及命令栏。信息窗口会给出一些系统信息（如出错信息，程序运行情况等）。在命令行中可以输入某些命令。

Cadence 软件启动

菜单栏

信息栏

命令栏

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Cadence 软件启动菜单栏包括：1 、 File 菜单 2 、 Tools 菜单 3 、 Options 菜单

在 File 菜单下，主要的菜单项有 New 、 Open 、 Exit 等 New 菜单项的子菜单下有 Library 、 Cell view 两项。

Library 项打开 New Library 窗口Cell view 项打开 Create New File 窗口。

Open 菜单项打开相应的 Open File 窗口。 Exit 项退出 Cadence 软件包。23/4/21 浙大微电子 19/71

Library,Cell 以及 View

1 、 library( 库 ) 的地位相当于文件夹，它用来存放一整个设计的所有数据，包括子单元（ cell ）以及子单元（ cell ）中的多种视图（ view ）。新建时注意选择是否链接techfile 。

2 、 Cell （单元）可以是一个简单的单元，像一个与非门，也可以是比较复杂的单元（由 symbol 搭建而成）。

3 、 View 则包含多种类型，常用的有 schemetic ， symbol ，layout ， verilog ， extracted 等等 , 新建 Cellview 要注意选择 View 的类型。


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Schematic 、 symbol 、 layout在 Library Manager 中分别建立 cellview 的 schematic (view) 、 symbol(view) 、 layout(view) ，如下图所示。三者的 Pin 的名称和属性必须一致，这样才能建立起一一对应的关系。

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Cadence 软件启动在 Tools 菜单下比

较常用的菜单项有

Library Manager

Library Path Editor

Technology File Manager

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Cadence 软件启动Library Manager 项打开的是库管理器。在窗口的各部分中，分别显示的是 Library 、 Category 、Cell 、 View 相应的内容。

Library Path Editor 可以对本用户的文件路径进行修改

Technology File Manager 基本上都是和工艺相关的功能和设置。比较常用的是 Edit Layers 可以使用在版图编辑中，用来修改原始图层的一些属性。

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Options 菜单主要是对 Cadence 的一些参数进行调整和设置，如快捷键等。一般无需设置，直接使用默认值。

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1 、准备阶段2 、进入 Cadence 软件包 3 、创建 FSK 模拟调制器电路图4 、创建 FSK 仿真电路图5 、模拟仿真的设置6 、模拟仿真结果的显示以及处理

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创建 FSK 模拟调制器电路图1. 添加 40nm 工艺库

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创建 FSK 模拟调制器电路图

1

2

3

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当前所在路径

找到 PDK 所在路径： /home/smic/SMIC40nmPDK/SPDK40LL_1125_CDS_Prev1.3.3/SPDK40LL_1125_1TM_CDS_Prev1.3.3/smic40ll_1125_1tm_cds_1P7M_2011_10_25_Prev1.3.3/

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如操作失误会导致 cds.lib 文件生成错误，直接表现就是 library manager 内的库（ us_8ths,andllib,analoglib 等）会缺失。

可以手动删除错误的 cds.lib 文件，重新按照正确步骤生成。

创建 FSK 模拟调制器电路图2. 建立设计库

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3. 建立电路图 .


21

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1.Check and Save

2.Save

3.Zoom in by 2 ]

4.Zoom out by 2 [

5.Stretch s

6.Copy c

7.Delete Del

8.Undo u

9.Property q

10.Instance i

11.Wire （ Narrow ） w

12.Wire （ Wide ） W

13.Wire Name l

14.Pin p

15.Cmd Options

16.Repeat

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m ：移动shift+m ：移动器件但不移动连线Delete ：删除i ：添加元器件p ：添加端口r ：旋转器件并拖动连线q ：属性编辑L ：添加线名shift+L ：标注N ：添加几何图形W ：连线（总线）

x ：检查并存盘s ：存盘[ ：缩小] ：放大f ：整图居中显示u ：撤销上一次操作Esc ：清楚刚键入的命令c ：复制shift+N ：添加标号g ：查看错误w ：连线（单线）

一些快捷键

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12 3

4. 添加 MOS 管，电阻等基本单元

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1

2

3

4. 添加 MOS 管，电阻等基本单元

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5. 基本单元参数修改


鼠标左键选中元器件，快捷键 q （小写）。

MOS 管设定宽，长参数

电阻设定阻值和宽度

电容设定容值和金属层数

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创建 FSK 模拟调制器电路图6. 基本单元摆放

选中一个单元

复制复制快捷键 c ： ( 小写 ) ，

删除快捷键： delete

FSK 模拟调制器的电路所用元器件为：

PMOS:pod33ll_ckt

NMOS:nod33ll_ckt

RES: rppo_3t_ckt

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创建 FSK 模拟调制器电路图7. 基本单元连接

连线快捷键为： w （小写）。

连错的线可以用鼠标左键选中，然后 delete 键删除

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创建 FSK 模拟调制器电路图8. 添加 PIN

FSK 电路包

括四个 PIN:

AVDD

AGND

INPUT

OUTPUT

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创建 FSK 模拟调制器电路图9. FSK完整电路图

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创建 FSK 模拟调制器电路图10. 创建 FSK 电路 symbol

1

2

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创建 FSK 模拟调制器电路图10. 创建 FSK 电路 symbol

为电路创建SYMBOL之后，该电路即可作为模块，方便被其它电路调用

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1 、准备阶段2 、 Cadence 软件启动 3 、创建 FSK 模拟调制器电路图4 、创建 FSK 仿真电路图5 、模拟仿真的设置6 、模拟仿真结果的显示以及处理

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创建 FSK 仿真电路图1. 创建仿真电路 cell view — simulation

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2. 调用 fsk 电路 symbol

创建 FSK 仿真电路图

12 3

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创建 FSK 仿真电路图3. 添加仿真时的电压源，地以及输入信号

1

2

3

4

5

Vpulse

Period:3.564us

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4. 连接形成可以做仿真的电路图

创建 FSK 仿真电路图

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1 、准备阶段2 、进入 Cadence 软件包 3 、创建 FSK 模拟调制器电路图4 、创建 FSK 仿真电路图5 、模拟仿真器的设置6 、模拟仿真结果的显示以及处理

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模拟仿真器的设置 ( 重点 )

Composer-schamatic 界面中的 Tools → Analog Environment项可以打开Analog Design Environment 窗口，如右图所示。

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Analog Design Simulation 菜单介绍

Session 菜单

Schematic Window Save State Load State Options Reset Quit

打开仿真电路图

保存当前所设定的模拟所用到的各种

参数

加载已经保存的状态

一些显示选项的设置

重置analog artist

退出

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Setup 菜单

Design Simulator/directory/host Temperature Model Library Environment

选择所要模拟的线

路图

选择模拟使用的模型一般有

cdsSpice hspiceS

spectre 等

设置模拟时的温度

设置库文件的路径和仿

真方式

设置仿真的环境（后仿真时需设

置）


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Model library

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Analysis 菜单选择模拟类型Spectre 的分析有很多种，如右图，最基本的有tran （瞬态分析）dc （直流分析）ac （交流分析）

tran （瞬态分析）可选择三种仿真精度：宽松的（ liberal ）适中的（ moderate ）保守的（ conservative ）

停止时间


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添加观察信号仿真

1

2

选中 INPUT 和 OUTPUT两根线后，按 Esc 键退出选择

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1 、准备阶段2 、 Cadence 软件启动3 、创建 FSK 模拟调制器电路图4 、创建 FSK 仿真电路图5 、模拟仿真器的设置6 、模拟仿真结果的显示以及处理

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模拟结果的显示 1/2

在仿真有了结果之后，如果设定的output 有 plot 属性的话，系统会自动调出 waveform窗口，并显示outputs 的波形，如左图

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模拟结果的显示 2/2

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1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7

频谱分析 1/4

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频谱分析 2/4

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频谱分析 3/4

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频谱分析 4/4

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频谱分析 5/5

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在模拟电路的仿真过程中，要在不同的 PVT (Process ，Voltage ， Temperature) 状况下全面地仿真。

工艺对应的是不同的工艺角类型；电压指的是电源电压，要求仿真标称值的 100%

±10% 电源电压下的电路的仿真结果；温度要求对于芯片的应用范围有所不同，一般

民用级是 0 ~70℃ ℃ ，工业级是 -40 ~85℃ ℃ ，

军用级是 -55 ~125℃ ℃ 。

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工艺角： ff ， tt ， ss ， fs ， sf

不同工艺角仿真

修改为： dio_ff3

1

2

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不同工作电压仿真调出电压源 Vdc 的属性（左键选中摁

q ）

修改 DC voltage 值为原先值的 110% 。

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不同温度仿真

1

2

民用级 :0 ~70℃ ℃

工业级 :-40 ~85℃ ℃

军用级 :-

55 ~125℃ ℃

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三、演示三、演示

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THANK YOU!

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FSK 电路参数

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PM1~PM3:W=9u L=6u NM1~NM3:W=4.5u L=6u NM6:W=1.2u L=550n

NM7:W=1.364u L=6u NM8:W=4.368u(finger=4) L=6u R1=17k R2=5k

R3=? R4=? PM4~PM5:W=1.5u L=0.6u NM4~NM5:W=0.65u L=0.6u

R3 与 R4 阻值请自己确定

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