（通信与信息系统专业论文）基于cadence平台的asic设计与研究.pdf

v5 6 7 5 2 9 摘要 本文介绍了 在 大型e d a设 计软 件c a d e n c e 平台 上设 计一 种功能较完备较复 杂的 真空 荧 光屏显 示屏( v f d ) 驱动芯片。 根据“ 自 顶向 下” 的 设 计 方法， 从整个 芯片的功能 要求出 发， 将芯片进行了模块划分， 结合“ 自 底向 上” 的原理图 输入设 计方法对各模块进行具体的电 路 设计或描述，并对各模块进行功能验证，从而达到设计的目 的。 本论文对v f d 驱动芯片的关键模块电 路: 输入接口电路、 时序控制电路、 命令译 码电路、 逻辑 控制电 路、 r a m电 路、 r o m电 路的 设 计作 详细的分析， 采 用了 v e r i lo g 硬 件描述 语言， 对电路中的逻辑功能与时序关系 进行了 仿真验证， 从而完成芯片的前端设计。 芯片版图的设 计采用了 。 .6 u m 硅栅c m o s 工艺， 设计规则采用首钢n e c 的 c z 5 l 工艺规则， 高压输出 驱动电 路部 分和输出 掩膜电阻部分采用了 耐高压d m o s 工艺。 最后，该芯片流片成功，并通过了浙江省电子产品检验所的检验测定。 关键词:c a d e n c e v f d v e r i l o g - h d l 仿真 版图 t艺 ab s t r a c t c a d e n c e i s o n e o f t h e m o s t f a m o u s e d a t o o l s i n i c d e s i g n f i e l d . t h i s p a p e r p r e s e n t s t h e d e s i g n o f o n e k i n d o f r e la t iv e l y c o m p l e t e r e l a t i v e l y c o m p l i c a t e d v a c u u m fl u o r e s c e n t d i s p l a y ( v f d ) c o n t r o l l e r - d r i v e r b a s e d o n c a d e n c e p l a t f o r m . a c c o r d i n g t o t h e t o p - d o w n d e s i g n t e c h n iq u e s , b e g i n n in g f r o m t h e f u n c t i o n o f t h e w h o l e c o n t r o l l e r - d r i v e r , t h e c h i p i s d i v i d e d in t o s e v e r a l m o d u l e s . w i t h t h e b o tt o m - u p g r a p h i c a l s c h e m a t i c t e c h n i q u e s , e a c h m o d u l e i s r e a l i z e d b y c i r c u i t s c h e m a t i c o r l a n g u a g e d e s c r i p t io n . a ft e r t h e f u n c t i o n o f e a c h m o d u le i s v e r i f i e d , t h e f r o n t - e n d d e s i g n i s n o w c o m p l e t e . t h e k e y m o d u le s i n c l u d i n g i n p u t i n t e r f a c e c i r c u it , t i m i n g c o n t r o l c i r c u i t , c o m m o n d d e c o d i n g c i r i u it , l o g i c c o n t r o l c i r c u i t , r a m c i r c u i t , r o m c i r c u i t a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l . a n d t h e v e r i l o g h a r d w a r e d e s c r ip t io n la n g u a g e is u s e d t o v e r if y t h e f u n c t io n o f th i s v f d c o n t r o lle r - d r iv e r . t h e s g n e c c z 5 l d e s i g n fl o w i s a d o p t e d . c z 5 l i s s g n e c s o p t i m iz e d t r i p le - m e t a l , d o u b l e - p o l y 0 . 6 u m c m o s p r o c e s s . a n d t h e h i g h - v o l t a g e d m o s p r o c e s s i s a p p l i e d b y t h e c i r c u i t o f h i g h - v o l t a g e o u t p u t a n d m a s k r e s i s t a n c e . a t l a s t , t h i s v f d c o n t r o l l e r - d r iv e r i s t a p e o u tt e d s u c c e s s f u l l y , a n d p a s s e s t h e t e s t o f e l e c t r o n ic e x a m i n a t i o n a n d t e s t o f p r o d u c t s o f z h e j i a n g p r o v i n c e . k e y wo r d s : c a d e n c e v f d v e r i l o g - h d l s i m u l a t i o n l a y o u t p r o c e s s 浙江t业大学硕 卜 研究生论文 第一章绪论 1 . 1集成电路 ( i c )设计的发展与变革 从1 9 5 9 年至今4 0 多年来，集成电路技术发生了 惊人的变化。它经历了小规模 ( s s i ) , 中 规模 ( m s i ) 、 大规 模 ( l s o ,超大规 模 ( v l s i ) 、特大规模 u l s i ) 阶段，目 前已 进入 系 统集成芯片 ( s o c ) 作为集成电 路产业的 基础， 这些年来半导体1 一 艺技术一直在得到迅速提高。 集成规模按 照 摩尔定律每1 8 个月 集成度增长一倍， 最小特征尺寸缩小3 0 %， 而芯片尺寸每年提高1 2 % . 表l 1 反映了近年来的这种发展趋势。其中， 0 . 1 8 u m的设计技术己 在 1 9 9 9 年提前实现。 年份 1 9 9 71 9 9 92 0 012 0 0 32 0 0 62 0 0 92 01 2 最小线宽 ( u m) 0 . 2 50 . 1 80 . 1 50 . 1 30 . 1 00 . 0 70 . 01 d r a m容量2 5 6 m1 g1 - 4 g 4 g1 6 g6 4 g2 5 6 g 每片晶体管数 ( m) 1 1214 07 62 0 05 2 01 4 0 0 芯片尺寸 平方毫米) 3 0 04 4 03 8 54 3 05 2 06 2 07 5 0 频率 ( m h z ) 7 5 01 2 0 01 4 0 01 6 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 0 金属化层层数 66 - 7777 - 88 - 99 最低供电电压 ( v ) 1 . 8 - 2 . 51 . 5 - l81 . 2 - 1 . 51 . 2 - 1 . 50 . 9 - 1 . 20 . 6 - 0 . 9 0 . 5 - 0 . 6 最大晶圆直径 ( m m ) 2 0 03 0 03 0 03 0 03 0 04 5 04 5 0 表 1 . 1 半导体工艺技术的 进步及相关特征参数的变化 随着i c集成度的 不断增加，复杂性日 益提高，其设计方法与设计手段也发生了巨大的 变革， 经历了从原始的全手工设计到目 前最先进的计算机全自 动实现的整个发展过程。 根据 各个历史进程中科技进步的特点及各主要设计手段、设计工具的不同，可以 把它归为五类， 这就是原始的手工设计、计算机辅助设计 ( c a d ) 、电子设计自 动化 ( e d a ) 、电 子系统设 计自 动化 ( e s d a ) 和用户现场可编程器件。 1 . 2 a s i c设计的方法和流程 a s i c ( a p p li c a t io n s p e c if ic i n t e g r a t e d c ir c u its ) 直 译为“ 专 用集 成电 路” 。 它是 面向 专 门 用 途的电 路， 以 此区别于 标准 逻辑( s t a n d a r d l o g i c ) , 通用 存储器 及通用微处理器 等电 路。 a s i c并不是一个学术名词，它的含义很不确切。按字面来解释，凡是用于某一类专用 系统的电路都可以称为 a s i c 。目 前在集成电路界， a s i c被认为是用户专用集成电路 ( c u s t o m e r s p e c i fi c i c ) ，即它是 专门 为一个用户而设计和制造的。 换言之， 它是根据某一 用 户的 特定要求。能以 低研制成本、 短交货周期的半定制、定 制电 路以 及p l d和f p g a电 路。 浙江丁业大学硕十研究生论文 1 . 2 . 1芯片设计分类 芯片设计通常分为正向设计与逆向设计两大类。正向设计通常用来实现一个新的设计， 而 逆向 设计是在剖析别人设 计的 基础上 进行某种修改或改进。 在这两大类中 又可分为“ 自 项 向 下” ( to p - d o w n ) 和“ 由 底向 上” ( b o tt o m - u p ) 不同的 步 骤， 如表1 .2 所示: 、j m 自顶向下 ( t o p - d o w n ) 由底向上 ( b o tt o m - u p ) 正 向 设 计 行为设计 结构设计 逻辑设计 电路设计 版图设计 系统划分、分解 单元设计 功能块设计 子系统设计 系统总成 逆 向 设 计 版图解析 电路图提取 功能分析 结构修改 逻辑设计 电路设计 版图设计 版图解析 电路图提取 功能分析 单元设计 功能块设计 子系统设计 系统设计 表1 .2 芯片设计分类表 1 . 2 . 2 a s i c设计的方法 图 1 . 1 是包括各种设计方法的a s i c树。 全定制 标准单元 定制 通用单元 混合式 有通道 门阵列 半 定 制 一 月 一线性阵列 模块编译 ( b l o c k c o m p i l e r ) 门海 可编程逻辑器件 ( p l d ) 可编程逻辑阵列 p l a ) 可编程阵列逻辑 ( p a l ) 通用可编程逻辑器件 ( g a l ) 逻辑单元阵列 ( l o g i c c e l l a r r a y 或称f p g a ) 图 1 . 1 包括各种设计方法的a s i c树 1 . 2 利用 a s i c设计的 流程 e d a工具进行a s i c设计是目 前较成熟的设计技术，它的主要流程包括以下这些 浙江t 业大学硕i t t ) 究生论文 1 2 1 芯片设计分类 芯片设计通常分为正向设计与逆向设计两大类。正向设计通常用来实现一个新的设计， 而逆向设计是在剖析别人设计的基础上进行某种修改或改进。在这两大类中又可分为“自顶 向下”( 1 0 p - d o w n ) 和“由底向上”( b o a o m u p ) 不同的步骤，如表1 2 所示： 步骤自顶向下由底向上 施( t o p - d o w n )( b o t t o m u p ) 正 行为设计系统划分、分解 向结构设计单元设计 设逻辑设计功能块设计 计 电路设计 子系统设计 版图设计 系统总成 版图解析版图解析 逆电路图提取电路图提取 向 功能分析功能分析 设结构修改单元设计 计逻辑设计功能块设计 电路设计子系统设计 版图设计系统设计 表12 芯片设计分类表 1 2 2a s i c 设计的方法 图1 1 是包括各种设计方法的a s i c 树。 r 一全定制 l 厂一标准单元 r 斛“l 丁徘块 i l 一通用单元一 l 一混合式 l 广一有通道 l _ 一门唰一脯 卜- 一半定制一l 一门海 l 一线性阵列 卜一模块编译( b l o c k c o m p i l e r ) l 厂一可编程逻辑阵列( p l a ) 卜_ 一可编程逻辑器件( p l d ) _ 1 一可编程阵列逻辑( p a l ) l 通用可编程逻辑器件( g a l ) l 一逻辑单元阵列( 1 0 9 i c c e l la r r a y 或称f p g a ) 图1 1 包括各种设计方法的a s i c 树 1 2 3a s i c 设计的流程 利用e d a 工具进行a s i c 设计是目前较成熟的设计技术，它的主要流程包括以下这些 2 浙t 业大学l i i - t ：研究生论文 设计过程 图1 2a s i c 设计流程图 1 行为级描述 在完成系统性能分析与功能划分的基础上，对于各个电路功能模块，用h d l ( v e r i l o g h d l v h d l ) 完成行为级( b e h a v i o rl e v e l ) 描述。 2 行为级优化与r t l 级描述的转化 对于上一步中完成的描述进行行为级算法优化与功能仿真，行为级算法优化的目标是选 择最优的算法实现方法，行为级仿真的目的是为了验证给定的行为描述是否能够实现所需的 功能。在进行行为级优化的同时，通常需要完成向r t l 级描述的转化。进行这一步转化工 作的原因在于，现有e d a 工具只能接受r t l 级( r t l ：r e g i s t e rt r a n s p o r tl e v e l 寄存器传 送级) 描述的h d l 文件进行自动逻辑综合。当然对转化后生成的r t l 级描述同样需要进行 仿真验证。 3 选定工艺库，确定约束条件，完成逻辑综合与逻辑优化 逻辑综合与逻辑优化( l o g i cs y n t h e s i s 二是多 层布线工艺推动的多层布线算法和布线优化的 研究; 三 是由 于单个芯片上集成度增加对布图质量 和布图 效率要求的算法研究， 它包括布线均匀性、 压缩技术和伪引线端的分配等。 3 . 传输线的出 现给模拟技术带来了变革 在深亚微米工艺下互连线的延迟己 超过了门的延迟，在对芯片进行电性能 模拟时必 须 考虑传输线。 传输线的延迟模型、 关键路径的 延迟估算和时延分析是该 领域研究的重点。 有 人利用电磁场理论，引入散射参数来研究传输线模型和计算延迟，并提出了新的 模拟算法。 浙江工业大学硕士研究生论文 4 . 低功耗设计技术冲击各个层次的c a d 具 低功耗设计技术要求e d a提供各种功耗分析工具以 及在各个设计级别进行功率最小化 处 理 ( p o w e r m i n i m i z a t i o n ) 。 功率最小 化处理问 题包括在电路级减少逻辑门 和晶 体管级组合 电路的开关功耗的优化问题， 在逻辑级减少逻辑级组合电路和时序电路的开关功耗的优化问 题， 在行为 级的功耗分析和估算及功率最小化处理问 题， 在嵌 入式系统中从软件的观点减少 微处理器的 功耗优化问 题以 及在布图 和综合算法中考虑功率最小 化处理问 题。 5 . 新设计方法推动了d a的发展 多芯片模块是介于单芯片封装和p c b之间的一种封装技术。其中一种最简单的多芯片 模块 技术是将芯片直 接安装在硅圆 片上， 然后就在硅圆片上制作金属连线以 完成芯片之间的 互连。 它可以克 服由 于电路复杂性和规模过大而单个芯片容纳不下的困 难， 但它又比 把单个 芯片封装在p c b上的电性能更好。并且mc m易于集成数字和模拟混合的系统，尤其适用 于通信系统。 m c m 中的传输线问 题和布图问 题十分类似于b b l布图问题。其主要区别是它更注重 于性能驱动的约束要求，包括使芯片延迟最小、特殊线网的布线 ( 如时钟线、电 源/ 地线和 母线)以及噪声串扰等问题. 6 . 模拟电 路的c a d工具受到了重视 模拟电 路的c a d比数字c a d更难。近年来模拟电 路的硬件描述、综合优化、自 动布 线等方面都有一定的成果。 7 . f a b l e s s 与e d a工具 目 前从事i c设计的公司常采用 f a b l e s s ”模式。f a b l e s s 通常指能自己 完成芯片设计， 交由 专 业芯 片工 厂 ( f o u n d ry ) 制造， 制 造好的 芯片 用自 己 公司的 品 牌， 并面向 客户自 行销 售。 一 个 “ f a b le s s 类公司的竞争力很大程度上在于其拥有i p 的多少。 f a b l e s s ” 模式具有 投资小、产值大、核心设计团队只有几个人的特点。 此外， 新的研究课题还在不断涌 现。 c a d软件工程、 设计流程的管理和优化、 c a d的 支 撑 环境、 软硬件的 协同 设 计 s o ft w a r e - h a r d w a r e c o - d e s ig n ) 等都是 人们关心的问 题。 1 . 4本文的主要工作 本文工 作的重点是基于c a d e n c e 设计平台， 针对真空荧光显示屏的结构及工作原理， 设 计真空荧光显示屏显示所需要的专用驱动芯片。 第二章主要介绍了芯片设 计所用到的c a d e n c e 工作平台， 以 及其在a s i c设计中常用的 工具。 第三 章主要介绍了 真空 荧光显示 屏( v a c u u m f lu o r e s c e n t d is p la y ) 的 结 构及工作原理。 第四章详细介绍了v f d驱动芯片的电路实现与功能仿真。 第五章详细介绍了v f d驱动芯片的版图设计与分析。 浙江工业大学硕士研究生论文 第二章 c a d e n c e 工作平台使用介绍 c a d e n c e 公司是 全球最大的电子设计自 动化公司， 它的e d a软 件在全球计算机、 通信、 航空航天及民 用消费类电子产品的设计、 研发部门中获得越来越多的青睐。 c a d e n c e 是一个大型的e d a软件，它儿乎可以完成电子设计的方方面面，包括a s i c 设 计、 f p g a设计和p c b 板设 计。 与众 所周知 的e d a 软件s y n o p s y s 相比， c a d e n c e 的 综合 工 具略为逊色。然而， c a d e n c e 在仿真、 电 路图设计、自 动布局布线、 版图设计及验证等方 面 却 有 着 绝 对的 优 势 。 c a d e n c e 与s y n o p s y s 的 结 合 可以 说 是e d a 设 计 领 域的 黄 金 搭 档。 此 外， c a d e n c e 公司 还开发了自 己的编程语言s k i l l ， 并为 其编写了编译器。由于s k i l l 语言提 供编程接口 甚至与c 语言的 接口， 所以 可以以c a d e n c e 为平台 进行扩展， 用户还可以开发 自 己的 基于c a d e n c e 的工具。 实际上， 整个c a d e n c e 软件可以 理解为一个搭建在s k i l l 语言 平台上的可执行文件集。 c a d e n c e 包含的工具较多， 几乎包括了e d a设 计的 方方面面。 这儿介绍一些a s i c设 计 中 常 用的i具， 例如 仿 真工 具v e r ilo g - x l ， 布局布线工 具p r e v ie w r s ilic o n e n s e m b le ，电 路图 设 计工 具c o m p o s e r ， 电 路模 拟一 r 具a n a lo g a rt is t ， 版图设 计工 具v ir tu o s o l a y o u t e d it o r , 版图验证工具d r a c u l a 和d iv a ，最后介绍一下s k i l l 语言的编程。 2 . 1 c a d e n c e 软件的环境设置和启动 目 前 c a d e n c e软件支持的系统平台 只有u n 工 x 系统， 我们这儿用的是 s u n公司的 s o l a r i s操作系统。 要使用 c a d e n c e，必须在自己的计算机上作一些相应的设置，这些设 置 包括很多方面， 而且不同的工具可能都需要进行各自 的 设置。 c a d e n c e提供了 一个很强大 的帮助文件 o p e n b o o k， 用户遇到任何问 题都可以 在 u n i x提示符卜 打“ o p e n b o o k m u l t i l e v e l p a r as i t i c 一 这个函数通过测量组合层次图 形的 面积或边 长来 生成 寄生电 容; m e as u r e f r in g e - - 这个函数 一 般是 在层的 边缘按照相 应的d r c 语句来 进 行测量， 他不能测量有覆盖关系的层次， 一般用它来描述边缘寄生电容或是侧墙寄生电 容 ; c a l c u l a t p a r a s i t ic 一 这个函数可以在前面 m e a s u r e p a r a s i t i c语句所导出的值或是a l c u l a t p a r a s i t i c 语句所计算出的值的 基础上进行进一步的 计算 ，它允许我们对更多的简单测量语句 进行组 合以形成复杂的寄生参数测量:s a v e p a r a s i t i c - 一 将测量值作为寄生器件保存到e x t r a c t e d v ie w 浙江工业大学硕士研究生论文 中， 在v ie w中 相 应位置 会 产生相 应器 件， 而这些测量 值将作为 属 性保存; a tt a c h p a r a s it i c - - 这个命令将m e a s u r e p a r a s i t i c 命令中 测量出的寄生参数值作为属性赋给器件。 2 . 2 . 8 s k i l l 语言程序设计 s k i l l 语言是c a d e n c e公司自 己开发的一种类似于l e a p语言的 编程语言。 c a d e n c e 公司 不 仅开发了全套的s k i l l 语言语法， 还开发了一个完整的s k i l l 语言的编译器。 整个c a d e n c e软 件都是基于s k i l l 语言的， 所有的c a d e n c e的工具都是用s k i l l 语言编写的， 甚至各种设置辅 助文件都是遵从s k i l l 语言的语法。 此外， c a d e n c 。公司为其每个产品都提供s k i l l 语言访问 函 数， 这使得用户可以 通过s k i l l 语言访问 c a d e n c e的产品。由 于 s k i l l 由 于 提供编程接口 及 与 c语言的接口， 这使得c a d e n c e 可以 在原有的基础上进行各种扩展， 甚至 允许用户开发白 己的基于c a d e n c e平台的工具。 实际上， c a d e n c e提供了一套完整的 编程工具， 在c i w 的 t o o l s 菜单下的 s k i l l d e v e l o p m e n t 可启动该 编程环境。 2 . 3库的设计 a s i c 电路的设计开发过程中需要大量调用库电 路单元， 所以 在设计平台上需要先建立 一个新的设计库， 然后对所有库单元进行逻辑功能验证， 确保正 确， 在接下来的设计中， 就 可以直接从库中调用这些单元， 在高一层次上对电 路进行功能 验证， 以 此类推， 直至对整个 电路的逻辑模拟。 下面结合 c a d e n c e工作平台，先为 整个设计建立一个新的参考设计库，设计好一些常 用的电路单元，并进行功能验证，保证逻辑正确。 2 . 3 . 1单元电路设计 l i b r a ry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， 像一 些子 单元 ( c e l l ) 以 及子单元 ( c e l l ) 中的多 种视图( v ie w ) . c e l l ( 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 s y m b o l 搭建而 成) 。 vi e w 则 包含多 种 类型， 常 用 的 有s c h a m a t ic , s y m b o l , l a y o u t , f u n c t io n a l , e x t r a c t e d , iv p c e ll 等等。 v i e w i v i e w 2 library七 c e l l 1 v i e w n c e l l 2 c e l l n 图 2 .2 库单元结构图 浙江工业大学硕士研究生论文 中，在v i e w 中相应位置会产生相应器件，而这些测量值将作为属性保存；a t t a c h p a m s i t i c 一 这个命令将m e a s u r e p a r a s i t i c 命令中测量出的寄生参数值作为属性赋给器件。 2 2 8s k i l l 语言程序设计 s k i l l 语言是c a d e n c e 公司自己开发的一种类似于l e a p 语言的编程语言。c a d e n c e 公司不 仅开发了全套的s k i l l 语言语法，还开发了一个完整的s k i l l 语言的编译器。整个c a d e n c e 软 件都是基于s k i l l 语言的，所有的c a d e n c e 的工具都是用s k i l l 语言编写的，甚至各种设置辅 助文件都是遵从s k i l l 语言的语法。此外，c a d e n c e 公司为其每个产品都提供s k i l l 语言访问 函数，这使得用户可以通过s k i l l 语言访i h 3 c a d e n c e 的产品。由于s k i l l 由于提供编程接口及 与c 语言的接口这使得c a d e n e en - i 以在原有的基础上进行各种扩展，甚至允许用户开发自 己的基于c a d e n c e 平台的工具。 实际上，c a d e n c e 提供了一套完整的编程工具，在c i w 的t o o l s 菜单一f 的s k i l l d e v e l o p m e n t 可启动该编程环境。 2 3 库的设计 a s i c 电路的设计开发过程中需要大量调用库电路单元，所以在设计平台上需要先建立 一个新的设计库，然后对所有库单元进行逻辑功能验证，确保正确，在接下来的设计中，就 可以直接从库中调用这些单元，在高一层次上对电路进行功能验证，以此类推，直至对整个 电路的逻辑模拟。 下面结合c a d e n c e 工作平台，先为整个设计建立一个新的参考设计库，设计好一些常 用的电路单元，并进行功能验证，保证逻辑正确。 2 3 1 单元电路设计 l i b r a r y ( 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，像一些子单元 ( c e l l ) 以及子单元( c e l l ) 中的多种视图( v i e w ) 。c e l l ( 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( i 由s y m b o l 搭建而成) 。v i e w 则包含多种类型，常用 脯s c h a m a t i c ，s y m b o l ，l a y o u t ，f u n c t i o n a l ，e x t r a c t e d i v p c e l l 等等。 l i b r a r y c e l l c e l l 2 c e l l n 图2 2 库单元结构图 v i e w i v i e w 2 v i e w n 0 浙江丁业火学硕上研究生论文 库的建立有两种方法，第一种是通过f i l e 菜单，土要的子菜单项有l i b r a r y 、c e l l v i e w 两 项i 另一种是通过t o o l s 菜单主要的子菜单项有l i b r a r ym a n a g e r 、l i b r a r yp a t he d i t o r 等。 以第一种方法为例： i 建立库( 1 i b r a r y ) ：窗口分l i b r a r y 和t e c h n o l o g y f i l e 两部分。l i b r a r y 部分有n a m e , u d i r e c t o r y 两项，分别输入要建立的l i b r a r y 的名称和路径。如果只建立进行s p i c e 模 拟的线路图，t e c h n o l o g y 部分选择d o n tn e e dat e c h f i l e 选项。如果在库中要创立掩模 版或其它的物理数据( 即要建立除t s c h e m a t i c ，f 的一些v i e w ) ，则须选择c o m p i l ean e w t e c h f i l e ( 建立新的t e c h f i l e ) 或a t t a c ht oa ne x i s t i n gt e c h f i l e ( 使用原有的t e c h f i l e ) 。新建的 库是一个空的库，里面什么也没有，用户可在库中生成自己所需的单元。 2 建立单元文件( c e l l ) ：在l i b r a r yn a m e 中选择存放新文件的库，在c e l ln a m e 中输 入名称，然后在t o o l 选项中选择c o m p o s e r - s c h e m a t i c 工具( 进行s p i c e 模拟) 在v i e w n a m e 中就会自动填上相应的v i e wn a m e - - s c h e m a t i c 。当然在t o o l 工具中还有很多别 的j 二具，常用的象c o m p o s e r - - s y m b o l 、v i r t u o s o - - l a y o u t 等，分别建立的是s y m b o l 、 l a y o u t 的视图( v i e w ) 。在l i b r a r yp a t h f i l e 中，是系统自建的l i b r a r yp a t hn l e 文件的 路径及名称( 保存相关库的名称及路径) 。 然后就需要建一些最常用的单元，比如，p m o s 管、n m o s 管、反相器、传输门、 触发器、锁存器等等。 例如可以生成一个反相器单元，并为其生成一个电路及版图视图，其流程如下： 1 选择f i l e 菜单中的n e w 项，并选择c e l l v i e w 项，在弹出的对话框中输入单元名i n v 并 选择视图类型s c h e m a t i c ，再点击o k 按钮。 2 用a d d 菜单中的c o m p o n e n t 命令调用a n a i o g “b 中的单元。输, , - p m o s 和n m o s 管以及 电源和地。如图2 3 所示。 3 点击c h e c ka n ds a v e 命令保存。 用同样的流程可生成i n v 的版图视图。利用t o o l s 中的l i b r a r ym a n a g e r 可以对库进行管理。 图2 3 反相器单元电路图 浙江工业大学颀士研究生论文 2 3 2 单元符号块的建立 在电路越来越复杂的情况下，如果弭花时间去建立一个复杂的s c h e m a t i c ，明显会使j f ： 作更繁复。因此我们在建立了一个子电路后，可以将其看作一个整体，建立一个模块，即建 立一个s y m b o l ( v i e wn a m e ) ，放在用户自己的库里作为一个器件( c o m p o n e n t ) 来用。 下面还是通过子模块反相器的建立，来说明这一内容。 在l i b r a r ym a n a g e r 中新建c e l l ，在弹出的对话框中输入单元名i n v ，并选择视图类型 c o m p o s e r - s y m b o l ，即建立的是s y m b o l ( v i e w ) ；然后用c o m p o s e r 里的一些画图_ _ j 二具画出反 相器的基本形状，并添加标签f i n s t a n c e n a m e ，如图2 4 所示，图中的p i n 的名称必须和上 图中的p i n 名称一致，这样才能建立起一一对应的关系。 图2 4 反相器单元符号 在模拟过程中，就可以通过添加元器件( c o m p o n e n t ) 来直接将反相器加到电路中来， 而不用具体画出其内部的结构这实际上就是以一个简单的s y m b o l 来代替其内部的复杂结 孛句。以此类推，可以将小模块一步步的拼凑成大的模块，直接用于模拟仿真。在c o m p o s e r 中，s y m b o l 和内部s c h e m a t i c 的切换是通过“e ”键来实现的，这样我们就可以很方便的 查看每个s y m b o l 内部的具体电路结构。有一点要注意的是：对于有源器件( 如反相器) 建 立s y m b o l ，必须在原始电路图上添加a n a l o g l i b 中的源和地，而且源的电压值也需要设定好， 否则变为s y m b o l 搭成电路后会出错。当然用于模拟时设定的激励源是不用加在电路图中的。 2 。4 基于v e r i l o g - x l 的单元逻辑功能验证 所有库单元都需经过逻辑验证才能在以后的设计中被调用，这一验证过程我们是通过仿 真t = 具v e r i l o g - x l 来完成的。图2 5 表示的是仿真过程方框图。 浙江工业大学硕士研究生论文 图2 5v e r i l o g x l 仿真流程方框图 启动v e r i l o g - x l 也有两种方法，一种是从c o m p o s e r 窗口中启动，它主要是针对电路图 仿真：另种是在u n i x 命令提示符下打命令启动，它主要是针对v e r i l o g 语言描述的文件 进行功能仿真，两种方法的显示界面各不相同。 图2 6 是一个带清0 端r 和置“1 ”端s 的d 触发器，它由传输门，或门，三态或 门组成。 图2 6 带置位、复位端的d 触发器单元电路图 这里的传输门，或门，三态或门都是由相应功能电路图生成的模块符号，_ 并且经过逻辑 浙江工业大学硕士研究生论文 验证厉，从库中直接调用的。它是个上升沿触发的d 触发器，它的_ _ l = 作原理如f ：任何情 况下，当复位信号r 为高电平时，则输出q 为0 ，d 触发器被复位：而当r 为低电平， 置位信号s 为高电平时，由第二级r s 触发器可以知道，d 触发器被置为“l ”，显然，复位 比置位的优先级要高；若r 、s 均为低电平，时钟信号c p 也为低电平时。第一级传输门打 开，第二级传输门关闭，则输出信号通过1 3 的反馈，避免m o s 管栅极上的电荷流失，保持 输出状态，直至下一个上跳沿的到来，当c p 产生上跳沿时，第一级传输门关闭，第二级传 输门导通，这时，f 2 中的信号就进入1 5 中，并输出，1 2 2 作为一个反馈回路此时有效目 的是增强回路中m o s 管栅电极上的电荷，避免电荷流失，增强输出信号的强度。 2 4 1v e r i l o g - x l 下的部分文本描述仿真 v e r i l o g x l 是基于事件的仿真工具，它只是对电路逻辑做仿真，而对于电荷效应却是没 有作用的，而d 触发器的工作原理涉及到了电荷存储效应那这个问题该如何解决呢? 这其实在仿真过程中是个很重要却很容易被忽视的问题我一开始做仿真的时候就遇 到过个问题，得出的结果莫名其妙，事实上就是忽略了这个问题。 解决这个问题的方法有两种，一就是对涉及电荷存储效应的单元写一个f u n c t i o n ，它的 功能应该等价于该逻辑单元的功能，因为在库管理工具的v i e wn a m e 中除了s c h e m a t i c 、 l a y o u t 、e x t r a c t e d 等外，有一种是f u n c t i o n ，它是用文本来描述的。 v e r i l o g - x l 可以导入f u n c t i o n a l 、s c h e m a t i c 、n e t l i s t 、s y m b o l 四种文件格式，即可以单 独对一种格式做仿真，又可以对几种不同的格式混合做仿真。这是因为无论哪种情况， v e r i l o g x l 最终都会把它转化成它可读的网表文件。 图2 ，7v e r i l o g - x l 的仿真对象格式 v e r i l o g - x l 在对v i e wn a m e 中的文件做仿真时，f u n c t i o n 的优先级比s c h e m a t i c 的要高， 如果在一个v i e w 里同时有f u n c t i o n 和s c h e m a t i c ，它就会对f u n c t i o n 做仿真。在这儿就是单 独对三态或门写一个f u n c t i o n ，它应完全和电路功能一样，仿真时v e r i l o g - x l 就会自动调用 三态或门中的f u n c t i o n 。语言描述如下所示： m o d u l e t r i n o r 2 ( y ，a ，b ，e n ，e n b ) o u t p u t y ： 4 浙江工业大学顶- k g f 究生论文 i n p u t a ： i n p u t b ； i n p u t e n ； i n p u t e n b ： n o r1 0 ( q ，a ，b ) ： c m o s1 1 ( y ，q ，e n ，e n b ) e n d m o d u l e 当电路或f u n c t i o n 都检查无误后，就可以对此d 触发器的电路进行逻辑仿真了，这里 我选择在c o m p o s e r 环境中调用v e r i l o g - x l 。首先选择c h e c k a n ds a v e 按钮，对电路自动做电 气检查，防止出现交叉线、短路、断路等情况，然后启动t o o l s - - s i m u l a t i o n - - v e r i l o g x l 项。 这时系统会在该设计项目的当前目录下自动生成一个仿真文件夹，所有仿真生成的网表文 件，测试激励文件，以及日志文件等都保存在此目录下面。仿真器已对电路或f u n c t i o n 产生 了一个n e t l i s t 文件， v e r i t o g 的仿真需要用户编写t e s t b e a c h ，此时在“s t i m u l u s - - v e r i l o g ” 菜单中已经产生了测试模板文件t e s t f i x t u r e v e d l o g ，如图2 8 所示： 图2 8 仿真测试文件选择界面 如果我们需要对d 触发器加不同的激励信号，就需要在t e s t f i x t u r e v e r i l o g 里用语言实现， 但这里要说明的是，如果我们直接修改t e s t f i x t u r e v e r i l o g 文件的话，那么每次重新更新网表 后，该文件里的激励信号都会回复到初始信息状态，所以我们一般新建一个激励文件，这样， 仿真时就不必每次都修改激励文件了，在图2 - 8 中，我们新建的文件为m y t e s t n e w 。 t e s t f i x t u r e v e r i l o g 文件的初始信息如下： v e r i l o gs t i m u l u sf i l e p l e a s ed on u tc r e a t eam o d u l ei nt h i sf i l e d e f a u l tv e r i l o gs t i m u l u s i n i t i a l b e g i n 浙江丁业大学硕士研究生论文 c p = 1 b 0 ； c p b = 1 b o ： d = l b o ： r = 1 b o ： s = 1 b o ； e n d 我们对d 触发器编写的激励文件如下： v e r i l o gs t i m u l u sf i l e p l e a s ed on o tc r e a t eam o d u l ei nt h i st i l e f ld e f a u l tv e r i l o gs t i m u l u s i n i t i a l b e g i n c p = 1 b 0 ： c p b = i b 1 ： d