毕业论文PM 芯片反向分析

1、摘要脉宽调制（pwm），是以一系列脉冲传输信号的方法。传输的数据以这些脉冲的宽度进行编码去控制加载到负载的电量。换句话说，脉宽调制是指生成不同宽度的脉冲去表示输入模拟信号或波形幅值大小的调制技术。反向设计是集成电路设计中的一种，目的在于通过对别人芯片的分析获取设计和制造上的先进技术，以改进自己的设计。本文是基于chip logie family反向软件对pm的反向设计。先对pm背景知识进行学习，了解各种类型的pm结构和其重要参数等。并针对所用软件进行基本使用介绍。本文的主要内容为pm芯片中版图部分的提取与分析，脉宽调制电路的提取与分析。关键字：pwm，反向设计，反向软件，标准单元abstrac

2、tpulse width modulation (pwm), based on a series of signal pulse transmission method. transmission of data to the width of these pulses encoded to control the power load to the load. in other words, the pulse width modulation means to generate different pulse width to said input analog signal or wav

3、eform of the modulation amplitude.reverse design is the one design of integrated circuits. aimed at people through the acquisition of chip design and manufacture of advanced technology to improve their design technology.this article is based on the chip logie family reverse software designed to reve

4、rse the pm. pm background knowledge of the first to study and understand all types of pm structure and its key parameters such as. and against the basic software used on the use of. the main contents of the pm chip in the digital part of the extraction and analysis, digital circuit extraction unit i

5、s based on standard cell form of the region, some units were introduced and circuit analysis.key word: pm; reverse design; reverser software；standard cell目录第1章 引言.11.1选题背景.11.2 课题的内容与结构.2第2章 升压降压原理及其常见类型.32.1升压降压原理 .32.2.1非隔离型开关变换器.52.2.2隔离型开关电源变换器.72.3限流器的常见结构与工作原理.9第3章 反向设计流.103.1 集成电路反向设计.103.1.1

6、 早期的集成电路反向设计.103.1.2 现在的集成电路反向设计.103.2 反向设计公司介绍.113.3 网表提取标准流程.143.4 版图提取标准流程.16第4章 脉宽调制电路芯片工作区的划分.184.1 关于工作区划分的意义.184.2 划分脉宽调制电路芯片工作区.184.3 建立脉宽调制电路新工作区.204.4 脉宽调制电路工作区的简介.22第5章 脉宽调制电路的提取与分析.245.1 脉宽调制电路.245.2 脉宽调制电路芯片布层.265.2.1 脉宽调制电路.265.2.1 染色层.275.2.2 多晶层.285.2.3 金属1与金属.285.3电阻的提取与分析.285.3.1 阱

7、电阻 .285.3.2 plus电阻 .305.3.4 有源电阻.315.4 电容的提取与分析.315.4.1 多晶1作为下极板金属1与多晶2短接作为上极板电容.315.4.2 双多晶电容.325.5 二极管的提取与分析.335.6 mos管的提取与分析.345.7 线网绘制和工作区网表提取.375.8 工作区合并与erc检查.375.9 模拟单元库的建立.38结 论.39参考文献 .40致 谢.41外文资料原文.42第一章 引言1.1选题背景及其意义较器具有差分输入和输出幅度接近电源电压（r-r）特性。运算放大器也是如此。比较器具有低失调电压、高增益和高共模抑制比（cmrr）。运算放大器也是

8、如此。但比较器适合于开环工作、驱动逻辑电路、即使在过驱动情况下也能高速工作，并且可接受大的差分输入电压。运算放大器适合于闭环工作、驱动简单电阻或电抗负载 所以不适合于快速恢复过驱动。但运算放大器比较便宜，一个封装内常常包含4个，甚至是6个运算放大器（所以它常常用作备份运放），并且它的失调电压和偏置电流技术指标都优于大多数比较器。反向设计是ic设计方法的一个专有名词。集成电路的设计最终要落实到代表电路结构的几何图形（这些图形的交迭构成集成电路的基本单元主要是晶体管）。通过将图形转化为各加工工序所需的掩膜，加工厂家即可根据掩膜大规模地批量生产芯片。反向设计是通过拍摄和放大已有芯片照片得到版图的几何

9、图形。由于原有芯片的图形尺寸极小且是多层重叠的，反向设计的工作量很大，而其出错概率也大。以一千门的不规则版图为例，反向分析就需一个工程师几乎一年的时间。随着电路规模的增大，这种反向分析的效率成倍地下降，错误概率成指数上升。一个几万门电路的反向设计几乎是不可能的，而几十万门的电路就完全不可能了。目前中国的ic设计业还处在学习模仿别人的阶段，早在2、3年前中国的ic设计企业往往是完全复制别人的芯片，但是这两年，随着人们对知识产权意识的提高，都能够采用正确的方式来对待反向设计服务，即利用反向设计服务，来设计自己的芯片。 反向设计的流程与正向设计正好相反，从流程上来讲，首先要去掉芯片的封装，然后对芯片

10、进行层层剥离，最后，传统的反向设计往往是对剥离出来的芯片进行拍照和分析，但是现在，随着芯片复杂度的提高，简单的拍照已经不能对芯片进行有效的分析了，利用软件方式来实现对芯片的分析，大大提高了分析的效率。北京芯愿景自主研发反向设计eda软件现已经发展成熟为两大系统11个软件模块，能够满足各种电路多种设计流程的需要。目前此eda软件系统的应用覆盖了民用反向市场的50以上，军用反向市场的70以上，为国内集成电路设计力量的发展作出了的重要贡献。利用自主研发的软件工具并结合数百个设计项目的实施经验，北京芯愿景提供以帮助设计公司完成产品定位、竞争性分析研究、版权保护和学习先进设计思想和设计技巧为目的的设计服

11、务。目前此项业务在为国内设计公司服务的同时已经为欧美几家著名设计公司服务。公司以一流设计技巧和真诚的服务态度受到业内的广泛好评。1.2课题的内容与结构pm芯片反向分析项目的主要任务的对一款我们不知道型号的pm芯片进行反向提取与分析，即我们通常说的反向设计。整个反向工作由我们七人小组来完成，本人具体负责数字部第一部分为pm的背分的提取与分析。本文的主要内容有：背景知识，介绍了pm的各种类型及其特点，以及它的主要技术指标。这部分是本文的第二章。第二部分为我们使用的反向软件的介绍和反向设计的一般性流程。这部分为本文的第三章。第三部分介绍了我们用来做提取的pm芯片工作区划分和相关工作区的说明和数字单元

12、的提取与分析。为本人的第四章和第五章。第四部分是本文的结束总结，在反向设计中的体会等。这部分为结束语。第二章 升压降压原理及其常见类型2.1升压降压原理 图2-1直流直流变换器系统框图dc-dc是开关电源技术的一个分支，开关电源技术包括ac-dc、dc-dc两ff个分支。dc-dc电路按功能分为：升压变换器：将低电压变换为高电压的电路。降压变换器：将高电压变换为低电压的电路。反向器：将电压极性改变的电路，有正电源变负电源，负电源变正电源两类。三个主要分支，当然应用时在同一电路中会有升压反向、降压升压等功能同时存在。 dc-dc变换器的基本电路有升压变换器、降压变换器、升降压变换器三种。降压变换

13、器原理图如图1所示，当开关闭合时，加在电感两端的电压为（vi-vo），此时电感由电压（vi-vo）励磁，电感增加的磁通为：（vi-vo）*ton。 当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管vd变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（vo）*toff。 当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（vi-vo）*ton=（vo）*toff，由于占空比dvo，实现降压功能。 图2-2降压变换器原理图升压变换器原理图如图2-3所示，当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（vi）励磁，电感增加的磁通为：（vi）*ton。 当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管vd变为导通，电感削磁，电感减少的磁

14、通为：（vo- vi）*toff。 当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（vi）*ton=（vo- vi）*toff，由于占空比d1，所以vivo，实现升压功能。图2-3 升压变换器原理图升降压变换器、入出极性相反原理如图2-4, 当开关闭合时，此时电感由电压（vi）励磁，电感增加的磁通为：（vi）*ton；当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为：（vo）*toff。当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通，（vi）*ton=（vo）*toff，根据ton比toff值不同，可能vivo。图2-4 升降压变换器原理图2.2升压降压类型 开关变换器的拓扑结构是指能用于转换

15、、控制和调节输入电压的功率开关器件和储能器件的不同配置。开关变换器的拓扑结构可以分为两种基本类型：非隔离型和隔离型。变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入/输出负载特性等因素选定。2.2.1、非隔离型开关变换器一，buck变换器，也称降压变换器，其输入和输出电压极性相同，输出电压总小于输入电压，数量关系为：其中 uo为输出电压，ui为输入电压，ton为开关管一周期内的导通时间，t为开关管的导通周期。降压变换器的电路模式如图2所示。工作原理是：在开关管vt导通时，输入电源通过l平波和c滤波后向负载端提供电流；当vt关断后，l通过二极管续流，保持负载电流连续。图2-5二，boost变换器，也

16、称升压变换器，其输入和输出电压极性相同，输出电压总大于输入电压，数量关系为：。升压变换器的电路模式如图3所示。工作原理是：在vt导通时，电流通过l平波，输入电源对l充电。当vt关断时，电感l及电源向负载放电，输出电压将是输入电压加上输入电源，因而有升压作用。图2-6三，buck-boost变换器，也称升降压变换器，其输入输出电压极性相反，既可升压又可降压，数量关系为： 。升降压变换器的电路模式如图4所示。工作原理是：在开关管vt导通时，电流流过电感l，l储存能量。在vt关断时，电感向负载放电，同时向电容充电。 图2-7 四，cuk变换器，也称串联变换器，其输入输出电压极性相反，既可升压又可降压

17、，数量关系为：。cuk变换器的电路模式如图5所示。工作原理是：在开关管vt导通时，二极管vd反偏截止，这时电感l1储能；c1的放电电流使l2储能，并向负载供电。在vt关断时，vd正偏导通，这时输入电源和l1向c1充电；同时l2的释能电流将维持负载电流。 图2-8 2.2.2、隔离型开关电源变换器 一，推挽型变换器，其变换电路模型如图6所示。工作过程为：vt1和vt2轮流导通，这样将在二次侧产生交变的脉动电流，经过vd1和vd2全波整流转换为直流信号，再经l、c滤波，送给负载。 图2-9二，半桥型变换器，其变换电路模型如图7所示。工作过程跟推挽式差不多，也是vt1和vt2轮流导通，一次侧通过电源

18、-vt1-n1-c2-电源及电源-c1-n1-vt2-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过vd1和vd2全波整流转换为直流信号，再经l、c滤波，送给负载。图2-10 三，全桥型变换器，其变换电路模型如图8所示。工作过程为：vt1、vt2和vt3、vt4两对开关重复交互通断。但两对开关导通有时间差，所以变压器一次侧加的电压为脉冲宽度等于其时间差的方波电压。变压器二次侧的二极管将此电压整流为方波，再经滤波器变为平滑直流电供给负载。 图2-11四，正激型变换器，其变换电路模型如图9所示。其工作过程为：开关导通时，变压器将能量从n1转移到n2，经过整流滤波后向负载输出。开关关断时，变

19、压器释放能量，二极管vd3和绕组n3就是为此而设的，能量通过它们反馈到输入侧。开关一断开，绕组n1中存储的能量就转移到绕组n3中。图2-12五，隔离式cuk变换器，其变换电路模型如图10所示。其工作过程为：开关管断开时，电感l1的电流给电容c11充电，同时c12也充电。开关管导通时，二极管变为截止状态，c12通过l2向负载r放电。图2-132.3 限流器的常见结构与工作原理限流器是一种用于程控配线架的过流保护元件。在系统扩建和新的系统中使用短路电流限制器则可起到降低短路电流的作用，能够在电流波形第一次上升期间小于1ms时，检测和限制短路电流。限流器的一种结构桥路型：桥路型scfcl：它由四个二

20、极管d1- d4 组成的桥路和偏置超导线圈l 组成, 断路器cb 与限流器串联, 用以切断被限制了的故障电流, 偏压源vb 给l 提供偏流il ,其电压调到足以克服二极管对(d1 和d4 或d2 和d3) 的正向电压降, 并使偏流调至i0, i0大于线路电流的峰值imax 并考虑过载情况。正常状态下, 线路电流小于i0 , 流过二极管的电流总是为正, 因此二极管桥路总是导通的, 因而限流器的阻抗很低, 线路上只有很小的二极管正向压降, 一旦发生短路故障, 线路电流增加到i0 , 正负半周期间, 总有一对二极管反向偏置, 处于关断状态, 于是线圈l 自动接入电路, 短路电流被线圈的电抗所限制,

21、由于线圈只有一定的限流作用, 故还需断路器在一定的时间内适时切断故障源。这种限流器的动作电流可以通过调节vb 来实现, 易于整定, 且在故障期间, 超导线圈不会失超, 不存在动作响应和失超恢复的影响。1995 年, 美国研发了一台2. 4kv 2. 2ka 的桥路型高温scfcl , 并在加洲通过了试验运行; 2000 年, 日本研制了一台6. 6kv 电压等级的桥路型高温scfcl 9 , 它能有效地将12. 5ka 的短路电流限制到1. 2ka。第三章 方向设计流程3.1 集成电路反向设计在ic设计业，反向工程(reverse engineering)并非新鲜事物。但在知识产权保护观念深入

22、人心的今天，一家名为上海圣景微电子的公司却高调从事商业化芯片反向工程工具开发和服务，欲为反向工程“正名”，这一举动在国内ic设计行业也掀起不小的涟漪。国外许多大公司基本都会进行反向工程，但非常低调，并不把相关部门直接命名为“反向工程部”，而是将其置于知识产权分析、竞争产品分析、安全研究、失效分析、项目预研、模拟电路设计、版图设计等部门之下。由此观之，反向工程本身并不乏正面意义。3.1.1早期的集成电路反向设计早期的反向设计是使用纸质照片，工程师用铅笔在照片上进行标注，然后手工对照绘制电路图，效率低，不能处理大的芯片。3.1.2 现在的集成电路反向设计现在大多是采用显微镜拍照，将照片处理成一个完

23、整的电子照片，然后工程师使用软件进行提取，如图3-2所示。其大致步骤分为以下四步： 首先工程部得到芯片，然后去封装，去层，拍照，最后经过图像处理得到电子照片。 然后把电子照片送到设计部，设计部又分电路提取，电路整理，版图绘制三个部分，电路提取即网表提取，做反向设计时电路提取和版图绘制可以同时进行，电路整理要在电路提取之后。 再用前面提取的网表和绘制的版图进行对比验证。 最后在电路和版图无误后，进行电路整理，分析电路。反向工程有弊也有利。而圣景微电子公司的实例发现，通常只有20%的情况发现芯片采用了更新的技术路线或者有很大的创新，80%的情况仍是用的常规方案，只是在模块方案搭配和电路细节等处有技

24、巧。目前中国大多数设计团队仍处在发展初期，他们可以通过反向工程，学习成熟的经过验证的设计实例；一旦巩固经验，最终还是可以逐渐迈向创新之路，积累起自已的ip系列。而且他们即使从事反向工程失败，也并不意味着通过正向工程可以取得成功。中国ic设计公司在成本方面的优势非国外知名公司可以比拟，一旦掌握了基本的设计方法学，并积累足够的经验，就有助于全球ic设计产业向中国转移。在转移大潮中，反向工程将起到积极的推动作用。而且集成电路设计技术的进步在5年后可能由于接近工艺极限而有所放慢，那将给中国的设计公司带来赶超机会。就反向工程本身而言，并非所有芯片都适宜。定制电路易于进行反向工程，逻辑综合电路就不适合；模

25、拟和混合信号电路能从反向工程中得到更多信息(电路、版图等各方面的技巧)，提高较大；数字电路从反向工程中得到的裨益较少。工程师要首学习具体的版图形式，分析具体电路，和教科书进行比较；猜测、理解原芯片设计者的思想，体会芯片设计的思考要素；尝试创新，建立自信大胆尝试一些创新，即使失败，也可从中寻找解决问题的线索。而从公司层面来说，要对反向工程进行最佳利用，就应在项目规划阶段，利用反向工程评估自己设计实力，帮助确立设计目标；在概要设计时，充分研究并讨论参考芯片的设计；选择设计架构时，参考反向工程的结果。具体电路模块的自我设计完成后，可以和反向工程的电路模块进行比较，帮助发现问题，确认自己的设计优势。遇

26、到技术难点时，也可尝试在参考芯片的设计中寻找解决问题的线索。3.2 反向设计公司介绍 （1）深圳市国微电子股份有限公司是首家国家“九九工程”集成电路设计公司，总投资1亿元人民币，注册资金7195万元人民币，主要从事数字音视频集成电路和嵌入式cpu、dsp芯片以及消费电子产品专用芯片的设计开发及销售。并承接客户委托的集成电路设计、开发和服务，同时向客户提供自主产权集成电路产品的系统解决方案。 致力于打造中国名“芯”为已任，公司集人才、管理、技术之大成，博采众家之长，融汇世界先进技术和经验，不断开拓，不断创新。公司自1993年成立以来，一直采用无工厂半导体公司（fabless）模式运作。自行开发了

27、五十多个品种的ic产品，产品行销全国以及东南亚，并赢得了广泛的市场认同和声誉。公司目前硬件设计平台配备服务器及工作站，并配备先进的eda软件以及测试验证系统。同时拥有数字逻辑（digital）、模拟混合（mixed-signal）、片上系统 （soc）芯片的设计流程和方法。 在数字电视信道及信源芯片、嵌入式微处理器芯片、电能计量芯片、显示驱动芯片、其他消费类芯片 等领域具有系统级芯片设计能力以及相应整机产品的应用方案开发能力； 建立和开发了完整的基础单元库，开发和积累了一系列ip核，如8位、16位、32位嵌入式微处理器核、 mpeg2视频解码、mp3音频解码、大容量高速双端口ram、高精度si

28、gma-delta a/d转换器等高价值的ip核.拥有0.18m以上cmos0.5mbicmos 2mbipolar工艺制程的ic设计成功经验。可提供0.25m、0.35m、0.5m、0.6m、0.8mcmos数字、数模混合以及高低压兼容的芯片设计服务。公司良好的应用了chiplogic family进行反向设计。（2）北京芯愿景软件技术有限公司作为中国最大的集成电路反向设计公司，为中国的微电子产业做出了巨大的贡献，公司开发的集成电路自动化分析再设计系统chiplogic family 为芯片的反向设计提供了全流程的eda 工具支持。现如今的反向设计工具chiplogic family是一个强

29、大的集成电路反向设计系统，它主要包含如下八个组件，如图3-3所示：图 3-3 chiplogic family简介集成电路的分析再设计全流程应包括：芯片和图像的预处理、网表和版图数据提取以及验证和再设计三部分。filmshop和clf系统不仅把三部分有机的结合起来，而且能够完成数字电路、模拟电路、数模混合以及rom区码点等各种类型芯片的分析和再设计，因此，它们提供的是完美的解决方案，它不但能够满足各种电路类型的设计要求，而且可以极大地提高了工程师的分析效率和质量。图 3-4 chiplogic一般流程chipworks、integrated circuit engineering(ice)、s

30、emiconductor insights和taeus国外许多大公司基本都会进行反向工程，但非常低调，并不把相关部门直接命名为“反向工程部”，而是将其置于知识产权分析、竞争产品分析、安全研究、失效分析、项目预研、模拟电路设计、版图设计等部门之下。由此观之，反向工程本身并不乏正面意义。3.3网表提取标准流程利用网表提取器chiplogic analyzer能够提取得到芯片的网表数据，并以标准格式（verilog、spice和edif）输出。软件提供的线网自动提取算法和单元自动搜索算法可以很大程度地减少手工操作的工作量。同时，软件简化了引线孔、接触孔的放置操作，使得网表提取的效率大大提高。 chi

31、plogic analyzer导出的是平面化的网表数据，如果要透彻了解其设计思想和设计方法，我们可以利用逻辑功能分析器chiplogic master将平面化网表整理成为层次化描述的网表数据。chiplogic master提供了方便易用的宏单元辅助定位和功能强大的自动电路图子图搜索功能，可辅助工程师快速、准确的分析平面化网表数据。同时，在功能分析过程中，用户还可定位并修正网表提取错误。网表提取和功能分析的标准流程如图3-5所示： 图 3-5 analyzer提取流程1、analyzer 提取结果为单元级网表（模拟器件可为管子级）；2、通常需要在cadence 内建立一个基本单元库，该库内的单

32、元同analyzer内基本单元一一对应；通过edif200 文件格式，可在master 内应建立一个同样名为chipx_lib 的单元库（称为库映射），方法是：在cadence的chipx_lib 库内建立一个单元dummy，该单元内引用了所有的基本单元，然后导出dummy 单元的edif 200 文件；同时，在master 的新建单元库chipx_lib 内导入这个文件。库映射完成后，可在master 内浏览到同cadence 完全一致的单元电路图和符号图。3、通过edif 200 网表文件，可将analyzer 网表数据转化为master 整理单元库，这个电路图内的单元布局同原芯片完全一致

33、；同时，其所有基本单元均引用自基本单元库。4、利用master 可对在analyzer 内提取得到的初始平面化电路图进行功能分析和整理，得到层次化电路图。 5、整理工作进行到一定程度后，可以通过edif 200 电路图文件将master 层次化电路图库映射为cadence 的同名单元库。当然，如果初始电路较小，用户可以直接在cadence 内进行整理工作。3.4版图提取标准流程 chiplogic family 提供的版图编辑器chiplogic layeditor支持数字电路和模拟电路的版图提取。利用chiplogic layeditor，用户能够参照芯片图像提取忠实于原芯片的版图数据。与c

34、hiplogic analyzer类似，本软件同样提供了线网自动提取算法和单元自动搜索算法来提高分析效率。 chiplogic layeditor可导出标准格式的版图文件（gdsii和cif）；另外，该软件还支持单元内部编辑功能，从而能够生成层次化版图。利用chiplogic layeditor还可导出网表数据，软件根据版图层的连接关系可以输出对应的网表。该软件提供了联机的电学规则检查（erc）用来检查连接错误。本软件还将在近期提供联机设计规则检查（drc）功能和对不同工艺参数的版图修改支持。 版图提取和功能分析的标准流程如图3-6所示：图 3-6 layeditor提取流程1、layedit

35、or 是一个带图像背景的版图编辑器，其软件设计思想和操作都类似于cadence 版图工具virtuoso，并且两者间可以通过导入导出gdsii 文件实现完全兼容。2、开展版图工作前，由于目标版图工艺同原芯片工艺往往不同，我们首先必须考虑图像比例尺的修改问题.3、同在cadence 内定义版图层定义文件类似，在layeditor 内可以定义版图层。创建版图工作区时需要指定引用此定义文件。4、analyzer 的最终导出结果是一个单元级的网表，与此不同，在layeditor内用户可以编辑单元内部的版图数据。5、layeditor 同cadence 结合非常紧密。可以在layeditor 内编辑的版

36、图草稿数据通过gdsii 导入到cadence 内进行drc 检查、lvs 验证等步骤后可以再通过gdsii 导回到layedi第四章 脉宽调制电路芯片工作区的划分4.1关于工作区划分的意义使用网表提取器chiplogic analyzer软件可以根据芯片的图像照片提取网表的相关数据。chiplogic analyzer 内的网表数据可以导出为指定格式的数据文件，并导入到一些eda 软件中进行仿真等进一步处理。使用chiplogic analyzer可以由芯片概貌图创建工作区，将整个芯片化成几个合理的工作区，更方便提取数据。每一个工作区对应芯片的一个指定区域，它们有一组特定的坐标，在工作区内用

37、户可以进行线网绘制、单元提取、标注等网表提取工作。chiplogic 允许工作区之间任意重叠，工作区可以复制、删除、合并，各个工作区的数据完全独立。可以通过工作区合并或者导入、导出chiplogic analyzer 脚本文件等功。能进行工作区之间的数据传输。多个用户可以同时打开一个工作区进行数据操作，任何一个客户端的操作都将实时保存、实时显示在其他客户端。事实上，对一个模块应该创建不同的工作区，这些工作区均对应于该模块的区域，用来实现该模块不同数据提取阶段的任务。所有的分析数据的提取都是基于工作区进行的，必须在分析工程的一个工作区才能进行具体的数据操作。4.2 脉宽调制电路芯片工作区的划分

38、打开chiplogic analyzer软件后将出现如图4-1的操作界面, 点击文件菜单打开工程选项打开脉宽调制电路芯片工程进行分析，点击工具菜单选择划分工作区快捷键对脉宽调制电路芯片进行工作区划分。选择划分快捷键后，在芯片的背景图片上点击鼠标左键再拖拽鼠标让图面显示一个合理的矩形方块时再点击鼠标左键并设定好相应的参数。这时一个工作区就建立好了。根据脉宽调制电路芯片的工作原理，它一共可以分为：数字部分：包含逻辑电路和输出部分等电路；模拟部分：包含比较器和基准源等电路。因此，在看到脉宽调制电路芯片的图像背景时可以看到它大致可以分为五个区域如图4-1图4-1 脉宽调制电路芯片的图像背景划分工作区时

39、有a1,a2,a3和b1,b2。那么a1,a3分别是两个二极管。特别指出的是a2是一个运放器。b1,b2是一些电阻类东西。可以看出a1,a2,a3中的保护措施做得非常好，且整个工作区的图形是整个pm芯片中的极度对称美观的部分。可见脉宽调制电路部分是属pm芯片的核心地位。图4-2 工作区的划分4.3 建立脉宽调制电路新工作区当一个芯片的工作区划分完业后，每个工作区都有一个在对应的坐标。将划分时各个工作去的坐标记下，创建新的工作区时将对应的坐标填好即可。在创建工作区时是要注意设置好工作去的参数，比如工作区的线网层为几层，如果在创建新工作区的时候线网的层次少了，将不能提取缺少层的数据信息。次芯片只有

40、三层布线，一层多晶两层金属，在创建新的工作去的时候，网线层必须设置为三层。创建新工作区的目的是为了能够对指定工作去独立操作，可以分组进行操作，便于数据的提取。对提取数据单独进行drc检查，从而更容易发现其中的错误,并修正错误。当一个单独工作去完成所有的数据提取时，可以将该工作区的数据单独导出进行处理，也可以将该工作去的数据合并大其他工作区中。如图4-2所示，先在工程菜单中选择“创建工作区”，在弹出的选项框中输入所要建的工作区的坐标，并命名工作区，然后点“确定”。图4-3工作区的建立图4-44.4 脉宽调制电路工作区的简介图4-3所示为所建的工作区，在工作区pm_0133中，有电容、各种方式匹配

41、电阻、二级管、普通mos管和功率mos管。图4-5 工作区pm_0133该工作区的显著特点就是对称结构多，从工作区的版图结构可以看出，它里面含有很多对称单元。在次工作区中，有很多单元也都是对称的，例如如图4-4它的结构左右对称。这种结构充分说明了在模拟电路在设计电路中要求严格。在提取该工作区时，就可以先提取对称结构中的一端，然后利用镜像完成对称部分的提取，这样就可以使两边完全对称，达到模拟电路的特殊要求。图4-6 对称结构第五章 脉宽调制电路的提取与分析5.1脉宽调制电路电路模拟信号是一个连续的变量，包含了无限个时域和幅域分量。一个9v电池就是一个模拟器件的实例，其输出电压并不是精确的为9v，

42、而是随时间在不断变化，可以是任何一个实际编号值。同样的，标注在电池上的电流量也不仅限于有限个值。模拟信号与数字信号的区别在于数字信号总是从可能的预定值里取出有限集，比如0v，5v。数字控制通过数字化的方式控制模拟电路，系统的花费和能量消耗将会明显减少。目前许多微控制器和数字信号处理器已经包含了片上pwm控制器，使得应用更加容易。delta增量法输出信号同界限值相比较，对应于基准信号的常数偏移量。每次输出信号达到其中一个界限值，pwm就改变状态。增量pwm生成原理，输出信号（蓝）同界限值（绿）相比较。这个界限值对应与基准信号（红），通过给定值偏移。sigma-delta增量法基准信号同输出信号相

43、减产生一个误差信号。这个误差被积分，当误差的积分量超过一定界限，输出就改变状态。sigma-delta pwm原理。顶部绿色波形是基准信号，输出信号（pwm，在图中部）被减生成误差信号（蓝色，在图底部）。当误差的积分量超过一定界限，输出就改变状态。数字生成法许多数字电路能够生成pwm信号。（许多微控制器拥有pwm输出去控制电动机）。一般会使用计数器使其周期性的增大（计数器直接或间接同电路中的时钟相连）在每个pwm周期的最后会复位。当计数器的值比基准值大时，pwm输出从高电平转变为低电平。类型有三种pwm信号（蓝）：上升沿调制（顶部），下降沿调制（中部），居中调制（两个边沿都进行调制）。绿色线条

44、是锯齿波信号使用交互方式来产生pwm波。脉冲中心可以设定在时域窗口中心也可以设定在两端，通过移动压缩或扩大脉冲宽度。上升沿调制能够保持上升沿部分在窗口位置不变而下降沿部分被调制。特点pwm的一个优点就是信号从处理器到控制系统都保持为数字信号。不需要进行数模转换。通过信号的数字化，噪声的影响被最小化。噪声信号只有大到可以改变数字信号中的逻辑电平1变为逻辑电平0或则逻辑电平0变成逻辑电平1时才能影响数字信号。抗干扰性是选择脉宽调制而非模拟控制的另一个优势，也是选用pwm来通信的根本原因。将模拟信号转换成pwm信号能够极大地增加通信信道的长度。在接受端，只要一个合适的rc（电阻-电容）或（电感-电容

45、）网络就能够将调制后的高频方波去掉，使信号还原成模拟量形式。应用通信领域在通信领域，在发送端脉冲宽度对应于特殊的数据值进行编码，在接受端，这些脉宽又被进行解码，还原成特殊的数据值。功率传输当电源被限制在额定方式下工作时，pwm可以有效减少在一般方式传输时导致的能量损失。这是因为平均功率传送同调制占空比成正比。对于高速率的调制信号，可以使用被动电子滤波器进行滤波恢复原来的模拟信号波形。高频率pwm功率控制系统应用半导体开关控制是很容易实现的。调制信号间断的开或关状态用来控制开关的状态，而开关的状态又对应控制负载上电压或电流的通断。电压校准pwm也用在高效率的电压校准器。通过适当的占空比信号控制开

46、关向负载提供电压，输出端就会输出想要的近似电压值。开关噪音通常采用电感和电容进行滤波。有一种方法可以调整输出电压。当输出电压比要求的低时，开关就闭合；当输出电压比要求的高，则开关打开。音频特效与放大尽管质量较低并且在执行过程中结果有较大变化，但通过细致的计算脉冲的持续时间，并依靠扬声器的物理滤波设备（限频相应，自感系数等）可以获得近似的重放效果。5.2 脉宽调制电路芯片布层5.2.1脉宽调制电路通电后ic的7脚由电阻分压产生8.25v的直流电压，刚通电时6脚电位低于7脚，比较器(lm339)1脚输出高电位，r3的正反馈作用，使得比较器迅速饱和，随着时间的推移，电容逐渐充电，6脚的电位逐渐升高，

47、当高于7脚的电位时(8.25v)，比较器突然翻转，1脚输出低电位，同样正反馈的作用使得该过程更强烈，此时电容通过r4和二极管d1向lm339的1脚放电。当电容上的电压低于ic7脚的电压(这时可能不是8.25v了，因为1脚的低电位会影响到7脚电压)时，电路再次翻转，重复前面的过程，从而在电容两端形成了8000hz的锯齿波电压。该锯齿波电压直接施加于比较器的4脚，又和控制电压进行比较，当电容两端电压高于控制电压时，比较器输出低电位，低于控制电压时输出高电位，相当于把锯齿的上半部分切掉了，因此控制电压越高，锯齿切掉的越少，输出的脉宽就越宽。稳压二极管在这里起削波的作用，实现脉出的整形。这个电路设计的

48、非常经典，是非常好的脉宽调制电路。图5-1 脉宽调制电路在组成其电路的芯片概貌图中可以看到有5层构成，第一层显示的是染色层，第二层为多晶层，第三层为金属1层，第四层为金属2层。第五层为金属3层。5.2.2染色层染色层在提取中的作用是区分p型区和n型区，为判断提取器件的导电类型做参考。此款芯片是采用p型衬底n阱工艺。由数字电路中的pmos与nmos有互补的关系可以确定，它们的衬底是两种不同的掺杂，p型掺杂与n型掺杂在染色层上的颜色是不同的。如图5-1所示（a）为多晶层图象，（b）为染色层。在图5-2的（a）中可以看到有基本的数字单元，在（b）中可以看到它其中有暗的区域这些区域都是p型区，哪个亮的

49、区域为n阱，p+、n+、p注入、n注入如图中所示。 (a) (b)图5-2 同一个位置的多晶层与染色层5.2.3多晶层在模拟工作区中多晶层有两层，多晶层1用来作mos管的栅和走线以及电容的下极板，它的最小宽度为0.5um。多晶层2主要用作电容上极板。主要的布线都是在金属1层进行，金属1层的线网提取比金属2层的线网工作量要大的多。金属2用做信号的走线，全局走线。5.3电阻的提取与分析电阻是集成电路中的基本元件，在集成电路工艺技术中有多种设计与制造的方法，一般根据不同的组织需要来选择不同的电阻结构和形状。在集成电路中电阻可分为无源电阻和有源电阻，无源电阻通常是采用掺杂半导体或合金材料制作的电阻，有

50、源电阻是将晶体管进行合理的连接和偏置，利用晶体管在不同工作区的不同的电阻特性。在电阻提取时重要在于电阻的类型和具体的尺寸，在特定的工艺条件下电阻宽度和长度决定电阻阻值的大小。在知道掺杂浓度，方块电阻就确定了，长度比宽度就是方块电阻的个数，从而电阻的阻值就确定了。5.3.1阱电阻在软件运行的状态下，选择模拟的工具条，模拟工具条的快捷窗口就会出现在屏幕的工具条位置，在模拟工具条中有模拟基本器件的图标，包括电阻、电容、mos管、bjt和其他元件。点击电阻图标，然后在工作区窗口内框定一个矩形方框，此时将弹出一个对话框，此对话框可以设置单元的属性。比如单元的名称；放置的方式是水平还是垂直。在提取电阻时，

51、它的名称输入导电类型，比如阱电阻取名为rnw，这样其他的设计人员也会知道这个电阻的类型，如果自己随便取名字的话，要是不做记录可能过段时间自己也不知道电阻到底是什么类型，只有到染色层重新判断。在填好单元属性对话框后，像划分工作去一样，用鼠标的左键点击单元的一个顶点，然后点击单元的对角顶点。并调节单元框的大小。如图5-2在模拟区提取的一个n阱电阻。因在版图设计中，有一个规则为最小阱宽的限制，所以阱电阻的尺寸一般要比扩散电阻要大的多；它的掺杂浓度与n+电阻相比要底，所以它的方块电阻比较大方块电阻在几千欧。其电压系数和温度系数大，受光照辐射影响也大，但匹配性好，通常用在对精度要求不高的地方，比如上拉电阻或保护电阻。(a) (b)(c)图5-3 n阱电阻结构图5-3（a）为多晶层，（b）为金属1层，（c）为提取这个电阻的单