电路图详细绘制过程Cadence Schematic QuickStart.docx

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电路图详细绘制过程CadenceSchematicQuickStart

模拟设计由Schematic到layout的quickstart

By****************仅供入门者参考

一、Schematic

在一台已经安装Cadence软件，并且已经运行了license的机器上（也可以在PC机上用Xwin软件或者exceed连入工作站，xwin的安装和使用参见附录一），用管理员给你设定的用户登陆，从控制台窗口（右键桌面，tools->terminal可以打开）输入icfb&命令运行Cadence的工具进入icfb界面。

（如果无法进入此页面参考附录一）

图1icfb的主界面

我们以建立一个反相器电路为例子：

在icfb中，任何一个电路，不论是已经存在的可以引用的库，还是用户新建立的一个电路，都是一个library.一个library一般有若干个Cell（单元电路），每个cell有若干个schematic（电路原理）和若干个layout（版图）。

所以，我们要做的第一步，就是先创建一个自己的“库”，File菜单->new->library

图2新建一个库的界面

从这个新建一个library的界面，我们必须输入新建立的库的名称，并且选择好这个库应该存放的目录，然后注意看右边的三个选项，关于新建立的库是否需要链接到TechnologyFile的问题。

首先，这个TechnologyFile一般是指工艺库，由Foundry提供。

如果最终做的电路是需要画出Layout（版图）的，就必须要有工艺库，如果不需要画Layout，那就可以不需要工艺库。

由于我们需要演示这一步，所以就选择Attachtoanexistingtechfile。

（也可以在建立之后，再Attachtoanexistingtechfile）。

输入name:

testinv,确定之后，弹出一个选择techfile的窗口，选择cellTechlib（这个是我们机上的一个工艺库，具体请咨询管理人员）。

现在，我们就已经建立好了一个新的“库”，为了给这个库增加schematic（电路图）和Layout（版图）我们就必须对这个库进行“管理”，从icfb的主菜单（图1）中的Tools菜单->LibraryManage.

图3Librarymanager

在这里，可以看到左边第一栏当中有很多的“库”（如果你发现这里仅仅由自己刚才建立的那个testinv库，或者没有sample和basic库，参考附录二），这些库的路径保存在cadence的设置文件里面，一般由管理员设定好一些公用的库，（如何引用新的库，或者删除某些已经没有必要的引用，后面再叙述）。

现在我们看到了刚刚建立的库testinv也在左边的库列表中，里面没有任何cell（单元电路）。

我们可以新建一个cellview，首选选中testinv这个库,然file菜单->new->cellview

图4newcellview

第一项是Libraryname，也就是这个Cell应该属于那个库，这个一定要注意选中我们刚才建立的“testinv”。

（如果是从图一的File进入，默认选项可能不是testinv），第二项是单元名称，我们填入inv，第三项是viewname我们首先要画的是电路图，所以填入schematic（你也可以填入任意自喜欢的，但是为了方便别人，和自己，最好就是用schematic，如果有多个电路图那么就用schematicxxxxx）.第四项是tool选择composer-schematic.确定之后，进入Virtuoso软件的电路图设计界面：

图5schematic绘制界面

电路图的绘制主要是用界面左方一排工具，画一个反相器，那我们需要有两个mos管，一个p管，一个n管，以及电源和地。

P管和n管都是现成的库中已经定义好的，因此需要instance（实例化）一个，第10个工具，是instance，点击出现了一个界面：

图6addinstance

从这个界面中可以从现成的库中选择一个p管单元，在我们的机上，是在samplelibrary当中

图7Browserinstance

选好之后，在图4中填入names（名称）P1，回车，在schematic当中，用鼠标点一下任何一个地方，将会出现一个P管：

图8arrangeinstance

用鼠标左键点击一下器件的中间，可以选中该器件，然后用鼠标的中键按住该器件，从弹出的菜单中选择Properties，（或选注后，点击Q键）可以设置它的属性:

图9器件特性设置

在这个窗口中，上半部分各个属性的意义已经很明确的了（不能修改？

），下半部分是和器件的特性有关系的，最主要的是沟道长度和宽度的设定，下面对各项意义进行解释（仅供参考）：

ad:

漏区面积as:

源区面积l:

沟道长度m:

不知道modelname:

器件模型名称nrd:

漏极电阻nrs:

源极电阻pd:

不知道ps：

不知道region:

不知道trise:

不知道w沟道宽度。

设置l=3uw=3umodelname=pmos（特别注意：

要跟.scs文件中的一致）确定。

用同样的方法instance一个n管进来，命名为N1，l和w同样设置成3u,modelname设置成nmos。

继续instant一个vdd和一个gnd，（注意，我们的服务器上这两个cell的库不在sample那里，而在analogLib中）。

现在，全部的器件都已经从库里面调出来了，从左边的工具栏中选择Wire工具，然后用鼠标连线，为什么用“连”而不是用“画”呢，因为这个编辑器是不允许随地“画”线的，步骤应该是，先用鼠标选择wire工具，再点击一下器件的连接点A，然后点击另一个器件的连接点B，这样就可以用wrie把两个器件连接起来了，照此方法把两个管按照反相器的接法连接起来，并接上电源和地。

图10inv

用鼠标中键按住连接栅极的那根线，从出来的菜单中选择Addname，在弹出的对话框中的Names填入input，用同样的方法，把输出的那根线命名为output，然后从Design菜单当中选择，CheckandSave，出现一个对话框，说2warnings这是因为两个栅极没有接上输入，暂时不用理会，这个最简单的反相器电路图就完成了.

在icfb中，有一个重要概念，任何一个电路或者我们平常所说的project，都是以一个library的形式存在，你可以引用这部机上任何一个你具有读取权限的library，同时，你所创建的library也将可以被任何具有读取权限的其他用户引用，为了引用其他的library，我们必须设定这个library的路径，并为之取个library名称，让这个库出现在你的librarymanager（图3）当中，这样就可以在schematic或者立刻layout当中引用了，如何设定新引用的库的名称及路径呢？

图1tools菜单->LibraryPathEditor:

图11librarypatheditor

在这里，我们可以看到，librarymanager当中的所有library都是在这里“登记”过的，在这里删除这些“登记”记录，并不会真的删除这些library，只是会使得你无法再引用它们，如果想要引用列表中没有的库，只需要在这里增加一条记录，设定好名称和路径，就可以了。

所有的这路径信息是保存在那里的呢？

看看自己启动cadence的目录，下面是不是有个cds.lib？

这些库的路径信息就是保存在这个文件当中的，此外cadence还会在启动目录下面生产一系列的log文件，所以，从哪个目录启动icfb这一点也是很重要的，建议在自己的目录下面创建一个Works目录，每次都先进入这个目录再启动icfb，当然，实际的项目开发工作中，可能不同的项目要引用的library是不同的，可以选择当前项目存放路径作为启动icfb的目录。

二、仿真

1.用spetre仿真

仿真，就是用软件来模拟现实的情况，预测在目前软件能够预知的条件下，我们的电路所能够达到的功能和性能。

也就是说，要虚拟使用我们设计的电路。

现在先假设我们的电路已经做成了一个IC并封装好，提供了四个管脚，一个电源，一个地，一个input和一个output。

让我们来设计几个实验来测试这个反相器，是否能够达到我们的要求。

首先是要给我们的ic供电，所以，在VDD和GND之间，接上一个3.3v的电压源。

电压源我们可以从analogLib中instance出一个来，viewname是vdc，系统默认赋予它的名字是V0,把它的DC值设置成3.3v，然后给vdc的正负极分别接上vdd和gnd的symbol（如图2.1.0）。

注意，这里看上去好像电压源并没有和反相器直接连在一起，但是由于系统中所有标记相同的点电位都相同，所以，图中的这种接法等效于直接把V0接到反相器的正负极。

图2.1.0加入电源

（1）直流分析（DCAnalyses）

我们在input管脚接一个可以调节的电压源，使得这个电压源的电压从0升到高到3.3v然后我们测量output端的电压。

同样instance一个电压源出来，接在inpput端，系统默认赋予的名字是V1（图2.1.1）.如果这个反相器工作了，那么output端的电压，应该是和input端的电压相反，从接近3.3v一直下降到接近0v。

图2.1.1增加输入电压

现在的问题是，如何让V1从0到3.3变化。

并且得到output的波形。

为了实现这个目的，我们必须先调出cadence公司的仿真工具――spectre.

从图10中的Tools菜单->AnalogEnvironment调出spectre，我们将会看到一个窗口：

图2.1.2spectre

这个就是cadence提供的仿真工具，其实，不仅仅包含了spectre。

但本文只讨论spectre.调出spectre后的第一步，是设置模型库。

图2.1.2setup菜单->modellibrarys调出模型库设置窗口。

图2.1.3setupmodellibrary

在ModelLibraryFile那栏填入：

/user1/BaseArea/sample/model/spectre/demo.scs

如果机上没有这个库文件，可以把附件三存储为demo.scs

Section那栏填入：

TP（要跟scs文件中的一致section：

）

然后点击ADD，结果如图：

图2.1.4setupresult

点击ok,回到spectre的主窗口。

现在我们要进行dc分析的设置了，从analyses菜单->choose调出分析设置窗口。

选择DC分析，变化类型选择ComponentParameter，Componentname填入V1参数为dc,变化范围是0到3.3（见图2.1.5）.

图2.1.5dc分析设置

点击ok.回到了spectre主界面。

到此，已经把仿真环境设置好了。

现在我们要观察output端的波形，如何才能做到呢？

从spectre的outputs菜单->tobeplot->selectfromschematic,这个时候，会切换到schematic窗口，用鼠标点击一下output那条连线，看看发生了什么？

图2.1.6selectontheschematic

没错，output端的颜色变了，标识出它的波形将会被显示。

好了，现在，spectre的窗口已经变成了下面的样子：

图2.1.7设置后的spectre

一切准备就绪，从Simulation菜单选择Netlistandrun.如果一切正常，那么下面的图像窗口将会自动出现：

图2.1.8Output波形（可能有偏差以实际波形为准）

如果，波形没有出来，那么可能是某个过程出了问题。

有可能是模型库的问题，也可能是软件设置的问题，不过，所有的出错都会有报告的，就看看它的报告来排除bug吧。

仿真完了，可能有人还是有点疑惑，那个modellibrary用来干吗的呢？

和我们的电路有什么关系呢？

看看图9那里，器件的modelname属性，我们当时是填了pmos,n管那个则填了nmos.建议你把/user1/BaseArea/sample/model/spectre/demo.scs下载下来，看看这个库对pmos和nmos这两个模型名称定义了什么？

其实，都是bisim3的mos管模型。

Dc分析，除了包含器件参数的仿真外，还可以进行温度仿真，设计变量仿真和器件模型参数仿真。

有兴趣的化可以自己摸索一下。

（2）AC分析

不论你是进行DC还是AC分析，模型库的设置都是必须的，所以，从图2.1.0到图2.1.4的步骤是必须的。

AC分析与dc分析在图2.1.5那里开始不同。

我们必须先明确一下ac分析的目的，所谓的ac分析，就是在一定的静态工作点上，施加一个小信号，然后分析输出的的交流信号，可以看出放大系数，频率响应等的特性。

我们现在来看看这种结构的反相器，放大系数可以达到多少。

认真观察一下图2.1.8的in-out波形（点击一下该图左边的第四个工具，可以比较好地定位，并且能够从下面地状态条中读取当前的坐标），我们可以看到，当输入（横轴）为1.28伏特时，曲线的斜率比较大。

In-out曲线的斜率大意味着什么呢？

其实，就是表明输入的微小变化，可以导致输出比较大的变化，即dVo/dVi，其实，这个就是系统的小信号电压放大系数。

那我们就把V1的直流值设置成1.28v，也就是说把静态工作点设置在这里。

V1的交流幅值设置为1，初始相位为0。

图2.1.9设置交流分析的静态工作点

可能有人会奇怪，如果交流幅值为1v的话，可能会严重影响静态工作点，因为这个”小”信号太大了。

没关系，不论你设置成1uv还是100v，系统都只会给出线性的结果。

为了方便查看结果，我们就设置成1v。

现在我重新调出图2.1.5的窗口，这次，我们选择AC分析。

图2.1.10ac分析设置

设置频率从1变到10G。

注意下面的Enable，如果我们不希望dc和ac分析同时进行的话，就要把dc分析设置那里的enable的勾打掉。

Ok，然run:

图2.1.11ac输出波形

Ac输出是12v，我们的输入小信号是1v，那就表明放大系数是12。

我们把pmos和nmos的宽长比都改成3u/0.7u,再把V1的直流电压改成1.32v，看看曲线有何变化（W=3uL=0.7u别设反了）：

图2.1.12ac分析改善

实际上，放大系数和带宽都有所改善。

这主要是因为mos管的放大系数与W/L成正比,而栅极电容的减小，改善了频率特性。

那么为什么要把V1改成1.32v呢？

有兴趣者，自己试试，在ac分析（图2.1.10）那里，把frequency分析改成Componentparameter分析，把V1的dc值设置成分析变量，分析频率为1k，你就可以找到能够让放大系数达到最大的静态工作点，事实上，在dc分析的曲线上，那一点的斜率将会是最大的，想明白这两者的联系，我们就可以把“大信号”与“小信号”联系起来，对模拟设计师来说是非常重要的。

下面，介绍一个对放大器设计非常有用的曲线分析方法，如果你目前不设计运放，而且，也不关系电路的幅频特性，可以先不用看，如果有一天你要设计运放，那么这种分析将是必不可少的。

从spectre的result菜单中选择Directplot->ACmagnitude&phase.

然后会自动切换到schematic窗口，从这里点击output那条连线，致其变色。

然后，再回到spectre窗口，从output菜单选择tobeplot->selectontheschematic.然后，手动切换到波形窗口，我们将看到有两条曲线，一条是以db形式出现的幅频图另外一条是相频图。

点击一下左边工具条中的倒数第二个，可以把两条曲线分开。

现在，有没有让你想起模电书上的波特图呢？

对于模拟设计者来说，频特性是非常重要的，这两条曲线的意义，也将会在以后的运放设计中得到体现。

（3）瞬态分析

至此，读者已经完全可以自己去利用瞬态分析了。

我只想说一点。

瞬态分析，其实应该翻译成时域分析，会比较确切一点。

个人理解J。

（4）小结

Spectre提供了相当丰富的功能，以上只是一些最简单的应用。

有没有注意到图2.1.5以及图2.1.10中的sweepvariable当中有个选项是DesignVariables，这个有什么用呢？

举个例子，我们可以把V1的dc值设置成V1DC，然后在spectre的variables菜单中，增加一个变量名称是V1DC，并把它的值设置成1.32，这就等效于直接在schematic中设置V1的dc值为1.32。

把一个器件的参数设置成为变量有什么好处呢？

第一，这样的话，你就可以从spectre的界面中改变这个值，而不用再到schematic中去改了，run的时候，也可以直接run而不用重新netlist。

第二，也是更重要的，设置成了变量之后，就可以和spectre中的Tools->parametricanalysis功能结合起来使用。

实现类似于mos管特征曲线的分析。

即，有两个或者更多的量在变化是的分析曲线，如图我们希望得到不同Vgs时,Ids随Vds的变化，就可以把Vgs设置成DesignVariable,然后放到Parametricanalysis种。

图2.1.13mos管特征曲线

具体怎么做，就到自己有需要用到这类分析的时候再去摸索吧。

2.用Hspice实现仿真

如果你已经用spectre，不建议看这部分，可以直接看layout。

如果没有specrte的库，那就只好看看这个了。

Hspice仿真只粗略讲讲。

hspice的具体语法，图书馆有书可以借，不用理会是pspice还是hspice的参考书，因为网表文件的写法都是一样的。

现在要导出网表。

回到图1的那个主界面（注意，不要加入spectre仿真时使用的那些电压源），File菜单->export->cdl，在出现的对话筐中，选择需要export的library，点击LibraryBrownsor按钮，选择testinv库，回到导出网表的对话框，点击OK，这样就导出了这个反相器的网表（存放在你启动cadence的目录，文件名称为netlist（即在20064364下））：

里面的有用内容如下：

.subcktinv

MN1OutputInputGNDGNDnw=3l=3

MP1VDDInputOutputVDDpw=3l=3

.endsinv

*号在网表文件中，表示注释，所以，已经注释的那些行没有实际作用，但是仔细阅读那些信息还是很有参考价值的。

我们注意到，导出来的网表，第一行和最后一行为.subcktinv和.endsinv。

这两行表示，中间的电路，是一个子电路，名称为inv。

子电路的概念，如同我们在软件设计中的子程序，可以重复调用。

为什么生成的网表会有这样的语句呢？

别忘了，我们是建立了一个library，而这个library是可以有很多个cell的，所以，inv这个cell,系统默认为是整个library中的一个子电路，所以，自动帮你加上了子电路的标记，而我们现在的这个库，却是仅仅有这个反相器而已，不希望作为一个子电路来使用，所以，我们把这两句注释掉。

（子电路的概念，在以后实际的项目描述中，将会是非常有用的）。

第二行的第一字符串MN1表示一个mos管，这个管名称是MN1,源极接在Output点，栅极接在Input点，漏极接在Gnd,衬底也接在Gnd，后面的那个小写n表示这个晶体管所用的模型的名称为n，后面两个参数表示沟道宽度为3um,沟道长度也为3um。

对于这个反相器，我们来做一个最简单的仿真，就是让输入电压从0到5伏特之间变化，看看输出波形是否有反相器的特性，即由高电平跳到低电平。

现在的这个网表，只有两个三极管，我们需要加入电源和输入信号。

MN1OutputInputGNDGNDnw=3l=3

MP1VDDInputOutputVDDpw=3l=3

Vpowervddgnd5

Vgateinputgnd5

.dcvgate05.1

.end

第三行的语句加入一个直流电源，名字为vpower,接在vdd和gnd之间，电压为5v。

第四行的语句，加入一个电流源接在input和gnd之间作为输入信号，默认电压为5伏特。

第五行，表示我们需要做直流分析，让输入电压vgate从0伏特变化到5伏特，每次增加0.1伏特。

第六行，网表结束标志。

好了，电路描述已经很清楚了，我们知道，所有的电路仿真，都是基于器件模型的，所以，我们必须指定模型库文件（也可以不用指定库文件，而是直接在文件中描述器件的模型）：

.lib'/usr1/BaseArea/sample/model/hspice/mod053.lib'TT

这个是在我们服务器上的一个库，后面的TT类似于入口参数。

用于告诉仿真器，使用库文件中的那个部分。

此外，我们还需要指定仿真所用的温度:

.temp25

现在，我们得到的一个可以用于仿真的网表如下：

.lib'/usr1/BaseArea/sample/model/hspice/mod053.lib'TT

.temp25

.optionpostconverge=1scale=1u

MN1OutputInputGNDGNDnw=3ul=3u

MP1VDDInputOutputVDDpw=3ul=3u

Vpowervddgnd5

vgateinputgnd5

.dcvgate05.1

.end

在仿真的过程中，会产生很多的临时文件以及数据文件，所以，不建议直接在home目录下面运行hspice.我们现在到存放testinv这个库的目录下面，找到存放inv这个cell的子目录，在里面建立一个文件夹，名为hspice.，把netlist文件copyto这个目录，并重命名为inv.sp（必须命名为.sp结尾，否则awaves无法识别）.在这个目录下运行hspiceinv.sp，将会出现很多提示信息，这些信息非常有用。

Run完之后，如果一切正常，没有提示error，就可以看看波形了，运行awaves&我们就来到了awaves的主界面：

图12awaves

Design菜单->Open选择inv.sp库.然后从弹出的对话筐中选择dc分析的结果：

图13resultbrowser

选择voltages中的input和output信号作为观察：

图14result

这种输入与输出之间的关系曲线，就是典型的反相器特性曲线。

但是这个特性可能不符合你的要求，你希望转换电压再小一点，或者再大一点，这个可以在网表文件种修改器件的宽和长的值来达到目的。

对于这种优化仿真，要记住的一点是：

仿真软件，只能够让你的设计思想定量化、具体化，而不能够代替你的设计思想。

如果你改了一个器件的属性之后，你不知道这种改变，会令最终结果向好的方向发展还是向不好的方向发展，而试图用软件来给你一个定性的结果，那么，这种仿真结果往往是不可靠的。

仿真之前，设计工程师必须有清醒的头脑，知道自己正在做