Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE -...

55

Transcript of Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE -...

Page 1: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 1

Page 2: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ..........................................................................................................2 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ............................................................................................................3 1. SPICE.......................................................................................................................3

1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ........................................................................................................3 1.2 SPICE ................................................................................................................4 1.3 Διαδικασία χρήσης του spice.............................................................................5 1.4 Αριθμητικές τιμές ..............................................................................................7 1.5 Μορφές ανάλυσης .............................................................................................8 1.6 Αντίσταση........................................................................................................14 1.7 Πυκνωτής.........................................................................................................14 1.8 Δίοδος ..............................................................................................................15 1.9 Διπολικό τρανζίστορ (BJT) .............................................................................16 1.10 Πηγή τάσης ....................................................................................................18

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ .........................................................................................20 2. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ.........................................................................20

2.1 ΠΥΛΗ Nand ...................................................................................................20 2.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΕΝΟΣ BIPOLAR TRANSISTOR..............................22 2.3 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΚΑΙ ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ Τ.Ε ............................................24 2.4 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ..........................................................25 2.5 ΚΥΚΛΩΜΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΥ ΔΥΟ ΠΥΛΩΝ ..............................................26

ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ ....................................................................................................27 3 MICROWIND .....................................................................................................27

3.1 Γενικά για το Microwind:................................................................................27 3.2 ΕΝΤΟΛΕΣ ΤΟΥ MICROWIND:......................................................................29 3.3 FILE MENU: .....................................................................................................30 3.4 VIEW MENU:...................................................................................................33 3.5 EDIT MENU: ....................................................................................................37 3.6 SIMULATE MENU: ........................................................................................41 3.7 COMPILE MENU:..........................................................................................44 3.8 ANALYSIS MENU:.........................................................................................46

4 ΚΑΝΟΝΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΣΤΟ Microwind:...........................................................50 4.1 Κανόνες σχεδίασης του Ν-well: .......................................................................50 4.2 Κανόνες σχεδίασης της διάχυσης: ....................................................................50 4.3 Κανόνες σχεδίασης του πολυπυριτίου:.............................................................51 4.4 Κανόνες σχεδίασης 2oυ πολυπυριτίου:..............................................................51 4.5 Κανόνες σχεδίασης επαφών (contact): .............................................................51 4.6 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου και via: ............................................................52 4.8 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου3 και via3: ........................................................53 4.9 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου4 και via4: ........................................................54 4.10 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου5 και via5: ......................................................54 4.11 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου6: ....................................................................54 4.12 Κανόνες σχεδίασης PADS:.............................................................................54

5 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ:....................................................................................................55

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 2

Page 3: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 3

ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ 1. SPICE

1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Ο σχεδιασμός ηλεκτρονικών συστημάτων είναι μια θεμελιώδης διαδικασία, κατά την οποία καλείται κανείς να συνδυάσει κατάλληλα ένα σύνολο ηλεκτρονικών στοιχείων και διατάξεων για να επιτελέσουν μια συγκεκριμένη λειτουργία. Η κατασκευή ενός «προτύπου» ηλεκτρονικού συστήματος είναι απαραίτητη και για την

επιβεβαίωση της καλής λειτουργίας καθώς και την αξιολόγηση των επιδόσεων που επιτυγχάνονται. Η προσομοίωση είναι αναπόσπαστο μέρος της διαδικασίας σχεδιασμού προτού

κατασκευαστεί το πρότυπο κύκλωμα και αφορά στην πλήρη ανάλυση του κυκλώματος υπό συγκεκριμένες συνθήκες και εισόδους, για να διαπιστωθεί αν αυτό συμπεριφέρεται σύμφωνα με τους στόχους που έχουν τεθεί αρχικά. Πιο συγκεκριμένα, ο έλεγχος μέσω της προσομοίωσης, μπορεί να περιλαμβάνει, το σημείο ηρεμίας (dc) (για κυκλώματα με τρανζίστορ), τον έλεγχο απόκρισης του κυκλώματος σε παλμούς ή σήματα ac, την απολαβή (ενίσχυση, κέρδος) ως συνάρτηση της συχνότητας. Συνεπώς, με την προσομοίωση έχουμε τη δυνατότητα να πραγματοποιήσουμε οποιονδήποτε λειτουργικό έλεγχο του κυκλώματος αλλάζοντας παραμέτρους, πράγμα που είναι αδύνατο να γίνει συστηματικά με κατασκευές πολλών προτύπων. Η επίλυση των θεωρητικών μοντέλων σε κυκλώματα με πολλά στοιχεία ή βαθμίδες

είναι περίπλοκη ή και αδύνατη με αναλυτικό τρόπο. Για το λόγο αυτό γίνεται χρήση προγραμμάτων ανάλυσης με υπολογιστή, που είναι αποτελεσματικά και επιτρέπουν τη μελέτη της επίδρασης μεγάλου πλήθους παραγόντων ή παραμέτρων σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Χρειάζεται αυτό που λέμε, γενικώς, «Computer Aided Circuit Analysis». Στα μέσα της δεκαετίας του 1960 άρχισε να χρησιμοποιείται η μέθοδος της

προσομοίωσης στο σχεδιασμό ή ανάλυση κυκλωμάτων. Τότε, αναπτύχθηκε από την εταιρία IBM το πρόγραμμα ECAP (Electric Circuit Analysis Program). Αυτό που χρειαζόταν να κάνει ο χρήστης, ήταν, να περιγράψει το κύκλωμα με συμβολισμό κόμβων (κομβικός συμβολισμός, nodal notation), που θα τον δούμε παρακάτω. Μετά από αυτό, το πρόγραμμα φρόντιζε για την κατάστρωση των εξισώσεων του κυκλώματος και τη λύση τους με αριθμητικές μεθόδους. Ακόμη και πριν αναπτυχθεί το ECAP γινόταν χρήση υπολογιστών για τη λύση εξισώσεων κυκλωμάτων, αλλά έπρεπε κάθε φορά να γράφεται ειδικό πρόγραμμα για τη συγκεκριμένη εξίσωση του μοντέλου του κυκλώματος. Αυτή η διαδικασία ήταν χρήσιμη αλλά είχε δυσκολίες και εφαρμοζόταν στην πράξη, μόνο σε απλές περιπτώσεις. Μετά από το Πρόγραμμα ECAP αναπτύχθηκαν πολλά παρόμοια προγράμματα τα οποία αποτελούσαν βελτιώσεις του αρχικού. Μερικά από αυτά είναι το SPECTRE, το TRAC, το NET και το CIRCUS. Ένα από αυτά τα προγράμματα είναι και το SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Μια επέκταση του είναι το PSpice (Personal computer Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Στο παρόν εγχειρίδιο θα ασχοληθούμε μόνο με τα δύο τελευταία προγράμματα.

Page 4: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

1.2 SPICE

To SPICE, όπως προαναφέραμε, είναι ακρωνύμιο που σημαίνει Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (πρόγραμμα εξομοίωσης με έμφαση στα ολοκληρωμένα κυκλώματα). Αναπτύχθηκε μέσα στη δεκαετία του 1970 από την ομάδα Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων του Ηλεκτρονικού Εργαστηρίου Ερευνών και το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Υπολογιστών του Πανεπιστημίου του Berkeley της California των Η.Π.Α. Ο άνθρωπος που πρώτος ανέπτυξε το SPICE είναι ο Dr Lawrence Nagel. Στο

διδακτορικό του Nagel περιγράφονται οι αλγόριθμοι και οι αριθμητικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στο SPICE. To SPICE από τότε που πρωτοεμφανίστηκε, έχει υποστεί πολλές μεταβολές και βελτιώσεις καθώς βρίσκονται λάθη (bugs), κατά την χρήση του και διορθώνονται. Παρόλο που ο χρήστης δεν είναι αναγκαίο να γνωρίζει τους μαθηματικούς αλγόριθμους που χρησιμοποιούνται στο SPICE, πρέπει να έχει ειδικές γνώσεις σχεδιασμού ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Το κύκλωμα περιγράφεται με τη χρήση ενός αρχείου (file) το οποίο αποτελεί το

αρχείο εισόδου (αρχείο εισαγωγής δεδομένων) του SPICE. To αρχείο αυτό περιέχει τα στοιχεία του κυκλώματος (αντιστάτες, πυκνωτές, αυτεπαγωγές, πηγές τάσης και ρεύματος, διατάξεις ημιαγωγών κ.α.) και περιγράφει πως συνδέονται μεταξύ τους κάνοντας χρήση αριθμών που αντιστοιχούν στους διάφορους κόμβους του κυκλώματος. Μπορεί να υπάρχουν επίσης πληροφορίες που δείχνουν τη συχνότητα των πηγών, τη θερμοκρασία, το είδος των αναλύσεων που χρειάζεται να γίνουν και πως πρέπει να παρουσιαστούν τα αποτελέσματα της κάθε ανάλυσης. Το πρόγραμμα SPICE διαβάζει το αρχείο εισόδου και βρίσκει πως πρέπει να συνδεθούν τα διάφορα στοιχεία κυκλωμάτων και διατάξεις σε κάθε κόμβο. Κατόπιν, για τη λύση του προβλήματος, χρησιμοποιεί την μέθοδο των κόμβων όπου

άγνωστοι είναι τα δυναμικά των κόμβων ως προς κάποιον κόμβο αναφοράς (του οποίου το δυναμικό λαμβάνεται ως 0). Το ρεύμα κάθε κλάδου εκφράζεται συναρτήσει της διαφοράς δυναμικού στα άκρα του και της αγωγιμότητας του. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται ο νόμος των ρευμάτων του Kirchhoff και κατόπιν καταστρώνεται ένα σύστημα εξισώσεων για το κύκλωμα το οποίο όταν λυθεί θα προσδιορίσει τα δυναμικά (τάσεις) των κόμβων. Προφανώς το SPICE πρέπει να γνωρίζει το μοντέλο των στοιχείων του κυκλώματος και των ημιαγώγιμων διατάξεων. Για την λύση του συστήματος των εξισώσεων χρησιμοποιείται η αριθμητική μέθοδος Newton - Raphson. Υπάρχουν πολλά εμπορικά πακέτα προγραμμάτων που βασίζονται στο SPICE.

Πολλά από αυτά περιλαμβάνουν χρήσιμα εργαλεία λογισμικού τα οποία έχουν προστεθεί για να κάνουν ευκολότερη την χρήση του. Εδώ, όπως είπαμε προηγουμένως, θα κάνομε χρήση του πακέτου PSpice το οποίο είναι μια παραλλαγή του SPICE που ανέπτυξε η εταιρία MicroSim. To PSpice, εκτός των άλλων, περιλαμβάνει τα προγράμματα Schematics και Probe. To Schematics χρησιμοποιεί GUI (Graphical User Interface) ώστε μπορεί να σχεδιάζει κανείς στην οθόνη του υπολογιστή το κύκλωμα με τα γνωστά σύμβολα των στοιχείων και με διάφορα μενού (menu) μπορεί να κάνει κάθε αλλαγή εύκολα. Το σχετικό αρχείο είναι τύπου .SCH . Από το κύκλωμα, το PSpice δημιουργεί text files που περιέχουν τις εντολές που περιγράψαμε. Εμείς χρησιμοποιούμε την Φοιτητική Έκδοση που δεν έχει όλες τις δυνατότητες του πλήρους πακέτου.

To Probe είναι ένα πρόγραμμα που επιτρέπει την απεικόνιση των αποτελεσμάτων στην οθόνη, και μπορεί να ενεργοποιηθεί αν μεταξύ των εντολών υπάρχει η εντολή .PROBE. Με κειμενογράφο μπορούμε να φτιάξουμε text files (τύπου .CIR) που

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 4

Page 5: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

περιέχει τις κατάλληλες εντολές. Αυτό το αρχείο μπορεί να διαβαστεί από το PSpice το οποίο, με βάση τις εντολές, πραγματοποιεί την επιδιωκόμενη ανάλυση.

1.3 Διαδικασία χρήσης του spice

Ο χρήστης του SPICE ακολουθεί την παρακάτω διαδικασία: α) Δημιουργεί ένα αρχείο εισόδου (source file) στο οποίο περιγράφει το κύκλωμα για το οποίο θα γίνει ανάλυση ή προσομοίωση. β) Εισάγει αυτό το αρχείο στο πρόγραμμα το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί το αρχείο εξόδου. γ) Δίνει εντολή να τυπωθεί το αρχείο εξόδου και αν απαιτείται κατασκευάζει διαγράμματα χρησιμοποιώντας αποτελέσματα του αρχείου αυτού. Το αρχείο εισόδου (τύπου .CIR) μπορεί να γραφτεί με οποιονδήποτε κειμενογράφο, αρκεί να μην εισάγει χαρακτήρες ελέγχου. To PSpice διαθέτει κατάλληλο κειμενογράφο που καλό είναι να προτιμάται. Το αρχείο εισόδου περιέχει, εντολές δεδομένων που περιγράφουν το κύκλωμα, περιέχει εντολές ελέγχου οι οποίες καθορίζουν το είδος της ανάλυσης και επίσης εντολές εξόδου οι οποίες περιγράφουν το είδος και τον τρόπο παρουσίασης των αποτελεσμάτων. Για να φτιάξομε στο αρχείο εισόδου τις εντολές δεδομένων, αρχίζουμε με ένα διάγραμμα του κυκλώματος (schematic) και σημειώνουμε σε αυτό, σύμφωνα με τους κανόνες του SPICE, ορισμένα στοιχεία που περιγράφονται στις παρακάτω τρεις εργασίες: 1) Δίνουμε σε κάθε στοιχείο του κυκλώματος ένα όνομα. Το αρχικό γράμμα του ονόματος πρέπει να είναι σύμφωνο με τον Πίνακα 1. Στο PSpice τα γράμματα μπορεί να είναι πεζά και κεφαλαία. Το πρόγραμμα SPICE, δηλαδή το πακέτο λογισμικού SPICE2G.6 του Πανεπιστημίου Berkeley χρειάζεται κεφαλαία. Στο PSpice τα RLOAD ή rbaseql παριστάνουν αντιστάτες. 2) Ορίζουμε ένα «κόμβο αναφοράς», κόμβος 0. Αυτός ονομάζεται και «κόμβος γείωσης» και θεωρείται ότι έχει δυναμικό 0. Τα δυναμικά όλων των άλλων κόμβων υπολογίζοντα ως προς αυτόν. Ο κόμβος αναφοράς μπορεί να μην είναι η πραγματική γείωση του κυκλώματος αλλά απλώς ο κόμβος αναφοράς για τους υπολογισμούς. 3) Δίνουμε στους άλλους κόμβους του κυκλώματος έναν αριθμό (κομβικός αριθμός) που πρέπει να είναι θετικός ακέραιος. Η διάταξη στην αρίθμηση των κόμβων είναι αυθαίρετη και οι αριθμοί δεν είναι κατ' ανάγκη διαδοχικοί. Ο κάθε κόμβος πρέπει να συνδέει τουλάχιστον δύο στοιχεία του κυκλώματος. Στο αρχείο εισόδου χρησιμοποιούμε εντολές ελέγχου που καθορίζουν τι είδους

ανάλυση θέλουμε να κάνουμε. To SPICE γενικώς μπορεί να κάνει ανάλυση για ac, dc, μεταβατικά φαινόμενα (transient), συνάρτηση μεταφοράς dc, ευαισθησία σε μικρά σήματα dc, παραμόρφωση, θόρυβο και ανάλυση Fourier. Για το σκοπό αυτό χρειάζεται να εισαχθούν στο αρχείο εισόδου μερικές (απλές) εντολές ελέγχου. Μια τέτοια εντολή μπορεί να καθορίζει την τιμή της τάσης ή ρεύματος κάποιας πηγής, το εύρος συχνοτήτων που πρέπει να έχει μία πηγή ac, το χρονικό διάστημα για το οποίο θα γίνει η ανάλυση μεταβατικών φαινομένων (μεταβατική ανάλυση) και το βήμα χρόνου που θα χρησιμοποιηθεί. Άλλες εντολές ελέγχου καθορίζουν τον τρόπο παρουσίασης των αποτελεσμάτων της ανάλυσης, π.χ. σε μορφή πίνακα ή σε γράφημα.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 5

Page 6: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Πίνακας 1 C Χωρητικότητα (πυκνωτής)D ΔίοδοςΕ Πηγή τάσης ελεγχόμενη από τάση F Πηγή ρεύματος ελεγχόμενη από ρεύμα G Πηγή ρεύματος ελεγχόμενη από τάση Η Πηγή τάσης ελεγχόμενη από ρεύμα I Ανεξάρτητη πηγή ρεύματοςJ Τρανζίστορ επίδρασης-πεδίου διεπαφής (JFET) K Συντελεστής σύζευξης αμοιβαίας επαγωγής L ΑυτεπαγωγήΜ Τρανζίστορ επίδρασης - πεδίου μετάλλου-

οξειδίου (MOSFET)Q Διπολικό τρανζίστορ διεπαφής (BJT) T Γραμμή μεταφοράςV Ανεξάρτητη πηγή τάσης

Η έξοδος του SPICE αποτελείται από πολλά μέρη. Οι εντολές εξόδου στο αρχείο εισόδου ρυθμίζουν αυτά τα μέρη και τον τρόπο εμφάνισης των αποτελεσμάτων. Στο πρώτο μέρος του αρχείου εξόδου βρίσκεται η περιγραφή του κυκλώματος. Κατ' ελάχιστο, αυτό το μέρος περιλαμβάνει τη λίστα των εντολών του αρχείου εισόδου που φτιάχτηκε για το SPICE για να χρησιμοποιηθεί στην ανάλυση. Το δεύτερο μέρος περιέχει την προκαθορισμένη (default) έξοδο για κάποιες από

τις εντολές ανάλυσης που δημιουργούν έξοδο χωρίς οδηγίες από το αρχείο εισόδου. Για παράδειγμα η εντολή εξόδου .TF πάντα οδηγεί στο να γραφούν στο αρχείο εξόδου η απολαβή (ενίσχυση), η αντίσταση εισόδου και η αντίσταση εξόδου αφού ολοκληρωθεί η ανάλυση. Το τρίτο μέρος σχετίζεται με την εκτύπωση των αποτελεσμάτων και γραφικών

παραστάσεων που έχουν ζητηθεί στο αρχείο εισόδου. Η εντολή .PRINT οδηγεί στην εκτύπωση δεδομένων της ανάλυσης. Η εντολή .PLOT οδηγεί στο να γίνουν γραφήματα στον εκτυπωτή. Το τέταρτο μέρος περιέχει πληροφορίες που συνοψίζουν μερικές στατιστικές

πληροφορίες που περιγράφουν την εκτέλεση του PSpice. Τέτοιες είναι οι απαιτήσεις για μνήμη και ο χρόνος εκτέλεσης που είναι χρήσιμα στοιχεία που μπορούν, σε συνδυασμό με προαιρετικές παραμέτρους, να κάνουν την ανάλυση πιο αποτελεσματική. Επιπλέον, το πακέτο PSpice περιλαμβάνει ένα graphics postprocessor

(μεταεπεξεργαστή γραφικών) που λέγεται PROBE. To PROBE μας επιτρέπει να κάνομε γραφήματα πρακτικώς κάθε φυσικού μεγέθους που μας ενδιαφέρει, μετά από την ανάλυση του κυκλώματος από το SPICE. To PROBE χρειάζεται να έχει πρόσβαση σε ειδικό αρχείο για να λειτουργήσει σωστά. Ένα τέτοιο αρχείο δημιουργείται κατά τη διάρκεια της ανάλυσης με το PSpice αν συμπεριληφθεί η εντολή .PROBE στο αρχείο εισόδου. Αφού τελειώσει η ανάλυση μπορεί να ενεργοποιηθεί το PROBE στο επίπεδο του λειτουργικού συστήματος ή στο επίπεδο του κελύφους οδηγιών (command shell) όπως θα δούμε παρακάτω.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 6

Page 7: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 7

Συνοψίζοντας, η διαδικασία που ακολουθούμε είναι: Δημιουργούμε το αρχείο εισόδου για το SPICE χρησιμοποιώντας έναν επεξεργαστή κειμένου (text editor). To PSpice έχει τον δικό του επεξεργαστή κειμένου. Το αρχείο είναι τύπου .CIR. Χρειάζεται πάντα στην πρώτη γραμμή να υπάρχει ο τίτλος. Η τελευταία γραμμή είναι το .END. Η διάταξη των άλλων γραμμών του κώδικα του προγράμματος μπορεί να είναι οποιαδήποτε. Φυσικά όταν υπάρχουν υποκυκλώματα (που είναι κυκλώματα που καλούνται όπως οι υπορουτίνες) ο κανόνας αυτός έχει τους προφανείς περιορισμούς. Τρέχουμε το PSpice το οποίο διαβάζει το αρχείο εισόδου, κάνει την ανάλυση του κυκλώματος και δημιουργεί το αρχείο εξόδου τύπου .OUT. Μπορούμε να έχομε και γραφήματα διαφόρων ηλεκτρικών μεγεθών που αφορούν το κύκλωμα.

1.4 Αριθμητικές τιμές

To SPICE αναγνωρίζει αριθμούς εκφρασμένους με διάφορους τρόπους. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο επιστημονικός συμβολισμός (scientific notation) 5.23E04, 8.45Ε-6 κτλ, όπου Ε σημαίνει δύναμη του 10. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθούν τα προθέματα του Πίνακα 2. Σημειώνουμε ότι, παρόλο που σε όλες τις γλώσσες εκτός από την αγγλική το σύμβολο των δεκαδικών είναι το κόμμα σε αυτά τα πακέτα (δυστυχώς) χρησιμοποιείται παντού μόνο η «κάτω» τελεία. Επίσης ο συμβολισμός των προθεμάτων δεν είναι ακριβώς αυτός του Διεθνούς Συστήματος μονάδων (SI). Τα γράμματα που δεν ανήκουν στον Πίνακα 2 αγνοούνται. Επίσης, αγνοούνται τα γράμματα που ακολουθούν μετά από ένα έγκυρο πρόθεμα. Π.χ. 270V σημαίνει 270 (αγνοείται το V) 0.27KW σημαίνει 270 (μεταφράζεται το Κ ως 1*103 και το W αγνοείται) 0.27ΚΟΗΜ σημαίνει επίσης 270 (πάλι το Κ μεταφράζεται ως 1*103 και τα υπόλοιπα αγνοούνται).

Πίνακας 2 Σύμβολο Συντελεστής Πρόθεμα F 1xl0-15 femptoΡ 1x10-12 picoU 1x10-6 microΜ 1x10-3 milli- 1 Basic UnitΚ 1x103 kiloMEG 1x106 megaG 1xl09 gigaΤ 1x1012 tera

Page 8: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

1.5 Μορφές ανάλυσης

Η ανάλυση που θα γίνει στο κύκλωμα καθορίζεται από εντολές ελέγχου στο αρχείο εισόδου.

• .DC Με αυτή την εντολή προσδιορίζεται το σημείο λειτουργίας dc του κυκλώματος. Οι πυκνωτές αποτελούν διακοπές στο κύκλωμα και οι αυτεπαγωγές βραχυκυκλώματα. Μπορεί να γίνεται μεταβολή τάσης ή ρεύματος πηγής συνεχούς κατά βήματα και κάθε φορά προσδιορισμός του σημείου λειτουργίας DC .

Έχουμε την εντολή ελέγχου,

.DC SRC START STOP INCR <SRC2 START2 STOP2 INCR2>

SRC είναι η ανεξάρτητη πηγή τάσης ή ρεύματος που μεταβάλλεται START είναι η αρχική τιμή τάσης ή ρεύματος STOP είναι η τελική τιμή INCR είναι το βήμα της μεταβολής. Οι τιμές είναι σε volt ή ampere Είναι δυνατόν να οριστεί μια δεύτερη πηγή SRC2 με τις αντίστοιχες παραμέτρους της. Αν υπάρχει δεύτερη πηγή γίνεται σάρωση των τιμών της πρώτης για κάθε μία τιμή της δεύτερης. Πρέπει να υπάρχουν εντολές .PRINT και .PLOT για να γραφτούν τα αποτελέσματα στο αρχείο εξόδου, xxx.out.

• .AC Με αυτή την εντολή γίνεται γραμμική ανάλυση μικρών σημάτων. Το SPICE βρίσκει το σημείο λειτουργίας dc και υπολογίζει τιμές για μοντέλα μικρών σημάτων για όλες τις μη γραμμικές διατάξεις (ημιαγωγούς, μη γραμμικές πηγές κτλ). Στη συνέχεια κάνει ανάλυση για κάθε συχνότητα που έχει καθοριστεί. Τα αποτελέσματα μπορεί να τυπωθούν ή να παρασταθούν γραφικά.

.AC LIN NP FSTART FSTOP .AC DEC ND FSTART FSTOP .AC OCT NO FSTART FSTOP

FSTART είναι η ελάχιστη συχνότητα (δεν μπορεί να είναι Ο ή αρνητική) και FSTOP είναι η μέγιστη συχνότητα. Οι συχνότητες στις οποίες γίνεται ανάλυση μπορεί να καθοριστούν με τρεις τρόπους,

LIN ΝΡ σημαίνει ότι θα γίνει ανάλυση σε ΝΡ πλήθος συχνοτήτων που είναι ισαπέχουσες (γραμμικά) μεταξύ FSTART και FSTOP. Στη περίπτωση μιας μόνο συχνότητας θέτουμε ΝΡ=1 και FSTART = FSTOP = η επιθυμητή συχνότητα.

DC ND σημαίνει ότι η περιοχή συχνοτήτων υποδιαιρείται σε δεκάδες με ND συχνότητες ανά δεκάδα. Οι συχνότητες κατανέμονται λογαριθμικά. Αν FSTOP δεν είναι κάποιος ακέραιος αριθμός (πλήθος) δεκάδων πάνω από το FSTART, τότε η μέγιστη συχνότητα μπορεί να υπερβεί το FSTOP.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 8

Page 9: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

OCT NO σημαίνει ότι το εύρος συχνοτήτων χωρίζεται σε οκτάβες με NO συχνότητες ανά οκτάβα. Οι συχνότητες μεταβάλλονται λογαριθμικά. Αν η FSTOP δεν είναι ακέραιο πολλαπλάσιο οκτάβων πάνω στο FSTART, η μέγιστη συχνότητα μπορεί να υπερβεί την FSTOP.

Σε αντίθεση με την περίπτωση της εντολής ελέγχου .DC εδώ δεν καθορίζεται ποιας πηγής η συχνότητα θα μεταβληθεί. Όλες οι πηγές ac μεταβάλλονται συγχρόνως. Χρειάζεται προσθήκη των εντολών όπως .PRINT και .PLOT για να γραφτεί η πληροφορία στο xxx.out.

• .TRAN Αυτή η εντολή ελέγχου σημαίνει transient (μεταβατική, εξαρτώμενη από το χρόνο) ανάλυση. Γίνεται ανάλυση όπου οι μεταβλητές υπολογίζονται συναρτήσει του χρόνου.

.TRAN TSTEP TSTOP <TSTART <TMAX» <UIC>

TSTEP είναι το βήμα χρόνου για εκτύπωση και γραφήματα

TSTOP είναι ο μέγιστος (τελικός) χρόνος ανάλυσης.

TSTART είναι το σημείο από όπου αρχίζει η εκτύπωση και το γράφημα. Υπάρχει προκαθορισμένη τιμή που είναι μηδέν. Η ανάλυση γίνεται πάντα από χρόνο μηδέν αλλά τα αποτελέσματα δεν παρουσιάζονται στο xxx.out.

TMAX είναι το μέγιστο βήμα για τους υπολογισμούς με το SPICE. Αν δεν καθοριστεί θα ληφθεί από το SPICE το ελάχιστο μεταξύ των TSTEP και (TSTEP-TSTART)/50. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί το ΤΜΑΧ για σιγουριά ότι το βήμα για τους υπολογισμούς είναι μικρότερο από το TSTEP παρουσίασης των αποτελεσμάτων. UIC σημαίνει χρήση των αρχικών συνθηκών. Αν υπάρχει το UIC τότε το SPICE δεν υπολογίζει το σημείο ηρεμίας πριν την μεταβατική ανάλυση. Τότε το SPICE κάνει το ένα από τα ακόλουθα δύο πράγματα:

1. Αν δεν υπάρχει η εντολή .IC χρησιμοποιεί τις αρχικές συνθήκες που δίνονται (για πυκνωτές, αυτεπαγωγές και ημιαγωγούς) ως το αρχικό σημείο για την ανάλυση συναρτήσει του χρόνου.

2. Αν υπάρχει η εντολή .IC θα χρησιμοποιήσει τις τάσεις των κόμβων στην εντολή .IC για να προσδιορίσει της αρχικές συνθήκες για τα διάφορα στοιχεία στο κύκλωμα.

• .OP (operating point) κάνει το SPICE να υπολογίσει το σημείο dc και να τυπώσει τα αποτελέσματα. Ο υπολογισμός γίνεται αυτόματα αν γίνεται ανάλυση AC ή όταν γίνεται μεταβατική ανάλυση, όμως τότε δεν τυπώνονται τα αποτελέσματα.

• .TF Με αυτή την εντολή ελέγχου γίνεται ανάλυση τύπου Συνάρτησης Μεταφοράς (Transfer Function) για μικρά σήματα.

.TFOUTPUTVAR INPUTSCR

OUTPUTVAR είναι η μεταβλητή εξόδου μικρού σήματος (τάση ή ρεύμα). INPUTSRC είναι η μεταβλητή εισόδου μικρού σήματος (τάση ή ρεύμα). Η εντολή ελέγχου .TF κάνει

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 9

Page 10: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ανάλυση συνάρτησης μεταφοράς μικρού σήματος dc και τυπώνει στο αρχείο εξόδου την τιμή της αντίστασης εισόδου (μέγεθος INPUTSCR) και της αντίστασης εξόδου (μέγεθος OUTPUTVAR) και επίσης την τιμή κάποιου είδους συνάρτησης μεταφορά όπως, ενίσχυση τάσης, ενίσχυση ρεύματος, διαντίσταση ή διαγωγιμότητα.

Παραδείγματα: .TF V(5) VIN

Εδώ έξοδος θα είναι η τάση στον κόμβο 5 και είσοδος θα είναι η πηγή τάσης που ορίζεται ως VIN. Η συνάρτηση μεταφοράς θα είναι η ενίσχυση τάσης.

.TF I(VIDRAIN) VGAIN

Έξοδος θα είναι το ρεύμα δια της πηγής τάσης VEDRAIN ενώ είσοδος είναι η πηγή τάσης VGATE. Η συνάρτηση μεταφοράς είναι η διαγωγιμότητα.

• .SENS Γίνεται ανάλυση ευαισθησίας και βρίσκεται η ευαισθησία σε μικρά σήματα dc για μία ή περισσότερες μεταβλητές εξόδου ως προς κάθε παράμετρο του κυκλώματος.

.SENS OV1 <OV2>...

OV1 είναι η μεταβλητή εξόδου, όπως για παράδειγμα τάση κόμβων ή ρεύμα που διέρχεται μέσα από πηγή τάσης.

• .DISTO Αυτή η εντολή χρησιμοποιείται μαζί με την εντολή .AC για να γίνει ανάλυση παραμόρφωσης.

.DISTO RLOAD INTER <SKW2 <REFPWR <SPW2>»

To SPICE θα προσδιορίσει την παραμόρφωση μικρών σημάτων μαζί με την ανάλυση μονίμων φαινομένων ac για μικρά σήματα. RLOAD είναι το όνομα της αντίστασης εξόδου μέσα στην οποία θα υπολογιστεί όλη η ισχύς παραμόρφωσης. INTER είναι το διάστημα στο οποίο θα τυπωθεί μία περίληψη της συμβολής όλων των μη γραμμικών διατάξεων στην ολική παραμόρφωση. Αν δεν δοθεί το INTER ή του δοθεί τιμή μηδέν, τότε δεν γίνεται εκτύπωση περίληψης. Για παράδειγμα, αν INTER=2 θα γίνει περίληψη κάθε δεύτερη συχνότητα ανάλυσης ac. Η ανάλυση παραμόρφωσης γίνεται με μια ή δύο συχνότητες στην είσοδο. Έστω f1 η συχνότητα της ανάλυσης ac, τότε η f2=SKW2*fi. Αν η SKW2 παραληφθεί τότε f2 = 0,9 * f1 (δηλαδή προκαθορισμένη τιμή για το SKW2 είναι το 0,9). REFPWR είναι η στάθμη ισχύος αναφοράς που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της παραμόρφωσης. Αν δεν δοθεί τότε το REFPWR είναι ImW (0 dBmW). SPW2 είναι το πλάτος για τη συχνότητα f2 αν παραληφθεί είναι SPW2=1 .

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 10

Page 11: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Η έξοδος που προκύπτει από την εντολή .DISTO περιέχει τα εξής, HD2, το πλάτος της δεύτερης αρμονικής της f1, υποθέτοντας ότι δεν υπάρχει η f2. HD3, το πλάτος της τρίτης αρμονικής της f1 χωρίς την ύπαρξη της f2. SIM2, το πλάτος της συνιστώσας (f1 + f2). DEM2, το πλάτος της συνιστώσας (f1 - f2). DEM3, το πλάτος της συνιστώσας (2f1 - f2)

• .NOISE Μαζί με την εντολή .AC υπολογίζεται ο ισοδύναμος θόρυβος εξόδου και εισόδου σε καθορισμένα σημεία εισόδου και εξόδου.

.NOISE OUTPUTV INPUTSRC NUMSUM

Με αυτή την εντολή γίνεται ανάλυση θορύβου μαζί με την ανάλυση ac μικρού σήματος μονίμου φαινομένου. OUTPUTV είναι μια τάση η οποία είναι το σημείο άθροισης εξόδου για το θόρυβο. INPUTSRC είναι το όνομα του μιας ανεξάρτητης πηγής τάσης ή ρεύματος που θα είναι η είσοδος θορύβου αναφοράς. NUMSUM είναι το διάστημα περίληψης, δηλαδή το διάστημα για το οποίο θα τυπωθεί περίληψη των συμβολών όλων των γεννητριών θορύβου. Αν δε δοθεί το NUMSUM ή γίνει μηδέν δεν δίνεται περίληψη. Αν NSUM = 5 (για παράδειγμα) τότε θα έχουμε περίληψη κάθε 5η συχνότητα ανάλυσης ac.

Παράδειγμα

.NOISE V(2,3) VIN1 10

Αυτή η εντολή σημαίνει ότι θα γίνει ανάλυση μαζί με την ανάλυση ac. Θα γίνει περίληψη για εκτύπωση κάθε 10η συχνότητα ac. Ο θόρυβος εξόδου θα μετριέται ως η διαφορά τάσης μεταξύ των κόμβων 2 και 3 και ο ισοδύναμος θόρυβος εισόδου θα αναφέρεται στην πηγή τάσης VIN1.

• .FOUR Γίνεται ανάλυση Fourier μιας μεταβλητής εξόδου. Πρέπει να γίνεται μαζί με μεταβατική ανάλυση. Υπολογίζονται τα πλάτης και οι σχέσεις των πρώτων 9 αρμονικών μιας οριζόμενης θεμελιώδους καθώς και η συνιστώσα dc.

.FOUR FREQ OV1 <OV2 OV3...>

Πρέπει να υπάρχει .TRAN! Γίνεται προσδιορισμός των πλατών της dc και των πρώτων 9 συχνοτήτων μεταξύ των οποίων είναι και η θεμελιώδης. FREQ είναι η θεμελιώδης συχνότητα. OV1 είναι η μεταβλητή (εξόδου) στην οποία γίνεται η ανάλυση Fourier. Η ανάλυση δεν γίνεται σε όλο το χρονικό διάστημα του μεταβατικού φαινομένου αλλά στο χρονικό διάστημα από ( TSTART - (χρόνος μιας περιόδου)) μέχρι TSTOP. Γι' αυτό πρέπει το χρονικό διάστημα της μεταβατικής ανάλυσης να είναι τουλάχιστον 1/FREQ.

Για να υπάρχει ικανοποιητική ακρίβεια πρέπει το μέγιστο βήμα χρόνου υπολογισμού (ΤΜΑΧ στο .TRAN) να τεθεί ίσο με (χρόνος μιας περιόδου) 7100 ή μικρότερο.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 11

Page 12: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Παράδειγμα

.FOUR 50 V(6) I(VSOURCE)

Σύμφωνα με αυτή την εντολή, θα γίνει ανάλυση Fourier για την τάση στον κόμβο 6 και επίσης για το ρεύμα δια μέσου της πηγής τάσης VSOURCE. Η θεμελιώδης συχνότητα είναι 50Ηz.

• .TEMP Αυτή η εντολή λέει στο SPICE σε τι θερμοκρασία να κάνει ανάλυση του κυκλώματος.

.ΤΕΜΡΤΚΤ2<Τ3...»

Τα Τ1,Τ2,Τ3... είναι σε βαθμούς Κελσίου. Η ελάχιστη θερμοκρασία είναι -223,0 °C. Χαμηλότερες θερμοκρασίες αγνοούνται. Η ονομαστική θερμοκρασία είναι ΤΝΟΜ=27 °C, εκτός αν χρησιμοποιηθεί στην εντολή .OPTIONS άλλη τιμή. Οι παράμετροι στα μοντέλα ημιαγωγών και αντιστατών που μεταβάλλονται με τη θερμοκρασία δίνονται στη θερμοκρασία ΤΝΟΜ.

Παράδειγμα:

.TEMP Ο 25 60 100

Η ανάλυση θα γίνει σε θερμοκρασία 0°C, 25°C, 60°C και 100°C.

• .IC Αυτή η εντολή μπορεί και καθορίζει αρχικές συνθήκες για την μεταβατική ανάλυση.

.IC V(NODENUM1) = VAL1 V(NODENUM2) = VAL2...

NODENUM1 είναι κόμβος (≠0) και VAL1 είναι η τιμή της τάσης του κόμβου. Ανάλογα ισχύουν για NODENUM2 κτλ.

Υπάρχουν δύο ερμηνείες της ανωτέρω εντολής που εξαρτώνται από την παράμετρο UIC στο .TRAN.

1) Αν υπάρχει η UIC στο .TRAN, τότε στον υπολογισμό των αρχικών συνθηκών για πυκνωτές, BJT, JFET και MOSFET χρησιμοποιούνται οι τιμές τάσεων των κόμβων που καθορίστηκαν στο .IC. Αυτό ισοδυναμεί με καθορισμό της παραμέτρου IC = ... για κάθε μία διάταξη αλλά είναι πιο βολικό. Αν καθοριστεί η παράμετρος IC = ... μίας διάταξης αυτό υπερτερεί των τιμών που καθορίζει η εντολή .IC για την ίδια διάταξη. Δεν γίνεται ανάλυση dc πριν την μεταβατική ανάλυση. Γι’ αυτό πρέπει να καθοριστούν οι τάσεις dc των πηγών με χρήση της

2) εντολής .IC αν αυτό χρειάζεται για να υπολογιστούν αρχικές συνθήκες της διάταξης.

3) Αν δεν υπάρχει το UIC στην εντολή .TRAN, τότε θα γίνει ανάλυση πόλωσης dc

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 12

Page 13: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

(αρχική μεταβατική) πριν την μεταβατική ανάλυση. Οι τάσεις των κόμβων που καθορίζονται στην εντολή .IC θα αναγκαστούν να πάρουν τις επιθυμητές αρχικές τιμές πόλωσης, κατά την ανάλυση πόλωσης. Κατά την μεταβατική ανάλυση, δεν θα ληφθεί υπόψη αυτός ο περιορισμός για τους κόμβους.

• .WIDTH: Η εντολή είναι,

WIDTH IN = COLNUMIN OUT = COLNUMOUT

Όπου COLNUMIN είναι ο αριθμός της τελευταίας στήλης του αρχείου εισόδου που διαβάζει το SPICE. Η εντολή εκτελείται αμέσως μετά την εισαγωγή της. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να γράφεται μετά τον τίτλο του αρχείου εισόδου. Το εύρος του αρχείου εξόδου είναι COLNUMOUT, οι επιτρεπτές τιμές είναι 80 και 133. Καλό είναι για να μην υπάρχουν προβλήματα με μερικούς υπολογιστές που έχουν σαν προκαθορισμένη τιμή τις 133 στήλες, κατά την παρουσίαση των αποτελεσμάτων στην οθόνη, να μπαίνει η εντολή ελέγχου .WIDTH OUT = 80 που περιορίζει το εύρος στους 80 χαρακτήρες.

• .OPTIONS: Υπάρχουν 32 δυνατότητες (options) που μπορούν να ορισθούν. Μεταξύ αυτών αναφέρουμε ενδεικτικά τη δυνατότητα για μεταβολή της προκαθορισμένης ονομαστικής θερμοκρασίας. ΤΝΟΜ=x μεταβάλει την ονομαστική θερμοκρασία. Η προκαθορισμένη τιμή της είναι 27 °C.

.OPTIONS OPT1 ΟΡΤ2 ή και ΟΡΤ = ΟΡΤVAL...

Παράδειγμα

.OPTIONS TNOM=0

Η εντολή αυτή κάνει την ονομαστική θερμοκρασία 0°C.

• .NODESET: Η εντολή είναι, .NODESET V(NODENUM1) =

VAL1 V(NODENUM2) = VAL2...

Όπου NODENUM είναι θετικός ακέραιος που δηλώνει κόμβο (όχι τον κόμβο 0) και VAL είναι η τάση αυτού του κόμβου. To SPICE θα κάνει την αρχική προσπάθεια να βρει λύση για ένα σημείο πόλωσης DC ή μεταβατικό, με τους κόμβους που ορίστηκαν κρατημένους στις τάσεις που δόθηκαν. Δεν χρειάζεται να δοθούν οι τάσεις σε όλους τους κόμβους. Κατόπιν αυτός ο περιορισμός αίρεται και το SPICE συνεχίζει προς τη σωστή λύση. Αυτή η εντολή μπορεί να είναι χρήσιμη σε ασταθή ή δισταθή κυκλώματα, όπου ο προγραμματιστής μπορεί να εικάσει τιμές για μερικούς κόμβους.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 13

Page 14: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

1.6 Αντίσταση Rxxxxxx Nl N2 VALUE <TC=TC1<,TC2>> Αυτό παριστάνει τον αντιστάτη Rxxxxxx συνδεδεμένο μεταξύ των κόμβων Ν1 και Ν2. Η ονομαστική τιμή αντίστασης είναι η value, στην ονομαστική τιμή θερμοκρασίας (tnom)· Η τιμή της αντίστασης στη θερμοκρασία temp δίνεται από τον τύπο: VALUE(temp) = VALUE(tnom)* (1 + TC1*(temp-tnom) + TC2 (temp-tnom)2 ) Δηλαδή τα TCI και TC2 είναι συντελεστές στη σχέση δευτέρου βαθμού που καθορίζει την εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία. Αν τα TC1 TC2 δεν δοθούν, θεωρούνται μηδέν. Παραδείγματα: Απλή περίπτωση: R1 5 11 3.6Ε3 Αυτό σημαίνει ότι ο αντιστάτης R1 είναι συνδεδεμένος μεταξύ των κόμβων 5 και 11 και έχει τιμή 3,6x 103 Ω= 3600 Ω.

1.7 Πυκνωτής Cxxxxxx N+ Ν- VALUE <IC= INCOND > N1, N2 είναι οι κόμβοι όπου είναι συνδεδεμένος ο πυκνωτής. Ν+ είναι ο θετικός κόμβος και Ν- ο αρνητικός. ΙC είναι η τιμή τάσης στον πυκνωτή την χρονική στιγμή μηδέν και είναι προαιρετική. Αν έχει δοθεί τέτοια αρχική συνθήκη, λαμβάνεται υπόψη στην ανάλυση μόνο αν έχει συμπεριληφθεί στην εντολή ελέγχου .TRAN η δυνατότητα UIC (use initial conditions, χρησιμοποίησε αρχικές συνθήκες). Η εντολή .TRAN σημαίνει ανάλυση μεταβατικών φαινομένων (transient), μεταβατική ανάλυση. Παράδειγμα: C15 31 7 15U IC=-1V Αυτό σημαίνει ότι ο πυκνωτής C15, είναι συνδεδεμένος μεταξύ του κόμβου 31 (θετικός ακροδέκτης) και του κόμβου 7 (αρνητικός ακροδέκτης). Η χωρητικότητα του είναι 15*10-6F = 15 μF και ο πυκνωτής είναι αρχικά φορτισμένος σε τάση 1V με τον κόμβο 31 αρνητικό ως προς τον 7. Αν ο πυκνωτής δεν είναι γραμμικός και η χωρητικότητα του εξαρτάται από την τάση του, αυτό δηλώνεται με την εντολή: Cxxxxxx Ν+ Ν- POLY C0 C1 C2... <IC=INCOND> όπου C0, C1, C2...συντελεστές στο πολυώνυμο: C= C0 +C1*V +C2*V2+... To C είναι σε farad και το V σε volt. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 14

Page 15: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

1.8 Δίοδος Η εντολή για δίοδο διεπαφής έχει τη μορφή, Dxxxxxx N+ Ν- MODNAME <AREA> <OFF> <IC=VD> Dxxxxxx είναι το όνομα της διόδου. Ν+ είναι ο κόμβος όπου είναι συνδεδεμένη η «άνοδος» της διόδου και Ν- είναι ο κόμβος που είναι συνδεδεμένη η «κάθοδος». MODNAME είναι το όνομα του μοντέλου που χρησιμοποιείται στην εντολή ελέγχου .MODEL. Οι προαιρετικές παράμετροι είναι, AREA - είναι ο συντελεστής επιφάνειας ο οποίος μας λέει πόσες δίοδοι του τύπου του μοντέλου MODNAME συνδέονται παράλληλα και φτιάχνουν τη δίοδο Dxxxxxx. OFF - αρχική συνθήκη του Dxxxxxx για την ανάλυση dc . IC=VD - κάνει το SPICE να χρησιμοποιήσει το VD ως αρχική συνθήκη για την τάση της διόδου αντί για την τάση ηρεμίας της διόδου, όταν γίνεται μεταβατική ανάλυση. Η γενική μορφή της εντολής για το μοντέλο διόδου διεπαφής είναι, .MODEL MODNAME D <(PAR1=PVAL1 PAR2=PVAL2...)> MODNAME είναι το όνομα του μοντέλου που δώσαμε στη δίοδο σε κάποια εντολή στοιχείου κυκλώματος. To D δηλώνει ότι ο ημιαγωγός είναι δίοδος. PARxx = PVALxxx δίνει την τιμή στην κάθε παράμετρο από αυτές του Πίνακα 3.

ΠΙΝΑΚΑΣ 3

Παράμετροι μοντέλου διόδου. # Σύμβολο Παράμετρος Μονάδες Προκαθορισμένες

τιμές 1 IS saturation current A 1,0 X 10-14 2 RS ohmic resistance Ω 0 3 Ν emission coefficient - 1 4 ΤΤ transit time s 0 5 CJO zero bias junction capacitance F 0 6 VJ junction potential V 1 7 Μ grading coefficient - 0,5 8 EG activation energy eV 1,11 9 ΧΤΙ saturation current

temperature exponent - 3

10 KF flicker noise coefficient - 0 11 AF flicker noise exponent - 1 12 FC coefficient for forward bias

depletion capacitance formula - 0,5

13 BV Reverse breakdown voltage V Infinite 14 IVB Current at breakdown voltage A 1,0 X 10-3

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 15

Page 16: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

D1 7 9 H11 (εντολή στοιχείου διόδου). .MODEL H11 D(RS=0.5 BV=400 IBV=50M) Οι εντολές αυτές δηλώνουν ότι, η δίοδος D1 είναι συνδεδεμένη μεταξύ των κόμβων Ν+ = 7 και Ν- = 9 και το μοντέλο έχει όνομα Η11. Η άνοδος είναι στο 7 και η κάθοδος στο 9. Το μοντέλο H11 λέει ότι η ωμική αντίσταση της διόδου είναι 0,5 Ω, η ανάστροφη τάση διάσπασης είναι 400 V και το ρεύμα στην ανάστροφη τάση διάσπασης είναι 50 mA

1.9 Διπολικό τρανζίστορ (BJT) Η εντολή για διπολικό τρανζίστορ είναι, Qxxxxxx NC ΝΒ ΝΕ <NS> MODNAME <AREA><OFF><IC=VBE,VCE> To Q δηλώνει διπολικό τρανζίστορ. Qxxxxxx είναι το όνομα του τρανζίστορ. NC, ΝΒ και ΝΕ είναι οι κόμβοι όπου συνδεδεμένα αντίστοιχα ο συλλέκτης, η βάση και ο εκπομπός. MODNAME είναι το όνομα του μοντέλου που χρησιμοποιείται σε μια εντολή ελέγχου που λέγεται .MODEL . Υπάρχουν και προαιρετικές παράμετροι που είναι, NS - δηλώνει τον κόμβο όπου είναι συνδεδεμένο το υπόστρωμα (substrate), αν δεν δίνεται τότε ισχύει προκαθορισμένη τιμή που είναι ο κόμβος 0. AREA - είναι ο συντελεστής επιφάνειας ο οποίος καθορίζει πόσα διπολικά τρανζίστορ (BJT) με μοντέλο το MODNAME τοποθετούνται παράλληλα για να φτιαχτεί ένα Qxxxxxx . OFF - αρχική συνθήκη για το Qxxxxxx για ανάλυση dc . ΙC = VBE, VCE - καθορισμός αρχικών συνθηκών, για χρήση με την δυνατότητα UIC της εντολής ελέγχου .TRAN. Αυτό δεσμεύει το SPICE να χρησιμοποιήσει ως αρχικές συνθήκες τα VBE , VCE αντιστοίχως για τις τάσεις βάσης-εκπομπού και συλλέκτη-εκπομπού, αντί για τις τάσεις διεπαφής του σημείου ηρεμίας όταν γίνεται μεταβατική ανάλυση. Η γενική εντολή για το μοντέλο διπολικού τρανζίστορ είναι, .MODEL MODNAME NPN <(PAR1=PVAL1 PAR2=PVAL2 ...)> Παράδειγμα: Q11 4 10 5 SMALLSΙΗ .MODEL SMALLSΙΗ NPN (BF=140) Αυτές οι εντολές δηλώνουν ότι, το τρανζίστορ Q11 είναι διπολικό (BJT), έχει τον συλλέκτη στον κόμβο 4, τη βάση στον κόμβο 10 και τον εκπομπό στον 5. Το τρανζίστορ είναι ΝΡΝ με β=140. Αντί για NPN μπορεί να έχουμε ΡΝΡ. Υπάρχουν 40 παράμετροι (PAR με τιμές PVAL) για το τρανζίστορ. Βλέπε Πίνακα 4 .

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 16

Page 17: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 17

ΠΙΝΑΚΑΣ 4 ( Modified Gummel-Poon BJT Παράμετροι)

Παράμετροι μοντέλου διπολικού τρανζίστορ

# 'Ονομα Παράμετρος Μονάδες Προκαθορισμένες τιμές

1 IS transport saturation current A 1,0 X 10-16 2 BF ideal maximum forward beta - 100 3 NF forward current emission coefficient - 1 4 VAF forward early voltage V Infinite

5 IKF corner for forward beta high current roll-off A Infinite

6 ISE B-E leakage saturation current A 1,0 X 10-13 7 ΝΕ B-E leakage emission coefficient - 1,5 8 BR Ideal maximum reverse beta - 1 9 NR reverse current emission coefficient - 1 10 VAR reverse Early voltage V Infinite 11 IKR corner for reverse beta high current roll-off A Infinite 12 ISC B-C leakage saturation current A 0 13 NC B-C leakage emission coefficient - 21,5 14 RB zero bias base resistance Ohms 0

15 IRB current where base resistance galls halfway to its min value A Infinite

16 RBM minimum base resistance at high currents Ohms RB 17 RE emitter resistance Ohms 0 18 RC collector resistance Ohms 0 19 CJE B-E zero-bias depletion capacitance F 0 20 VJE B-E built-in potential V 0,75 21 MJE B-E junction exponential factor - 0,33 22 TF ideal forward transit time sec 0 23 XTF coefficient for bias dependence of TF - 0 24 VTF voltage describing VBC dependence of TF V Infinite 25 IRF high-current parameter for effect of TF A 0 26 PRF excess phase at freq=l,0/(TF*2PI)Hz deg 0 27 CJC B-C zero-bias depletion capacitance F 0 28 VJC B-C built-in potential V 0,75 29 MJC B-C junction exponential factor - 0,33

30 XCJC fraction of B-C depletion capacitance connected to interval base node - 1

31 TR ideal reverse transit time Sec 0 32 CJS zero-bias collector-substrate capacitance F 0 33 VJS substrate junction built-in potential V 0,75 34 MJS substrate junction exponential factor - 0

35 ΧΤΒ forward and reverse beta temperature exponent - 0

36 EG energy gap for temperature effect on IS EV 1,11 37 ΧΤΙ temperature exponent for effect on IS - 3 38 KF flicker-noise coefficient - 0 39 AF flicker-noise exponent - 1

Page 18: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

40 FC coefficient for forward-bias depletion capacitance formula - 0,5

1.10 Πηγή τάσης: Vxxxxxx Ν+ Ν- <<DODC/TRAN-VALUE><AC<ACMAG<ACPHASE>>> <TRANKIND (TPAR1 TPAR2...)>> To N+ και το Ν- σημαίνει ότι θετικό ρεύμα ρέει από τον κόμβο Ν+ προς τον κόμβο Ν- μέσα από την πηγή. Τα άλλα σύμβολα είναι γενικά προαιρετικά. To DC μετά τα Ν+ και Ν- σημαίνει ότι η τάση είναι σταθερή με το χρόνο. To DC/TRAN-VALUE καθορίζει το μέγεθος (VALUE) της πηγής για την οποία θα γίνει ανάλυση DC και μεταβατική ανάλυση. Αν είναι μηδέν μπορεί να μην δοθεί καθόλου. To AC σημαίνει αρμονική εξάρτηση με τον χρόνο. Το πλάτος και η φάση σε αυτή την περίπτωση είναι ACMAG και ACPHASE (σε μοίρες). Τα ACMAG και ACPHASE μπορεί να παραληφθούν οπότε το ACMAG έχει την προκαθορισμένη τιμή 1 V και το ACPHASE την τιμή μηδέν. Επιπλέον, μόνο για μεταβατική ανάλυση, μία ανεξάρτητη πηγή μπορεί να περιγράφεται με μία από τις 5 συναρτήσεις του χρόνου, 5 δυνατότητες, (TRANKIND): pulse, sinusoidal, exponential, piece wise linear ή μοναδικής συχνότητας FM Οι δύο συναρτήσεις του χρόνου που μας ενδιαφέρουν είναι οι εξής: 1. PULSE. Ένας μοναδικός παλμός ή τρένο παλμών με χρόνο ανόδου και χρόνο καθόδου που μπορούν να καθοριστούν. Vxxxxxx N+ N- PULSE (V1 V2 TD TR TF PW PER) Αυτή η εντολή δείχνει τη χρήση του PULSE για ανεξάρτητες πηγές τάσης και ρεύματος. V1 αρχική τιμή σε volt ή ampere (η τιμή πρέπει να καθοριστεί), V2 τελική τιμή σε volt ή ampere (η τιμή πρέπει να καθοριστεί), TD Χρονική καθυστέρηση (η προκαθορισμένη τιμή, default, είναι 0) σε second, TR χρόνος ανόδου (η προκαθορισμένη τιμή είναι tstep) σε second, TF χρόνος καθόδου (η προκαθορισμένη τιμή είναι tstep) σε second, PW εύρος παλμού (η προκαθορισμένη τιμή είναι tstop) σε second, PER περίοδος (η προκαθορισμένη τιμή είναι tstop) σε second. Τα TSTEP και TSTOP αναφέρονται στα μεγέθη του βήματος και τελικού χρόνου για την μεταβατική ανάλυση και καθορίζονται με την εντολή .TRAN TSTEP TSTOP . Βλέπε Σχήμα 1.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 18

Page 19: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

2. SIN. Αρμονική με τον χρόνο εξάρτηση όπου το ξεκίνημα μπορεί να γίνει μετά από καθυστέρηση από το μηδέν. Μπορεί να έχει και εξάρτηση φθίνουσα (αρμονική) με τον χρόνο. Η χρήση για ανεξάρτητες πηγές είναι: Vxxxxxx N+ N- SIN(V0 VA FREQ TD THETA) V0 απόκλιση (offset) σε volt ή ampere (η τιμή πρέπει να καθοριστεί), VA πλάτος σε volt ή ampere (η τιμή πρέπει να καθοριστεί), FREQ συχνότητα (η προκαθορισμένη τιμή είναι 1/TSTOP) σε Hz, TD καθυστέρηση (η προκαθορισμένη τιμή είναι 0) σε second, ΤΗΕΤΑ συντελεστής απόσβεσης (η προκαθορισμένη τιμή είναι 0) σε 1/s. Βλέπε Σχήμα 2.

Τα TSTEP και TSTOP βρίσκονται στην εντολή .TRAN TSTEP TSTOP και είναι το βήμα και ο μέγιστος χρόνος της μεταβατικής ανάλυσης. Γενικά ισχύει για t ≤ TD ισχύει V = V0 και για t ≥TD έχουμε V = V0 + VA * exp( -(t-TD) * theta) * sin (2 * π *freq * (t - TD ))

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 19

Page 20: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ 2. ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

2.1 ΠΥΛΗ Nand

1) Ανοίξτε ένα νέο αρχείο PSPICE με όνομα Nand7400.cir και πληκτρολογήσατε σε ένα text editor τον κώδικα του παρακάτο κυκλώματος.

2) Υπολογίστε τις τάσεις και τα ρέυματα στους κόμβους του κυκλώματος. 3) Ζητήσατε την DC χαρακτηριστική μεταφοράς μεταξύ των σημάτων εξόδου

(V8) και εισόδου (V1) 4) Επίσης ζητήσατε την Transient ανάλυση. 5) Πόση είναι η κατανάλωση του κυκλώματος;

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 20

Page 21: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Το Input File του παραπάνω κυκλώματος. STANDARD 7400 TTL INPUT VCC 3 0 DC 5V VIN 1 0 PULSE (0V 5V 0S 2NS 2NS 50NS 100NS) RB 3 2 4K RC 3 4 1.6K RCP 3 6 120 RD 5 0 1K DP 7 8 METAB1 DC 0 1 METAB1 .MODEL METAB1 D (CJO=0.5PF) Q1 9 2 1 METAB2 QS 4 9 5 METAB2 QP 6 4 7 METAB2 QO 8 5 0 METAB2 . MODEL METAB2 NPN (BF=100 VA=80 IS=1E-14 VA=80 + RB=100OHM RC=2OHM CJC=2PF CJE=4PF) .DC VIN 0V 5V 0.1V .PLOT DC V (8) .TRAN 1NS 125NS .PLOT TRAN V(1) V(8) .END

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 21

Page 22: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

2.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΕΝΟΣ BIPOLAR TRANSISTOR

1) Ανοίξτε ένα νέο αρχείο PSPICE με όνομα Bipolar.cir και πληκτρολογήστε το Input File του παρακάτω κυκλώματος.

2) Το PSPICE θα υπολογίσει τις τάσεις και τα ρεύματα στους κόμβους 0,1,2, και 3.

3) Παρατηρήστε στην DC ανάλυση, το σμήνος των χαρακτηριστικών του τρανζίστορ, ζητώντας να σχεδιάσει τα ρεύματα I(VM).

1

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 22

Page 23: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 23

4) ακολουθεί το Input File του κυκλώματος

Bipolar transistor characteristics .MODEL Q2N2222 NPN IS=3f VAF=140 BF=250 VAR=60 BR=7 + TR=50n TF=450p VTF=10 XTF=2 ITF=.1 NF=1.0 NR=1.1 NE=1.55 + NC=2 ISE=150f ISC=100f NK=0.9 IKF=20m IKR=5m RB=50 RC=10 + RE=0.2 CJC=15p VJC=.75 MJC=.45 FC=.5 CJE=25p VJE=.75 + MJE=.33 XTI=3 XTB=1.5 EG=1.11 IB 0 1 VC 3 0 VM 3 2 QA 2 1 0 Q2N2222 .DC VC 0 5V 0.05V IB 10U 100U 10U .PRINT DC I(VM) .END

Page 24: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

2.3 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΚΑΙ ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ Τ.Ε

ΙΔΑΝΙΚΟΣ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

1) Ανοίξτε ένα καινούργιο αρχείο στο spice και πληκτρολογείστε το input file του κυκλώματος του παρακάτω σχήματος .

2) Το Spice θα υπολογίσει τις τάσεις και τα ρεύματα σε όλους του κόμβους 3) Η V(3) είναι η τάση εξόδου του αναστρέφοντα τελεστικού ενισχυτή, ενώ η V(6) είναι η τάση εξόδου του μη αναστρέφοντα. 3) Επιβεβαιώστε τη συμπεριφορά του κυκλώματος. 4) Παρατηρήστε την transient ανάλυση την αναστροφή και τη μη αναστροφή,

αλλάζοντας την αντίστοιχη γραμμή στο input file. Σε αυτό το κύκλωμα που είναι 2 σε 1, δηλαδή σε ένα πρόγραμμα SPICE είναι καταχωρημένα και τα δύο σχήματα, πρέπει έξοδος να ενισχύεται σύμφωνα με τους παρακάτω τύπους:

12

1INV

RR

out ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= για τον αναστρέφων Τ.Ε.

24

31 INVRR

out ⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= για τον μη αναστρέφων Τ.Ε.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 24

Page 25: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Ο ΚΩΔΙΚΑΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ inverting and non-inverting amplifiers .SUBCKT AMP 1 2 3 RIN 1 2 1MEG ROUT 3 4 1K E1 4 0 1 2 1MEG .ENDS AMP VIN1 1 0 DC 1V VIN2 4 0 DC 1V R1 2 3 10K R2 1 2 1K R3 5 6 10K R4 5 0 1K X1 0 2 3 AMP X2 4 5 6 AMP .TF V(3)VIN1 *.TF V(6) VIN2 .OP .TRAN 1 1 0 .END

2.4 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ

Παρακάτω έχουμε ένα κύκλωμα Ενισχυτή Κοινού Εκπομπού με πυκνωτή στον Εκπομπό που επιτρέπει τη διέλευση των εναλλασσόμενων σημάτων προς τη γη χωρίς να περνούν από την αντίσταση RE. Αυτό συνεπάγεται μια ελαφρώς μεγαλύτερη ενίσχυση αλλά με λιγότερο εύρος σε σχέση με αυτόν χωρίς τον πυκνωτή CE.

Σχήμα Ενισχυτή Κοινού Εκπομπού με πυκνωτή CE

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 25

Page 26: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

1. Να γίνει transit ανάλυση του κυκλώματος Vin και Vout με και χωρίς τον πυκνωτή CE

2. Εύρεση του AV, με και χωρίς τον πυκνωτή CE 3. Γιατί και πώς διαφέρουν.

Η VIN είναι γεννήτρια ημιτονικού σήματος από 0 έως 1MV και συχνότητας 1ΚΗΖ Τα χαρακτηριστικά για spice ανάλυση του τρανζίστορ Q είναι : IS=1.9E-14 BF=150 VAF=100 IKF=.175 ISE=5E-11 NE=2.5 + BR=7.5 VAR=6.38 IKR=.012 ISC=1.9E-13 NC=1.2 RC=.4 + XTB=1.5 CJE=26PF TF=.5E-9 CJC=11PF TR=30E-9 KF=3.2E-16 + AF=1.0

2.5 ΚΥΚΛΩΜΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΥ ΔΥΟ ΠΥΛΩΝ

1) Οι γεννήτριες V1,V2 είναι πυγές τετραγωνικού παλμού ψηφιακού σήματος ‘1’ και ‘0’ δηλ. 5V.

2) Τα χαρακτηριστικά για spice ανάλυση των διόδων (ίδιες) είναι : IS=1E-14 CJO=30p VJ=0.8 TT=1n RS=5 M=0.5 BV=50 IBV=2m

3) Οι γεννήτριες πρέπει να εναλλάσσονται με τέτοιο τρόπο ώστε να υλοποιούν και τα τέσσερα ψηφιακά επίπεδα.

4) Ζητείτε η transit ανάλυση του κυκλώματος. 5) Ποιες λογικές πύλες πραγματοποιεί το κύκλωμα;

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 26

Page 27: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ

3 MICROWIND

3.1 Γενικά για το Microwind:

Το Microwind είναι ένα πρόγραμμα που αναπτύχθηκε από ένα Γαλλικό πανεπιστήμιο (INSA) λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες εκπαίδευσης των άλλων πανεπιστημίων παγκόσμια Το πρόγραμμα Microwind επιτρέπει στον φοιτητή να σχεδιάσει και να εξομοιώσει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα σε μια περιγραφή φυσικού επιπέδου. Το πακέτο αυτό περιέχει μια βιβλιοθήκη από συνήθη λογικά και αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα για επίδειξη και εξομοίωση. Επίσης περιλαμβάνει όλες τις εντολές για ένα editor κατασκευής μάσκας. Η εξαγωγή των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών γίνεται αυτόματα και ο αναλογικός εξομοιωτής παράγει αμέσως τις καμπύλες τάσης, ρεύματος. Περιλαμβάνει επίσης και τα αρχικά εργαλεία που έχουν μαζευτεί ποτέ πριν σε μια ενιαία ενότητα (2D και 3D διαδικασίας, μεταγλωττιστή VERILOG ή βοήθημα στις συσκευές MOS). Μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση στην προσομοίωση κυκλωμάτων (η οποία περιλαμβάνει την αξιολόγηση καθυστέρησης και κατανάλωσης ισχύος) με το πάτημα ενός πλήκτρου. (Το πάτημα ενός και μόνο κουμπιού για όλες τις προσομοιώσεις και τις αναλύσεις που χρειάζονται, επιτρέπουν στους εκπαιδευτικούς να επικεντρωθούν στη διδασκαλία των πραγματικών πτυχών σχεδίου από το να σπαταλάνε το χρόνο τους διδάσκοντας τις διαδικασίες σύνταξης.). Η ηλεκτρική εξαγωγή του κυκλώματός, εκτελείται αυτόματα και ο αναλογικός προσομοιωτής παράγει την τάση και τις τρέχουσες καμπύλες αμέσως. Μας παρέχει επίσης τη δυνατότητα να δούμε και τρισδιάστατα (3D) σχέδια, όχι μόνο 2D.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 27

Page 28: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Το λογισμικό MICROWIND περιλαμβάνει τις ακόλουθες ενότητες: nanoLambda: Εργαλείο σχεδιαγράμματος ακρίβειας CMOS μέχρι 90nm DSCH: Σχηματικός συντάκτης και προσομοιωτής VirtuosoFab: Αγγίξτε τη βαθιά υπό-τεχνολογία PROthumb μικρού: Μικτή προσομοίωση και ανάλυση PROtutor σημάτων: Ειδική πανεπιστημιακή έκδοση με τα ενισχυμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα MEMsim κατάρτισης: Μη πτητικοί επιπλέοντες προσομοιωτές μνήμης πυλών Υπάρχουν διάφορες εκδόσεις Microwind. Μια πρώτη ματιά για το πώς είναι το περιβάλλον του Microwind, φαίνετε παρακάτω. Αν και αυτό είναι το περιβάλλον του Microwind2 δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές με το Microwind3, με το οποίο και θα ασχοληθούμε στις επόμενες σελίδες.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 28

Page 29: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 29

3.2 ΕΝΤΟΛΕΣ ΤΟΥ MICROWIND: File New | Open | Insert | Import CIF | Save/Save As | Convert Into | Select Foundry | Colors | Properties | Print Layout | Leave Microwind

View Refresh | Unselect All | View All | Zoom In/Out | View Node | Mos List | Label List |Navigator Window | Palette Window | Simulation Icons

Edit Undo | Cut | Copy | Paste | Move Area or Stretch | Move Step by Step | Flip & Rotate | Protect/Unprotect All | Generate | Virtual RLC | Duplicate XY | Connect Layers | Draw Box | Measure Distance

Simulate Run simulation | Using model | Simulation on Layout | With crosstalk | Simulation parameters | UV Exposure | MOS characteristics | Process section in 2D | Process steps in 3D

Compile Compile one line | Compile Verilog File

Analysis Design Rule Checker | Parametric Analysis | Find Floating Nodes | Measure Distance | Resonant Frequency | Interconnect Analysis with FEM

Help About Microwind | Design Rules | Reference Manual

Getting Started :

Για να ξεκινήσει το πρόγραμμα MICROWIND, χρησιμοποιήστε την ακόλουθη διαδικασία:

• Τοποθετήστε το CD-ROM MICROWIND στην συσκευή. • Κάτω από τα παράθυρα 95/NT, κάντε click στην έναρξη → εκτέλεση (ή

Start → Execute). • Πληκτρολογείστε D:install και πιέστε ENTER. • Διπλό click στην εικόνα Microwind για να αρχίσει το λογισμικό.

Η γραμμή εντολής μπορεί να περιλάβει δύο παραμέτρους. Η πρώτη παράμετρος είναι το αρχείο μασκών προεπιλογής που φορτώνεται στην αρχή. Η δεύτερη παράμετρος είναι το αρχείο κανόνα σχεδίου που φορτώνεται επίσης στην αρχή. Μπορείτε να προγραμματίσετε την εικόνα Microwind με ένα δεξί click και έπειτα "Properties".

Page 30: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

3.3 FILE MENU: New (File menu): Επιλέγουμε click στο File → New προκειμένου να επανεκκινηθεί το λογισμικό σε μια κενή οθόνη. Το τρέχον σχέδιο πρέπει να σωθεί πρώτου εκτελέσετε αυτήν την εντολή, μιας και όλες οι γραφικές πληροφορίες θα χαθούν φυσικά από τη μνήμη του υπολογιστή. Καμία εντολή Undo δεν είναι διαθέσιμη για να θέσει εκτός λειτουργίας τη νέα εντολή. Open (File Menu) : Εκτελώντας αυτή την εντολή έχουμε φόρτωση του επιθυμητού αρχείου. ".MSK" είναι η επέκταση προεπιλογής που αντιστοιχεί στα αρχεία σχεδιαγράμματος. Μπορούμε να φορτώσουμε και CIF αρχεία ".CIF". Σε περίπτωση που έχουμε αρχείο CIF καλούμε ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα το μετασχηματίζει το αρχείο CIF σε MSK σχήμα. Insert (File Menu) : Η εντολή File → Insert χρησιμοποιείται για να προσθέσει ένα αρχείο σχεδιαγράμματος MSK στα υπάρχοντα αρχεία. Το σχεδιάγραμμα δημιουργείται στη δεξιά χαμηλότερη πλευρά του υπάρχοντος σχεδιαγράμματος. Το τρέχον όνομα αρχείων παραμένει αμετάβλητο.

Import CIF (File Menu) :

Η εντολή File → Import CIF (επαγγελματική έκδοση) ή File → Open (with type "CIF file") μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εισαγάγει μια CIF περιγραφή σχεδιαγράμματος, που παράγεται από ένα άλλο εργαλείο σχεδιαγράμματος όπως: CADENCE, MENTOR, ZUKEN κ.λ.π.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 30

Page 31: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Το κεντρικό αρχείο πρέπει να περιέχει την σχέση μεταξύ των στρωμάτων Microwind και των CIF στρωμάτων. Στο .RUL αρχείο, η CIF σύνταξη περιγραφής είναι η ακόλουθη: "CIF <Microwind layer> <import CIF layer> <overetch>". Στο παράδειγμα κατωτέρω, το Microwind στρώμα "metal" περιγράφεται ως "mtl1" στο CIF αρχείο. Όλα τα metal boxes επαναταξινομούνται με ένα αρνητικό 0,01µm όταν εισάγονται από CIF αρχείο, και με θετικό 0.01µm κατά την παραγωγή CIF αρχείου για να εξαγάγουμε το σχεδιάγραμμα. Το overetch χρησιμοποιείται κυρίως στην περίπτωση των επαφών, δεδομένου ότι ο βασικός κανόνας 2 λάμδα για το πλάτος επαφών έχει κρατηθεί τυποποιημένος για όλες τις τεχνολογίες. Παράδειγμα: cif metal mtl1 0.01 Save/Save as (File Menu) :

• Κάντε click στο File → Save για να σώσετε το σχεδιάγραμμα με το τρέχον όνομά του. Το όνομα προεπιλογής είναι "όνομα.MSK".

• Στην περίπτωση "Save As…", ένα νέο παράθυρο εμφανίζεται, στο οποίο πρόκειται να εισαγάγετε το όνομα σχεδίου. Χρησιμοποιήστε το πληκτρολόγιο και δακτυλογραφήστε το επιθυμητό όνομα αρχείων. Πιέστε " Save ". Το σχέδιό σας καταχωρείται τώρα μέσα στο παράρτημα .MSK.

Convert into (File Menu) : Τo Microwind μετατρέπει τα στοιχεία σχεδιαγράμματος CIF χρησιμοποιώντας μια συγκεκριμένη διεπαφή, επικαλούμενο το "File → Convert Into → CIF layout file". Το CIF αρχείο μπορεί να εξαχθεί στο λογισμικό CAD VLSI. Ο σωστός πίνακας της οθόνης δίνει την σχέση μεταξύ των στρωμάτων Microwind και CIF, τον αριθμό κιβωτίων στο σχεδιάγραμμα και την αντιστοιχία over-etch. Το overetch χρησιμοποιείται για να τροποποιήσει το τελικό μέγεθος των CIF κιβωτίων, προκειμένου να ισχύουν οι ακριβείς κανόνες σχεδίου.

• Κάντε click στο " Convert to CIF " να αρχίσετε τη μετατροπή. Μερικά μέρη του αποτελέσματος εμφανίζονται στο αριστερό παράθυρο.

• Η κύρια μονάδα είναι 1nm. Μπορείτε να το αλλάξετε για να επαληθεύονται οι απαιτήσεις του εργαλείου CAD tools.

• Για το αρχείο κανόνα CMOS 0.25μm (cmos025.RUL), παρατηρήστε το overetch που εφαρμόζεται για να έρθει σε επαφή και αντίστροφα. Αυτό το overetch είναι υποχρεωτικό να υπακούσει

τους τελικούς κανόνες σχεδίου, κρατώντας το φιλικό προς το χρήστη.

Το Microwind μπορεί επίσης να μετατρέψει τα στοιχεία σχεδιαγράμματος σε ένα SPICE netlist χρησιμοποιώντας την εντολή "File → Convert Into → SPICE netlist". Το σχέδιό σας είναι έπειτα μεταφρασμένο σε μια συμβατή περιγραφή SPICE. Ο εξαγωγέας κυκλωμάτων που περιλαμβάνεται στο λογισμικό, παράγει το ισοδύναμο διάγραμμα κυκλωμάτων του σχεδιαγράμματος και ένα συμβατό SPICE netlist έτοιμο για προσομοίωση. Μπορείτε να επιλέξετε το πρότυπο που θα χρησιμοποιείτε για την προσομοίωση. Οι δυνατές επιλογές είναι: model 1, model 3 και model 9.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 31

Page 32: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

• Η SPICE περιγραφή περιλαμβάνει τον κατάλογο n-channel και p-channel κρυσταλλολυχνιών (transistor) και τα σχετικά πλάτη & μήκη τους που εξάγονται από το σχεδιάγραμμα.

• Το αρχείο κειμένων απαριθμεί επίσης τα ονόματα κόμβων, τις παρασιτικές χωρητικότητες, και τα πρότυπα συσκευών.

• Το SPICE όνομα αρχείου αντιστοιχεί στο τρέχον όνομα αρχείου με το παράρτημα .CIR

Select Foundry (File menu): Επιλέγοντας File -> Select Foundry. Ο κατάλογος διαθέσιμων διαδικασιών εμφανίζεται.Ο προεπιλεγμένος κανόνας σχεδίασης γράφεται με έντονους χαρακτήρες. Οι διάφορες τεχνολογίες είναι διαθέσιμες από 1.2µm - 0,05μm. Επιλέγοντας άλλον κανόνα σχεδίασης το λογισμικό προσαρμόζεται στους νέους κανόνες. Λιθογράφια Έτος Στρώσεις

Μετάλλου Core supply (V)

Core Oxide (nm)

Chip size (mm)

Input/output pads

Kανόνας σχεδίασης

1.2µm 1986 2 5.0 25 5x5 250 Cmos12.rul 0.7µm 1988 2 5.0 20 7x7 350 Cmos08.rul 0.5µm 1992 3 3.3 12 10x10 600 Cmos06.rul 0.35µm 1994 5 3.3 7 15x15 800 Cmos035.rul0.25µm 1996 6 2.5 5 17x17 1000 Cmos025.rul0.18µm 1998 6 1.8 3 20x20 1500 Cmos018.rul0.12µm 2001 6-8 1.2 2 22x20 1800 Cmos012.rul90nm 2003 6-10 1.0-1.2 1.2 25x20 2000 Cmos90n.rul65nm 2005 6-12 1.0-1.2 1.2 25x20 3000 Cmos65n.rul

Colors (File Menu) :

• Αλλαγή σε μονοχρωματικό: το σχέδιο υλοποιείται από μαύρο και άσπρο. Αυτός ο τύπος σχεδίου είναι κατάλληλος να χτιστεί μονοχρωματική τεκμηρίωση. Πιέστε "Alt" + "Print" για να αντιγράψει την οθόνη στην περιοχή αποκομμάτων. Κατόπιν, ανοίξτε το Word, και πιέστε "Edit → Paste". Η οθόνη παρεμβάλλεται στο έγγραφο.

• Άσπρο υπόβαθρο. Τα στρώματα εμφανίζονται με μια παλέτα χρωμάτων, με άσπρο υπόβαθρο.

Properties (File Menu) :

Το File → Properties παρέχει κάποιες πληροφορίες για την τρέχουσα τεχνολογία, το ποσοστό της μνήμης που χρησιμοποιείται από το σχεδιάγραμμα και το μέγεθος του σχεδιαγράμματος συν το λεπτομερές περιεχόμενό της. Εάν το σχεδιάγραμμα έχει εξαχθεί προηγουμένως ή εάν πατήσετε "extract now ", ο αριθμός συσκευών και κόμβων θα ενημερωθεί.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 32

Page 33: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Print Layout (File Menu):

Κάντε click στο File → Print Layout για να εκτυπώσετε το περιεχόμενο της οθόνης. Εναλλακτικά, μπορείτε να κάνετε ένα αντίγραφο του παραθύρου στην περιοχή αποκομμάτων προκειμένου να εισαχθεί η οθόνη στον αγαπημένο συντάκτη κειμένων σας με τη συμπίεση <Alt> + <Print Screen>. Στο text editor ή στο graphic editor, κάντε click στο "Edit → Paste ". Συστήνουμε να είστε σε μονοχρωματικό επίπεδο (File → Colors → Switch to Monochrom). Σε εκείνη την περίπτωση το σχεδιάγραμμα θα συρθεί σε ένα άσπρο χρώμα υποβάθρου χρησιμοποιώντας τα γκρίζα επίπεδα και σχέδια.

Leave Microwind (File Menu) :

Κάντε click στο File → Leave Microwind στo κύριο μενού. Εάν έχετε κάνει ένα σχέδιο ή εάν έχετε τροποποιήσει μερικά στοιχεία, θα ερωτηθείτε πριν βγείτε από το πρόγραμμα εάν θέλετε να σωθούν και πράττετε αντίστοιχα. Μετά από την διαδικασία αυτή μπορείτε να επιστρέψετε στα Windows.

3.4 VIEW MENU: Refresh (View Menu): Ξανασχεδιάζει το σχέδιο.

Unselect All (View Menu):

Κάντε click στο View → Unselect All (ή <ESC>) για να επιλέξετε το σχεδιάγραμμα. Αυτή η εντολή είναι χρήσιμη να σύρει το σχεδιάγραμμα πίσω στα χρώματα προεπιλογής της, μετά την εκτέλεση εντολών όπως η View Interconnect ή View Node, που δίνουν έμφαση σε έναν ενιαίο κόμβο.

View All (View Menu ή CTRL+A):

Κάντε click στο View → View All για να μπορέσετε να δείτε την οθόνη με όλα τα γραφικά στοιχεία που έχετε εισάγει.

Zoom In/Out (View Menu ή CTRL+A, CTRL+O):

Οι παραπάνω εντολές εκτελούν ζουμ μέσα και ζουμ έξω. Όταν μεγεθύνει, η περιοχή που καθορίζεται από το ποντίκι θα διευρυνθεί για να εγκαταστήσει το παράθυρο επίδειξης. Κατά τη σμίκρυνση, η περιοχή που καθορίζεται από το ποντίκι περιέχει το παράθυρο επίδειξης.

• Εάν κάνετε click μια φορά, ένα ζουμ εκτελείται στην επιθυμητή θέση.

Πιέστε Ctrl+A για "View All ", και Ctrl+o για το σμίκρυνση. View Node (View Menu ή CTRL+N): ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 33

Page 34: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Κάντε click στην εικόνα "View Node" ή στo View → View Node. Κατόπιν, κάντε click στο επιθυμητό παράθυρο στο σχεδιάγραμμα. Αφότου έχει πραγματοποιηθεί μια διαδικασία εξαγωγής, θα δείτε ότι όλα τα κιβώτια συνδέθηκαν με εκείνο τον κόμβο. Στην περίπτωση ενός μεγάλου σχεδιαγράμματος, η εντολή μπορεί να πάρει το χρόνο. Η σχετική παρασιτική χωρητικότητα, ο κατάλογος ετικετών κειμένων που προστίθενται στα επιλεγμένα κιβώτια, και οι ιδιότητες κόμβων επιδεικνύονται επίσης σε ένα χωριστό παράθυρο πλοηγών (navigator window). Πιέστε "Unselect", "Hide", <Escape> ή View → Unselect All , για να ξε-επιλέξετε το σχεδιάγραμμα.

Mos List (View Menu):

Πιέστε "View → MOS List" για να πάρετε τον κατάλογο n-channel και p-channel MOS συσκευών που επεξεργάστηκαν αυτήν την περίοδο στο σχεδιάγραμμα. Ο κατάλογος MOS επιδεικνύεται στο navigator window. Επιλέξτε με ένα click το επιθυμητό MOS στον κατάλογο, για να μεγεθύνετε στην αντίστοιχη περιοχή που βρίσκεται στο σχεδιάγραμμα. Label List (View Menu): Κάντε click στο "View → Label List" για να πάρετε τον κατάλογο όλων των ετικετών που επεξεργάζονται αυτήν την περίοδο στο σχεδιάγραμμα. Η ετικέτα επιδεικνύεται στο navigator window. Πιέστε την επιθυμητή ετικέτα στον κατάλογο για να μεγεθύνετε στην αντίστοιχη θέση στο σχεδιάγραμμα. Ο κατάλογος ταξινομείται κατά αλφαβητική σειρά. Κάθε ετικέτα παρατίθεται με τη σχετική ιδιοκτησία της

Navigator Window (View Menu): Το παράθυρο πλοηγών ή αλλιώς το navigator window είναι ως εξής:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 34

Page 35: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Palette Menu (View Menu): Η παλέτα αυτή εμφανίζεται στη δεξιά πλευρά της οθόνης. Ένα tick δείχνει το τρέχον στρώμα. Το επιλεγμένο στρώμα είναι εξ ορισμού ένα πολυπυρίτιο (PO). Ο κατάλογος στρωμάτων παρατίθεται στη συνέχεια:

• Εάν αφαιρέσετε το tick από τη δεξιά πλευρά του στρώματος, το στρώμα μεταπηδά στον προστατευμένο τρόπο. Οι εντολές περικοπών (Cut), τεντωμάτων (Stretch) και αντιγράφων (Copy), δεν έχουν επιπτώσεις πλέον σε εκείνο το στρώμα.

• Πιέστε View → Protect all για να προστατεύσετε όλα τα στρώματα. Τα tick σβήνονται.

• Πιέστε View → Unprotect all για να αφαιρεθεί η προστασία. Όλα τα στρώματα μπορούν να αλλάξουν.

Simulation Icons (Palette window):

Οι εικόνες προσομοίωσης προσθέτουν τις ιδιότητες στους κόμβους. Οι ιδιότητες εφαρμόζονται στους ηλεκτρικούς κόμβους του κυκλώματος, προκειμένου να χρησιμεύσουν ως οδηγοί προσομοίωσης. Πρέπει να διευκρινίσετε ποιος κόμβος ορίζεται σε κάθε τάση πριν αρχίσει την αναλογική προσομοίωση. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 35

Page 36: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

VDD & VSS: Ο κόμβος ωθείται στην τάση παροχής ηλεκτρικού ρεύματος με την εικόνα Vdd, και τραβιέται στη γη 0V με την εικόνα Vss. CLOCK: Όταν ένας κόμβος γίνεται ρολόι, οι παράμετροι των τελευταίων διαιρούνται ως εξής: χρόνος ανόδου, επίπεδο ένα, χρόνος πτώσης, και επίπεδο μηδέν. Όλες οι τιμές εκφράζονται σε νάνο-δεύτερα (ns). Εάν ζητήσετε ένα δεύτερο ρολόι, η περίοδος θα πολλαπλασιαστεί με δύο.

• Μπορείτε να αλλάξετε το επίπεδο 0 και το επίπεδο 1 με την είσοδο μιας νέας αξίας από το πληκτρολόγιο.

• Για να παραγάγετε ένα ρολόι που αρχίζει από VDD αντί VSS, πιέστε Invert L/H.

• Χρησιμοποιείστε Period * 2 , για να πολλαπλασιαστεί η περίοδος ρολογιών με δύο.

• Χρησιμοποιείστε Period / 2 , για να διαιρεθεί η περίοδος ρολογιών με δύο. PULSE: Οι διακόπτες σφυγμού μεταβάλλονται από "Level 0" (0 by default) σε "Level 1" (VDD by default), ανάλογα με το καθορισμένο από το χρήστη χρονοδιάγραμμα.

• Εισάγετε τη σειρά "0101100" και πιέστε " Insert". Το χρονοδιάγραμμα ενημερώνεται.

• Πιέστε "Erase" και όλες οι γραμμές που τοποθετούνται μετά από το επιλεγμένο στοιχείο του χρονοδιαγράμματος σβήνονται.

SINUS: Οι ημιτονοειδείς κυματικές παράμετροι είναι το εύρος (amplitude), το όφσετ (offset), η συχνότητα (frequency) και η φάση (phase). VISIBLE NODE: Πιέστε την εικόνα «μάτι» και μετά πιέστε στο υπάρχον κείμενο στο σχεδιάγραμμα, για να κάνετε χρονοδιάγραμμα του κόμβου που φαίνεται. Αρχικά, όλοι οι κόμβοι είναι αόρατοι, αλλά τα ρολόγια και οι κόμβοι ώθησης γίνονται στη συνέχεια ορατοί.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 36

Page 37: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

3.5 EDIT MENU:

Undo (Edit Menu): Η Undo εντολή (Edit → Undo) είναι χρήσιμη να μην λάβει υπόψη την τελευταία εντολή έκδοσης. Είναι δυνατό να αναστραφεί η περικοπή εντολών, Cut, Paste, Copy, Move, Stretch, Edit και Compile.

Cut (Edit → Cut or CTRL+X):

Κάντε click στο εικονίδιο Cut. Κινήστε το δρομέα προς το παράθυρο σχεδίου, και οριοθετήστε την ενεργό περιοχή με το ποντίκι. Συνεπώς, όλη η γραφική παράσταση που περιλαμβάνεται σε αυτήν την περιοχή σβήνεται. Κάντε click στο Undo για να επαναφέρετε εκείνα τα στοιχεία πίσω στο σχέδιο.

• Ένα στρώμα προστατεύεται από το σβήσιμο εάν απομακρύνετε την επιλογή του από την παλέτα δύο φορές. Στην παλέτα, ένα κενό τετράγωνο δεξιά του στρώματος δείχνει ένα προστατευμένο στρώμα.

• Ένα στρώμα είναι μη προστατευμένο από το σβήσιμο εάν το επιλέξετε πάλι στην παλέτα. Ένα tick στο τετράγωνο δεξιά του στρώματος δείχνει ένα μη προστατευμένο στρώμα.

• Ένα παράθυρο μπορεί να σβηστεί μόνο από ένα εσωτερικό click, όταν η εντολή περικοπών είναι ενεργός. Το κιβώτιο σβήνεται έπειτα.

Copy (Edit → Copy or Ctrl+C):

Κάντε click στο εικονίδιο Copy. Κινήστε το δρομέα προς το παράθυρο σχεδίου, και οριοθετήστε την ενεργό περιοχή με το ποντίκι. Συνεπώς, όλη η γραφική παράσταση που περιλαμβάνεται σε αυτήν την περιοχή αντιγράφεται. Η εξωτερική μορφή των αντιγραμμένων στοιχείων εμφανίζεται. Καθορίστε εκείνα τα αντιγραμμένα στοιχεία στην επιθυμητή θέση με ένα click στο ποντίκι. Κάντε click στο Undo για να ακυρώσετε την εντολή Copy. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 37

Page 38: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Paste (Edit Menu):

Όλη η γραφική παράσταση που διαγράψατε προηγουμένως μπορούν να επικολληθούν στην επιθυμητή θέση με ένα click στο ποντίκι.

Move Area or Stretch (Edit Menu): Για να κινήσετε ένα παράθυρο, κάντε click στο εικονίδιο Stretch,Move ή " Edit → Move Area or Stretch". Κατόπιν χρησιμοποιώντας το ποντίκι, σύρετε μια περιοχή που περιλαμβάνει το κιβώτιο. Στη συνέχεια, σύρετε το ποντίκι στη νέα θέση και απελευθερώστε το. Κατά συνέπεια, το πεδίο έχει κινηθεί τη νέα του θέση. Επαναλάβετε το ίδιο πράγμα προκειμένου να κινήσετε ένα σύνολο κιβωτίων.

• Για να προστατεύσετε ένα στρώμα από την κίνηση, κάντε click στο ορθογώνιο στην παλέτα που είναι τοποθετημένη στη δεξιά πλευρά του στρώματος. Αυτό θα απομακρύνει το tick.

• Για να τεντώσετε ένα παράθυρο, κάντε click σε μια πλευρά του παραθύρου που θέλετε να τεντώσετε. Η περίμετρος του κιβωτίου εμφανίζεται. Σύρετε το ποντίκι στη νέα θέση και απελευθερώστε το κουμπί. Το κιβώτιο τεντώνεται.

Σημείωση: Για να πιάσετε τα επιθυμητά σύνορα του παραθύρου, σύρετε μια κάθετο γραμμή στα σύνορα, που εισάγουν το παράθυρο.

Move step by step (Edit Menu):

Για να κινήσει ένα παράθυρο lamda ανά lamda, κάντε click στο " Edit → Move Step by Step". Χρησιμοποιώντας το ποντίκι, δημιουργήστε μια περιοχή που περιλαμβάνει τα κιβώτια. Η επιλογή εμφανίζεται σε κίτρινο. Κατόπιν, πιέστε το βέλος έως ότου έχει κινηθεί η επιλογή στη νέα της θέση. Η αξία βημάτων (στο lamda) καθορίζεται στη γραμμή Edit.

Flip & Rotate (Edit menu):

Για να εφαρμόσετε μια περιστροφή ή ένα flip σε ένα μέρος του σχεδίου, πιέστε Edit → Flip & Rotate. Επιλέξτε μια από τις προτεινόμενες λειτουργίες:

• Flip horizontal • Flip vertical • Rotate 90° • Rotate -90°

Κατόπιν, οριοθετήστε την περιοχή μέσα στην οποία τα κιβώτια θέλετε να αλλάξουν.

Protect/Unprotect All (Edit Menu):

• Πιέστε "View → Protect All" για να προστατεύσετε όλα τα στρώματα για την εκτέλεση του σκοπού αυτού. Όλα τα tick απομακρύνονται από την παλέτα.

• Πιέστε " View → Unprotect All" για να επιλέξετε όλα τα στρώματα για την εκτέλεση του σκοπού αυτού. Όλα τα tick στην παλέτα βεβαιώνονται.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 38

Page 39: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Generate (Edit Menu):

Η βιβλιοθήκη περιέχει ένα σύνολο προκαθορισμένων μακροεντολών σχεδιαγράμματος όπως οι contacts, devices και pads. Εκείνα τα κύτταρα χτίζονται σύμφωνα με τους κανόνες σχεδίου, και περιέχουν τις παραμέτρους μεγέθους. Για να επικαλεσθείτε τη βιβλιοθήκη κυττάρων πιέστε Edit → Generate.

• ΕΠΑΦΕΣ: όπως το πολυπυρίτιο / το μέταλλο, η ν-διάχυση / το μέταλλο, η π-διάχυση / το μέταλλο και το μέταλλο / metal2 metal2 / Metal3, κλπ, οι συσσωρευμένες επαφές μπορούν να ληφθούν εδώ. Μπορείτε επίσης να πιέσετε την εικόνα στην παλέτα. Περισσότερες επαφές μπορούν να παραχθούν κατά είσοδο του αριθμού επαφών στο Χ και το Υ μεγαλύτερα από ένα. Μπορείτε επίσης να παραγάγετε μια σφραγίδα πόλωσης γύρω από την επαφή για να δημιουργήσετε μια προστασία διόδων pad παραδείγματος χάριν.

• MOS: Αυτή η μακροεντολή παράγει είτε n-channel είτε μια p-channel transistor. Οι παράμετροι του κυττάρου είναι: το μήκος καναλιών (η προκαθορισμένη αξία δίνεται από τους κανόνες σχεδίου), το πλάτος της, και ο αριθμός πυλών. Μόλις καθοριστούν εκείνες οι παράμετροι, η περίληψη συσκευών εμφανίζεται. Χτυπήστε στο ποντίκι για να τον τοποθετήσετε στην κατάλληλη θέση.

• PADS: Είναι δυνατό να προστεθούν τα διάφορα στοιχεία όπως ένα ενιαίο pad, ένα pad δοκιμής (συνήθως 30x30 μm), ή ακόμα και ένα σύνολο pads όλα γύρω στο σχεδιάγραμμα που χρησιμοποιεί τα δαχτυλίδια δύναμης VDD και VSS. Στην τελευταία περίπτωση (που προσθέτει περισσότερα από ένα pαds), δώστε στον αριθμό pads κάθε πλευρά του τσιπ και τροποποιήστε αν χρειαστεί το πλάτος των διαδρομών VDD και VSS, καθώς επίσης και τον αριθμό ζευγαριών pads VDD/VSS.

• ΠΟΡΕΙΑ: Αυτή η εντολή παράγει μια πορεία που διασυνδέει τη χρησιμοποίηση ενός ενιαίου στρώματος. Το πλάτος πορειών μπορεί να αλλάξει, καθώς επίσης και η ευθυγράμμιση στο πλέγμα δρομολόγησης. Ένα σύνολο επαφών μπορεί επίσης να τοποθετηθεί και στις δύο άκρες της πορείας. Αυτή η εντολή είναι πολύ χρήσιμη για το σχέδιο ανεφοδιασμού VDD και VSS και το ενιαίο στρώμα διασύνδεσης.

• BUS: Αυτή η εντολή παράγει ένα σύνολο παράλληλων γραμμών με το καθορισμένα από το χρήστη στρώμα, το πλάτος και το διάστημα. Είναι χρήσιμη στο να χτίσει πορεία bus που χρησιμοποιείται στην τελική δρομολόγηση ενός τσιπ.

• ΠΗΝΙΟ: Αυτή η εντολή παράγει μια σπείρα που δημιουργείται από τα καθορισμένα στρώματα μετάλλων. Αυτό το στοιχείο χρησιμοποιείται για τους ταλαντωτές με πολύ υψηλή συχνότητα. Στο Microwind, αυτό το πηνίο αντιμετωπίζεται ως απλή διασύνδεση δεδομένου, σαν να μην χειρίζεται αυτεπαγωγή.

Virtual R,L,C (Edit Menu):

Τρία εικονικά στοιχεία μπορούν να προστεθούν στο σχεδιάγραμμα: αντίσταση, χωρητικότητα και αυτεπαγωγή. ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ: Η προσθήκη μίας αντίστασης στο σχεδιάγραμμα είναι ενδιαφέρουσα να χειριστεί την επίδραση αντίστασης διασύνδεσης στην αναλογική προσομοίωση. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 39

Page 40: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Στην πράξη, η αντίσταση προστίθεται στο σχεδιάγραμμα μερικών αναλογικών κυκλωμάτων όπως οι a/d μετατροπείς. Για να μεταβάλλετε μία αντίσταση:

1. Διαγράψτε μια λεπτή μερίδα του μετάλλου ή πολυσίλικον προκειμένου να δημιουργηθούν δύο χωριστά στρώματα.

2. Πιέστε το σύμβολο αντίστασης στην παλέτα ή επικαλεσθείτε " Edit → Virtual RLC → Resistance "

3. Παρεμβάλτε την αντίσταση προκειμένου να γίνει η ηλεκτρική γέφυρα μεταξύ των δύο κόμβων.

Κατά προσθήκη μιας αντίστασης, τη δίνετε:

• Είτε μια σταθερή αξία (παραδείγματος χάριν 1200) • Καθένας μια λέξη κλειδί: R(poly),R(metal), ή R(All). Σε εκείνη την

περίπτωση, στην εξαγωγή, αναπροσαρμογές Microwind η αξία της αντίστασης σύμφωνα με το σχεδιάγραμμα και της τρέχουσας τεχνολογίας.

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ: Η προσθήκη μιας εικονικής χωρητικότητας είναι ενδιαφέρουσα να ερευνήσει τη συμπεριφορά ενός κυκλώματος όταν φορτώνεται από μια δαπάνη χωρητικότητας, χωρίς εκτέλεση της εφαρμογής της. ΑΥΤΕΠΑΓΩΓΗ: Μια αυτεπαγωγή μπορεί να προστεθεί στο σχεδιάγραμμα για να μιμηθεί την επίδραση της ενσωματωμένης αυτεπαγωγής, στα ηχηρά κυκλώματα παραδείγματος χάριν.

Duplicate XY (Edit → Duplicate XY):

Η εντολή Duplicate XY είναι πολύ χρήσιμη για να παράγει μία σειρά ίδιων κυττάρων όπως τα κύτταρα RAM παραδείγματος χάριν. Επιλέξτε “Edit → Duplicate XY”, περιλάβετε τα που αναπαράγουν σε μία περιοχή που καθορίζεται από το ποντίκι και η ακόλουθη οθόνη εμφανίζεται. Και στο Χ και στο Υ, ο παράγοντας πολλαπλασιασμού προεπιλογής είναι Χ2. Μπορείτε να ρυθμίσετε το διάστημα μεταξύ των κυττάρων. Εξ ορισμού, τα κύτταρα αγγίζουν το ένα το άλλο. Τα επιλεγμένα κιβώτια εμφανίζονται σε κίτρινο στην οθόνη.

Connect Layers (Edit Menu):

Η χρήση " Connect Layers" για να δημιουργήσει τις κατάλληλες επαφές μεταξύ δύο στρωμάτων στη συγκεκριμένη θέση δρομέων. Η εντολή λειτουργεί για οποιοδήποτε στρώμα από τη διάχυση μέχρι την υψηλότερη επιμετάλλωση. Παραδείγματος χάριν, εάν το πολυσίλικον και το μέταλλο 3 κιβώτια είναι παρόν στη θέση δρομέων, ένας σωρός από poly/metal, metal/Metal2 και metal2/metal3 θα προστεθεί στο σχεδιάγραμμα. Draw Box (Edit Menu → Generate → Box): Η εικόνα " Draw Box " είναι η εικόνα προεπιλογής. Δημιουργεί ένα κιβώτιο στο επιλεγμένο στρώμα. Το στρώμα προεπιλογής είναι πολυπυρίτιο. Εάν η εικόνα δεν

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 40

Page 41: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

είναι επιλεγμένη " Draw Box ", κλικάρετέ την. Κατόπιν, κινήστε το δρομέα προς το παράθυρο επίδειξης και καθορίστε την πρώτη γωνία του κιβωτίου με ένα πάτημα του ποντικιού. Κρατήστε πιεσμένο και σύρετε το ποντίκι στην αντίθετη γωνία του κιβωτίου. Απελευθερώστε το ποντίκι και δείτε πώς το κιβώτιο δημιουργείται. Το ενεργό στρώμα επιλέγεται στην παλέτα. Το κόκκινο χρώμα δείχνει το ενεργό στρώμα. Το tick διευκρινίζει ότι όλα τα κιβώτια που χρησιμοποιούν το στρώμα μπορούν να σβηστούν, να τεντωθούν ή να αντιγραφούν. Η απομάκρυνση του tick προστατεύει το στρώμα. Measure distance (Edit Menu): Ο χρήστης δίνει τις οριζόντιες και κάθετες μετρήσεις (dx και dy) μεταξύ δύο σημείων, άμεσα στην οθόνη στο lamda και στο μ. Η αλγεβρική απόσταση (δ) δίνεται επίσης σε μm. Ο χρήστης σβήνει απλά οποιαδήποτε εντολή στο View Menu (όπως View → Refresh) ή με ένα <ESC>.

3.6 SIMULATE MENU:

Run Simulation (Simulate Menu CTRL+S):

Το εικονίδιο "Run simulation" ή η εντολή Run → Start Simulation και οι δύο δίνουν την πρόσβαση στην αυτόματη εξαγωγή και την αναλογική προσομοίωση του σχεδιαγράμματος. Κάνοντας κλικ στο Voltage vs Time t το λαμβάνουμε την παροδική ανάλυση όλων

των ορατών σημάτων. Η καθυστέρηση μεταξύ του επιλεγμένου κόμβου έναρξης και του επιλεγμένου κόμβου στάσεων, υπολογίζεται σε VDD/2. Μπορείτε να αλλάξετε τον επιλεγμένο κόμβο έναρξης στον κατάλογο κόμβων, στις σωστές ανώτερες

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 41

Page 42: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

επιλογές του παραθύρου. Μπορείτε να κάνετε το ίδιο για τον επιλεγμένο κόμβο στάσεων. Κάντε κλικ στο Voltage and Currents ώστε όλες οι καμπύλες τάσης να

εμφανιστούν στο χαμηλότερο παράθυρο και το VDD, τα VSS και τα επιθυμητά ρεύματα MOS εμφανίζονται στο ανώτερο παράθυρο. Σε εκείνο τον τρόπο, η διαλυμένη δύναμη μέσα στην προσομοίωση επιδεικνύεται επίσης. Κάντε κλικ στο Voltage vs Voltage λαμβάνουμε τη χαρακτηριστική μεταφορά

μεταξύ του Χ-άξονα επέλεξαν τον κόμβο και ο Υ-άξονας επέλεξε τον κόμβο. Αρχικά ο κόμβος έναρξης είναι το πρώτο ρολόι ή ο σφυγμός του καταλόγου κόμβων και ο κόμβος στάσεων είναι ο πρώτος ποικίλος κόμβος. Αυτός ο τρόπος είναι χρήσιμος για τον υπολογισμό χαρακτηριστικών αναστροφέων (σημείο μετατροπής), τη συνεχή απάντηση του λειτουργικού ενισχυτή, ή για την ώθηση Schmitt να δει το φαινόμενο υστέρησης. Η πρώτη προσομοίωση υπολογίζει την αξία του κόμβου στάσεων για τον κόμβο έναρξης που ποικίλλει από 0 σε VDD. Το δεύτερο κλικ στο "Simulate" υπολογίζει το ίδιο για τον κόμβο έναρξης που ποικίλλει από VDD σε 0. Κάντε κλικ στο Frequency & Voltages ώστε να γίνουν όλες οι καμπύλες τάσης και

για να σχεδιάσει την παραλλαγή της συχνότητας μετατροπής ενός επιλεγμένου σήματος. Using Models (Simulate Menu): Επιλέξτε το πρότυπο που επιθυμείτε να χρησιμοποιήσετε για να εκτελέσετε τις προσομοιώσεις. Εξ ορισμού, το πρότυπο MOS είναι BSIM4. Προσθέστε ένα κείμενο στο σχεδιάγραμμα που αρχίζει από ‘LEVEL1’ εάν επιθυμείτε να χρησιμοποιήσετε μόνιμα το MOS level1, ‘LEVEL3’ εάν επιθυμείτε να χρησιμοποιήσετε μόνιμα το MOS level3, ‘BSIM4’ εάν επιθυμείτε να χρησιμοποιήσετε μόνιμα BSIM4. Simulation Parameters (Simulate Menu): Η εξαγωγή προεπιλογής περιλαμβάνει την αφαίρεση περιττών πλαισίων (εκκαθάριση) και την αφαίρεση των επικαλύψεων (συγχώνευση). Η γρήγορη εξαγωγή δε χειρίζεται τις διαδικασίες εκκαθαρίσεων ούτε συγχώνευσης. Το επίπεδο MOS μπορεί να επιλεχτεί μεταξύ του επιπέδου 1.3 και BSIM4. Άλλες επιλογές αφορούν τον υπολογισμό της πλευρικής ικανότητας και της κάθετης ικανότητας λογομαχίας. Τη θερμοκρασία μπορεί να αλλάξουν σε αυτή την οθόνη. Simulation on Layout (Simulate Menu): Η προσομοίωση εκτελείται άμεσα στο σχεδιάγραμμα με μία παλέτα των χρωμάτων. Τα πιο ενδιαφέροντα αρχεία σχεδιαγράμματος που μιμούνται σε αυτόν τον τρόπο είναι αναλογικοί φραγμοί όπως το DAC. Crosstalk (Simulate Menu): Είναι μία παραστατική επίδραση που έχει επιπτώσεις στις μακροχρόνιες γραμμές που καθοδηγούνται κοντά το ένα από το άλλο. Η εγγύτητα δημιουργεί μία επίδραση συζεύξεων που προκαλεί crosstalk μεταξύ του affector και των θυμάτων. Κάντε κλικ στο "Simulate → With crosstalk"και εκτελεί την αναλογική προσομοίωση της παραστατικής χωρητικότητας. Κάντε κλικ στο "Evaluate Min/Max" για να υπολογίσει στην οθόνη το μέγιστο εύρος crosstalk.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 42

Page 43: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Υπάρχουν τρεις τρόποι χωρητικότητας για να διασύνδεουν: α) χωρητικότητα στο στρώμα υποστρωμάτων, β) χωρητικότητα ενδιάμεσων στρωμάτων και γ) πλευρική χωρητικότητα crosstalk. Η χωρητικότητα ενδιάμεσων στρωμάτων αναφέρει την κάθετη σύζευξη μεταξύ των στρωμάτων, ενώ η πλευρική χωρητικότητα crosstalk αναφέρεται στην παρακείμενη σύζευξη διακύμανσης. Η αξία χωρητικότητας crosstalk ανά μήκος μονάδων δίνεται στο αρχείο κανόνα σχεδίου για ένα προκαθορισμένο πλάτος διασύνδεσης (w=4) και το διάστημα (d=4). Στο Microwind, η υπολογισμένη ικανότητα λογομαχίας δεν εξαρτάται από το πλάτος W διασύνδεσης. Η υπολογισμένη αξία ικανότητας λογομαχίας είναι ανάλογη προς 1/d. Simulation parameters (Simulate Menu): Το εικονίδιο της προσομοίωσης προσθέτει τις ιδιότητες στους κόμβους. Οι ιδιότητες εφαρμόζονται στους ηλεκτρικούς κόμβους του κυκλώματος προκειμένου να χρησιμεύσουν ως οδηγοί προσομοίωσης. Πρέπει να διευκρινίσετε ποιος κόμβος ορίζεται στον οποίο η τάση πριν αρχίζει την αναλογική προσομοίωση. VDD &VSS: Ο κόμβος ωθείται στην τάση παροχής ηλεκτρικού ρεύματος με το εικονίδιο Vdd και τραβιέται στη γη (0V) με το εικονίδιο Vss. CLOCK: Όταν ένας κόμβος γίνεται ρολόι, οι παράμετροι των τελευταίων διαιρούνται ως εξής: χρόνος ανόδου, level one, χρόνος πτώσης και level zero. Όλες οι τιμές εκφράζονται σε (ns). Εάν ζητήσετε ένα δεύτερο ρολόι, η περίοδος θα πολλαπλασιαστεί με δύο. Μπορείτε να αλλάξετε level 0 και level 1 με την είσοδο μίας νέας αξίας με το πληκτρολόγιο. Για να παραγάγετε ένα ρολόι που αρχίζει από VDD αντί VSS, κάντε κλικ στο Invert L/H. Χρησιμοποιήστε Period*2 για να πολλαπλασιάσει την περίοδο ρολογιών με δύο. Χρησιμοποιήστε Ρeriod/2 για να διαιρέσει την περίοδο ρολογιών με δύο. PULSE: Ο παλμός αλλάζει από "Level 0" ( 0 by default) σε "Level 1" (VDD by default) ανάλογα με το προκαθορισμένο από το χρήστη χρονοδιάγραμμα. Εισάγετε τη σειρά: "0101100" και πιέστε "Insert". Το χρονοδιάγραμμα ενημερώνεται. Επιλέξτε "Erase": όλες οι γραμμές που τοποθετούνται μετά από το επιλεγμένο στοιχείο του χρονοδιαγράμματος, σβήνονται. SINUS: Οι ημιτονοειδείς παράμετροι κυματοειδούς είναι το εύρος, το offset η συχνότητα και η φάση. VISIBLE NODE: Πιέστε το «μάτι» και πιέστε στο υπάρχον κείμενο στο σχεδιάγραμμα για να κάνετε τα χρονοδιαγράμματα του κόμβου να εμφανιστούν. Αρχικά, όλοι οι κόμβοι είναι αόρατοι, αλλά τα ρολόγια και οι κόμβοι ώθησης γίνονται στη συνέχεια ορατά. UV Exposure (Simulate Menu): Αυτή η εντολή μιμείται την απαλλαγή των επιπλέουσων πυλών λόγων μιας πολύ μακροχρόνιας έκθεσης στο υπερβολικό ιώδες φως (στην πράξη γύρω από 2nm). Κατά συνέπεια, όλες οι δαπάνες που αποθηκεύονται στις επιπλέουσες πύλες πολυπυριτίων, απαλλάσσονται. MOS Characteristics (Simulate Menu): Κάντε κλικ στο εικονίδιο "MΟS characteristics". Η καμπύλη Id/Vd του MOS (ελάχιστο W=20μm, L-L) εμφανίζεται. Μπορείτε να επιλέξετε το επίπεδο 1 MOS, το επίπεδο 3 MOS ή τα πρότυπα MOS BSIM4.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 43

Page 44: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Τα αποτελέσματα της αλλαγής προτύπων παραμέτρων μπορούν να φανούν άμεσα στην οθόνη από έναν κρότο στα μικρά βέλη (επάνω/κάτω), τα οποία αλλάζουν τις τιμές παραμέτρου. Κάντε κλικ "ld vs. Vg" για να δώσει έμφαση στη threshold voltage. Κάντε κλικ "ld(log) vs. Vg" για να δει τη sub-threshold συμπεριφορά. Κάντε κλικ "Threshold Voltage" για να δει την εξέλιξη του VT με το μήκος των καναλιών. Κάντε κλικ "Capacitance" για να δουν τα πρότυπα ικανότητας για Cgs & Cgd. Προσθέστε τις μετρήσεις με την επιλογή του ".MES" file. Επιλέξτε το μέγεθος της συσκευής στις χαμηλότερες επιλογές καταλόγων. Process Section in 2D (Simulate Menu): Κάντε κλικ στο εικονίδιο "Process View" ή στο "Simulate → Process in 2D" στην προσομοίωση διαδικασίας πρόσβασης. Η οθόνη εμφανίζεται κατωτέρω. Τα βέλη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κινήσουν τη διατομή προς το δικαίωμα ή προς το αριστερό στον άξονα Χ, και να διαβιβάσουν και προς τα πίσω στον άξονα Υ. τα ζουμ μέσα και έξω είναι διαθέσιμα. Process Steps in 3D (Simulate Menu): Κάντε κλικ στο εικονίδιο "3D" ή "Simulation → Process Steps in 3D" για να δει την πτυχή 3D του κυκλώματος σας. Πιέστε το "Next step" για να προσέξετε πώς το σχεδιάγραμμα που εκδίδεται αυτήν την περίοδο στην οθόνη θα κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας την επιλεγμένη τεχνολογία. Χρησιμοποιήστε το βέλος για να μετατοπίσετε την επιδειχθείσα μερίδα. Τα ζουμ μέσα και έξω είναι διαθέσιμα.

3.7 COMPILE MENU:

Compile one line (Compile Menu): Ο μεταγλωττιστής κυττάρων είναι ένα συγκεκριμένο εργαλείο που σχεδιάζεται για την αυτόματη δημιουργία των κυττάρων CMOS από την περιγραφή λογικής. Κάντε κλικ Compile → Compile one line. Οι επιλογές εμφανίζονται παραπάνω. Η επιστολή ακολουθείται από το σημάδι "=", το προαιρετικό σημάδι "~" και από τον κατάλογο ονομάτων εισαγωγής που χωρίζονται από τους χειριστές ΚΑΙ "&" ή Ή "|". Αν χρειαστεί η παρένθεση μπορεί να προστεθεί. Τα ονόματα εισαγωγής και παραγωγής είναι το μέγιστο 8 σειρών χαρακτήρων.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 44

Page 45: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Cell Formula Inverter out=~in NAND gate n=(~a&b) 3 Input OR s=a|b|c 3 Input NAND out-~(a&b&c) AND=OR Gate cgate=a&(b|c) CARRY Cell cout=(a&b)|(cin(a|b)

ΜΕΓΕΘΟΣ Transistor: Το μέγεθος συσκευών προεπιλογής δίνεται από τους κανόνες σχεδίου. Μπορείτε να αλλάξετε το πλάτος NMOS και PMOS στις επιλογές επιλογής πριν πιέσετε στο PILE. ΕΦΑΡΜΟΓΗ: Οι p-channel κρυσταλλολυχνίες βρίσκονται στην κορυφή της n-channel κρυσταλλολυχνίας καθαρής. Εάν κάποιο σχεδιάγραμμα υπάρχει ήδη κοντά σε εκείνες τις εικόνες, η προέλευση κυττάρων κινείται προς το δικαίωμα έως ότου βρίσκεται αρκετό ελεύθερο διάστημα. Εάν ο "ΌΧΙ χειριστής ~" δεν έχει διευκρινιστεί μετά από " = "σημάδι, ένας αναστροφέας προστίθεται στη δεξιά πλευρά του συνταγμένου κυττάρου. Γί’ αυτό ΚΑΙ η πύλη συντάσσεται NAND πύλη που ακολουθείται ως από έναν αναστροφέα. Compile Verilog (Compile Menu → Compile

VERILOG file): Ο μεταγλωττιστής κυττάρων μπορεί να χειριστεί την παραγωγή σχεδιαγράμματος από ένα πρωτόγονος-βασισμένο κείμενο περιγραφής VERILOG σε μια μορφή σχεδιαγράμματος αυτόματα. Πιέστε το Compile → Compile Verilog File. Επιλέξτε ένα αρχείο κειμένων VERILOG και πιέστε "Generate". Ο κατάλογος πρωτόγονων παρατίθεται κατωτέρω.

PRIMITIVE NODES EXAMPLE

dreg Inputs : Data,RESET, CLOCK

Outputs: Q, nQ

dreg reg1(d,rst,h,q,nq);

Inv, not Inputs : IN

Outputs: OUT

inv inv1(s,e); // both ‘inv’ and ‘not’

not inv1(s,e); // can be used

And Inputs : 2 to 4

Outputs: S

and and1(s,a,b,c,d); // limit inputs to 4

nand Inputs : 2 to 4

Outputs: S

nand nand1(s,a,b,c,d);

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 45

Page 46: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Or Inputs : 2 to 4

Outputs: S

or or3(s,a,b,c);

Nor Inputs : 2 to 4

Outputs: S

nor my_nor4(s,a,b,c,d);

Xor Inputs : a,b

Outputs: S

xor xor_gate(xor_out,d0,d1);

Nmos Inputs: gate, source

Outputs: drain

nmos nmos1(d,s,g);

3.8 ANALYSIS MENU:

Design Rule Checker (Analysis → Design Rule Checker ή CTRL+D):

Ο ελεγκτής κανόνα σχεδίου (DRC: Design Rule Checker) ανιχνεύει όλο το σχέδιο και ελέγχει αν όλοι οι ελάχιστοι κανόνες σχεδίου τηρούνται. Κάντε click στο Analysis → Design Rule Checker για να τρέξετε το DRC. Τα λάθη τονίζονται στο παράθυρο επίδειξης, με ένα κατάλληλο μήνυμα που δίνει τη φύση του λάθους. Οι λεπτομέρειες για τη θέση και τον τύπο των λαθών εμφανίζονται στην οθόνη. Για να λάβετε περισσότερες πληροφορίες για τους κανόνες σχεδίου, κάντε click στο Help → Design Rules, ή το εγχειρίδιο του χρήστη.

Parametric Analysis (Analysis Menu):

Η παραμετρική ανάλυση μέσα σε Microwind είναι ένα ισχυρό εργαλείο για γρήγορη έρευνα για την επίδραση κάποιας αλλαγής παραμέτρου στη συμπεριφορά του κυκλώματος. Ένα παράδειγμα της ανάλυσης μπορεί να είναι η επίδραση της ικανότητας φορτίων στην καθυστέρηση μιας πύλης. Η παραμετρική συσκευή ανάλυσης θα αυξήσει αυτόματα την χωρητικότητα, θα τρέξει ένα σύνολο προσομοιώσεων και θα σχεδιάζει το αποτέλεσμα στην οθόνη.

• Κάντε click στο Analysis → Parametric Analysis. • Επιλέξτε τον επιθυμητό κόμβο στον οποίο η μέτρηση καθυστέρησης ή η

μέτρηση συχνότητας εκτελείται, τότε. Πιέστε έναν κόμβο παραγωγής κυττάρων στο σχεδιάγραμμα. Το παραμετρικό παράθυρο ανάλυσης εμφανίζεται.

• Στις επιλογές παραμέτρου, επιλέξτε το στοιχείο "node capacitance". Δώστε την κατάλληλη σειρά της ανάλυσης.

• Στις επιλογές μέτρησης μπορείτε να επιλέξετε να ελέγξετε την καθυστέρηση ανόδου και πτώσης, την κατανάλωση ισχύος, ή τη συχνότητα.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 46

Page 47: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Πιέστε "Start Analysis". Μια επαναληπτική διαδικασία θα διευθύνει τις προσομοιώσεις και θα εξαγάγει τις σχετικές παραμέτρους. Τα αποτελέσματα παραδείγματος μπορούν να παρουσιάσουν την εξέλιξη της καθυστέρησης κυττάρων όταν η χωρητικότητα των κόμβων παραγωγής έχει αλλάξει, ή την επιρροή των παραλλαγών θερμοκρασίας στην τελική αξία μιας τάσης πόλωσης.

Find Floating Nodes (Analysis menu):

Κάντε click στο Analysis → Find Floating Nodes, για να ανιχνεύσετε το σχεδιάγραμμα και να βρείτε τους κόμβους που επιπλέουν. Ο πλοηγός παραθέτει τον κατάλογο των επιπλεόντων κόμβων στο navigator menu. Πιέστε το αντίστοιχο όνομα για να τον εντοπίσετε στο σχέδιο. Ένας επιπλέων κόμβος είναι μια διασύνδεση που δεν συνδέεται με μια διάχυση. Οι επιπλέουσες πύλες παρατίθενται ακόμα κι αν περιλαμβάνουν ένα ρολόι ή μια ιδιοκτησία σφυγμού.

Measure Distance (Analysis menu):

Ο χρήστης δίνει τις συντεταγμένες (dx και dy) μεταξύ των δύο σημείων άμεσα στην οθόνη lamda και μ. Η αλγεβρική απόσταση δίνεται σε mm.

Resonant Frequency (Analysis menu):

Αυτή η εντολή είναι χρήσιμη για να υπολογίζουμε την resonant συχνότητα και τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση πηνίου και πυκνωτή. Η resonant συχνότητα είναι (2*3.14)/(L*C)^(1/2), ενώ η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση είναι (L*C)^(1/2).

Interconnect Analysis with FEM (Analysis menu):

Αυτή η εντολή χρησιμοποιείται για να υπολογίσουμε τα R, L και C μιας δεδομένης διασύνδεσης ανά μήκος μονάδων. Η οθόνη περιλαμβάνει μια ενότητα πεπερασμένων στοιχείων που υπολογίζουν τον ηλεκτρικό τομέα μεταξύ ενός ή δύο αγωγών και ground plane. Το τμήμα αγωγών, το ύψος και το πάχος είναι παράμετροι που διαμορφώνονται από το αρχείο RUL.

Add Text : Χρησιμοποιήστε το εικονίδιο ADD TEXT, για να καθορίσετε ένα κείμενο σε ένα κιβώτιο ή τη θέση στο σχέδιο. Εκείνο το κείμενο επεξηγεί το σχεδιάγραμμα και πρέπει να χρησιμοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο για κάθε σημαντικό κόμβο όπως οι εισαγωγές και τα αποτελέσματα. Για να εισάγετε κάποιο κείμενο σε μια συγκεκριμένη θέση, συνεχίστε ως ακολούθως:

• Πιέστε την εικόνα ADD TEXT. • Θέστε τη θέση κειμένου με το ποντίκι. Ένα πλαίσιο διαλόγου εμφανίζεται. • Εισάγετε το κείμενο μπροστά από το "Label name:" και πιέστε "Assign". Το

κείμενο τoποθετείται στο σχέδιο.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 47

Page 48: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Ένα κείμενο μπορεί να τροποποιηθεί ως εξής:

• Πιέστε την εικόνα ADD TEXT, • πιέστε μέσα στο υπάρχον κείμενο. Το παλιό κείμενο εμφανίζεται. • Το τροποποιείτε και πιέστε "Assign". Μπορείτε επίσης να προσθέσετε ένα

ρολόι, έναν σφυγμό, μια πηγή τάσης VDD ή VSS στο κείμενο. Περίληψη : Μια μικρή περίληψη των όσων ειπώθηκαν παραπάνω παρατίθεται στη συνέχεια σε μορφή highlights:

Το Microwind είναι ένα δωρεάν πρόγραμμα σχεδιαστικής προσομοίωσης σχεδιασμένο από τον E. Sicard.

Βασικές γνώσεις για τον σχεδιασμό CMOS: Το ΝMOS κατασκευάζεται από polysilicon για το Gate και N+ diffusion για το Source και το Drain. Το ΡMOS κατασκευάζεται από polysilicon για το Gate και Ρ+ diffusion για το Source και το Drain.

Ενότητες MICROWIND: MSK: a Mask editor. Device Generator: an auto-router που σχεδιάζει standard συσκευές: MOS, CAP, IND, RES, PAD. CIF converter: πρόγραμμα μετατροπέων για να μετατρέπει τα αρχεία σχεδίων Microwind σε σχήματα ρευμάτων Calma και αντίστροφα. DRC: ένας ελεγκτής κανόνα σχεδίου EXTRACT: πρόγραμμα που εξάγει ηλεκτρικές παραμέτρους. SIM: μεταγλωττιστής αρχείων κυκλωμάτων για την προσομοίωση ολοκληρωμένου κυκλώματος, DSCH: ένας λογικός συντάκτης και προσομοιωτής. 2D & 3D viewer: πρόγραμμα που δημιουργεί 2D and 3D σχέδια για επίδειξη.

Microwind: Συντάκτης σχεδιαγράμματος (Layout editor)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 48

Page 49: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

Microwind: επισκόπηση 1. To Microwind χρησιμοποιεί MSK (mask) αρχεία για να αποθηκεύσει

τις πληροφορίες του σχεδιασμένου σχεδιαγράμματος, 2. Τα στρώματα σε Microwind συνδέονται στις μάσκες που

χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία. 3. To Microwind μετατρέπει MSK αρχεία σε CIF (Caltech

Intermediate Format) αρχεία για να μεταφέρει αμφίδρομα τα σχέδια internet σε MOSIS.

4. Το Microwind επιτρέπει σχεδίαση μόνο MOS κυκλωμάτων. (βλέπε το σύντομο οδηγό χρηστών Microwind).

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 49

Page 50: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

4 ΚΑΝΟΝΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΣΤΟ Microwind:

4.1 Κανόνες σχεδίασης του Ν-well: R101 Το ελάχιστο μέγεθος του φρέατος: 12*λ R102 Μεταξύ των φρεάτων: 12*λ R110 Ελάχιστη επιφάνεια: 144*λ2

4.2 Κανόνες σχεδίασης της διάχυσης: R201 Ελάχιστο Ν+ και Ρ+ πλάτος διάχυσης: 4*λ R202 Μεταξύ δύο Ρ+ και Ν+ διαχύσεων: 4*λ R203 Πρόσθετο Ν-well μετά από Ρ+ διάχυση: 6*λ R204 Μεταξύ Ν+ διάχυσης και Ν-well: 6*λ R205 Σύνορα φρέατος μετά από Ν+ πόλωση: 2*λ R206 Απόσταση μεταξύ N-well και Ρ+ πόλωσης: 6*λ R210 Ελάχιστη επιφάνεια: 24*λ2

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 50

Page 51: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

4.3 Κανόνες σχεδίασης του πολυπυριτίου: R301 Πλάτος πολυπυριτίου: 2*λ R302 Πύλη πολυπυριτίου στη διάχυση: 2*λ R303 Πύλη πολυπυριτίου στη διάχυση υψηλής τάσης MOS: 4*λ R304 Μεταξύ δυο block πολυπυριτίου: 3*λ R305 Πολυπυρίτιο σε σχέση με άλλη διάχυση: 2*λ R306 Διάχυση μετά από το πολυπυρίτιο: 4*λ R307 Πρόσθετη πύλη μετά από την πολυπυριτίωση: 3*λ R310 Ελάχιστη επιφάνεια: 8*λ2

4.4 Κανόνες σχεδίασης 2oυ πολυπυριτίου: R311 Πλάτος polysilicon2: 2*λ R312 Πλάτος polysilicon2 στη διάχυση: 2*λ

4.5 Κανόνες σχεδίασης επαφών (contact): R401 Πλάτος επαφών: 2*λ R402 Μεταξύ δυο επαφών: 5*λ R403 Πρόσθετη διάχυση πέρα από την επαφή: 2*λ R404 Επιπλέον polysilicon πέρα από την επαφή: 2*λ R405 Πρόσθετο μέταλλο πέρα από την επαφή: 2*λ R406 Απόσταση μεταξύ της επαφής και της poly πύλης: 3*λ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 51

Page 52: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

4.6 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου και via: R501 Πλάτος μετάλλων: 4*λ R502 Μεταξύ δύο μετάλλων: 4*λ R510 Ελάχιστη επιφάνεια: 32*λ2 R601 Πλάτος του via: 2*λ R602 Μεταξύ δυο via: 5*λ R603 Μεταξύ via και επαφής: 0 R604 Πρόσθετο μέταλλο πάνω από το via: 2*λ R605 Πρόσθετο μέταλλο2 πάνω από το via: 2*λ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 52

Page 53: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

4.7 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου2 και via2: R701 Πλάτος μετάλλων: 4*λ R702 Μεταξύ δύο μετάλλων2: 4*λ R710 Ελάχιστη επιφάνεια: 32*λ2 R801 Πλάτος του via2: 2*λ R802 Μεταξύ δυο via2: 5*λ R804 Πρόσθετο μέταλλο2 πάνω από το via2: 2*λ R805 Πρόσθετο μέταλλο3 πάνω από το via2: 2*λ

4.8 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου3 και via3: R901 Πλάτος μετάλλου3: 4*λ R902 Μεταξύ δύο μετάλλων3: 4*λ R910 Ελάχιστη επιφάνεια: 32*λ2 RA01 Πλάτος του via3: 2*λ RA02 Μεταξύ δυο via3: 5*λ RA04 Πρόσθετο μέταλλο3 πάνω από το via3: 2*λ RA05 Πρόσθετο μέταλλο4 πάνω από το via3: 2*λ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 53

Page 54: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

4.9 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου4 και via4: RB01 Πλάτος μετάλλου4: 4*λ RB02 Μεταξύ δύο μετάλλων4: 4*λ RB10 Ελάχιστη επιφάνεια: 32*λ2 RC01 Πλάτος του via4: 2*λ RC02 Μεταξύ δυο via4: 5*λ RC04 Πρόσθετο μέταλλο4 πάνω από το via4: 3*λ RC05 Πρόσθετο μέταλλο5 πάνω από το via4: 3*λ

4.10 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου5 και via5: RD01 Πλάτος μετάλλου5: 8*λ RD02 Μεταξύ δύο μετάλλων5: 8*λ RD10 Ελάχιστη επιφάνεια: 100*λ2 RE01 Πλάτος του via5: 4*λ RE02 Μεταξύ δυο via5: 6*λ RE04 Πρόσθετο μέταλλο5 πάνω από το via5: 3*λ RE05 Πρόσθετο μέταλλο6 πάνω από το via5: 3*λ

4.11 Κανόνες σχεδίασης Μετάλλου6: RF01 Πλάτος μετάλλου6: 8*λ RF02 Μεταξύ δύο μετάλλων6: 8*λ RF10 Ελάχιστη επιφάνεια: 300*λ2

4.12 Κανόνες σχεδίασης PADS: RP01 Πλάτος pad: 100μm RP02 Μεταξύ δυο pad: 100μm RP03 Άνοιγμα στην επικάλυψη έναντι του via: 5 μm RP04 Άνοιγμα στην επικάλυψη έναντι των μετάλλων: 5 μm RP05 Μεταξύ του pad & της ανεξάρτητης ενεργού περιοχής: 20μm

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 54

Page 55: Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - …vlsinet.teipir.gr/Dashboard/FileDownloads/Downloads/vlsi.pdf · ομάδα Ολοκληρωμένων

Αυτόματη Σχεδίαση VLSI Ανάλυση Κυκλωμάτων. SPICE - Microwind

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ VLSI Σελ 55

5 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: Τεχνολογία ηλεκτρονικών εξαρτημάτων του Ανδρέα Β. Ζερβάκη Principles of CMOS Vlsi design: A system perspective των Neighl H.E. Weste και Karmaran Eshraghian http://www.ateneonline.it/spirito/materiali_didattici_integrativi/tutorialmw2/tutorial.swf http://iteso.mx/~emguerrero/Cursos/TDFCSE/III_CAD_tools_O2006.pdf http://www.csit-sun.pub.ro/courses/as/Curs_VLSI_6/Curs_6-VLSI.pdf http://www.inf.uth.gr/~bisdounis/VLSI_laboratory.pdf