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2013 年 10 月

SPECTRE ULTRASIM SPECTRE-VERILOG. 2013 年 10 月. 内容提要. Spectre 模拟仿真 Ultrasim 快速仿真 Spectreverilog 数模混合仿真 演示. 三大 EDA （ Electronic Design Automation ） 软件公司. 1 、 Cadence 2 、 Synopsys （收购 Avanti, Magma ） 3 、 Mentor Graphics. 各种仿真器简介.

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Presentation Transcript

  1. SPECTRE ULTRASIM SPECTRE-VERILOG 2013年10月

  2. 内容提要 • Spectre模拟仿真 • Ultrasim快速仿真 • Spectreverilog数模混合仿真 • 演示 浙大微电子

  3. 三大EDA （Electronic Design Automation）软件公司 • 1、Cadence • 2、Synopsys（收购Avanti, Magma） • 3、Mentor Graphics 浙大微电子

  4. 浙大微电子

  5. 各种仿真器简介 • SPICE : 由UC Berkeley 开发。用于非线性 DC分析，非线性瞬态分析和线性的AC分析。 • Hspice: 作为业界标准的电路仿真工具，它自带了许多器件模型，包括小尺寸的MOSFET和MESFET。Cadence提供了hspice的基本元件库并提供了与Hspice的全面的接口。 • Spectre: 由Cadence开发的电路仿真器，在SPICE的基础上进行了改进，使得计算的速度更快，收敛性能更好。 浙大微电子

  6. 高精度电路仿真器 • 1、Spectre/SpectreRF(cadence) • 2、Hspice/HspiceRF(avanti) • 3、Ads(Agilent 主要针对RF) • 4、eldo(Mentor Graphics) • 5、saber(Synopsys) 浙大微电子

  7. Cadenc软件简介 Cadence 提供了一个大型的EDA 软件包，它包括： • ASIC 设计 全定制IC设计工具Virtuoso Schematic Composer 电路仿真工具Analog Design Environment • PCB设计 • FPGA 设计 浙大微电子

  8. Cadence中Spectre的模拟仿真 1、进入Cadence软件包 2、建立可进行SPECTRE模拟的单元文件 3、编辑可进行SPECTRE模拟的单元文件 4、模拟仿真的设置(重点) 5、模拟仿真结果的显示以及处理 6、分模块模拟(建立子模块) 7、仿真实例 浙大微电子

  9. 一、 Spectre模拟仿真 浙大微电子

  10. 一、进入Cadence软件包 • 步骤一 下载安装putty软件（http://www.isee.zju.edu.cn/ic/datas/news/0308/new_120213/putty-0.60-installer.exe），在Host name处填工作站地址，端口默认，协议（protocol）选SSH，如图所示，在putty进行设置；然后登录工作站。 浙大微电子

  11. 用户名 密码 修改密码：passwd VNC端口申请 端口号 浙大微电子

  12. 步骤二 下载winvnc软件（http://www.isee.zju.edu.cn/ic/datas/news/0308/new_120213/vncviewer.exe） 运行winvnc，填入 主机名称 ：端口号码 192.168.83.138:3 端口号 192.168.83.138:3 浙大微电子

  13. Cadence软件启动 • 1.创建启动软件的目录 mkdir filename(任意名) • 2.进入该目录 cd filename • 3. 寻找cadence环境变量 source /opt/demo/cdsmmsim7_cal9.env • 4. 启动软件 icfb & 浙大微电子

  14. 二、建立可进行SPECTRE模拟的单元文件 主窗口分为信息窗口（command interpreter window,CIW)、命令行以及主菜单。信息窗口会给出一些系统信息（如出错信息，程序运行情况等）。在命令行中可以输入某些命令。 主菜单包括： 1、File菜单 2、Tools菜单 3、Options菜单 浙大微电子

  15. File菜单 • 在File菜单下，主要的菜单项有New、Open、Exit等 • New菜单项的子菜单下有Library、Cell view两项。Library项打开New Library窗口，Cell view项打开Create New File窗口。 • Open菜单项打开相应的Open File窗口。 • Exit项退出Cadence软件包。 Symbol Schematic Verilog Layout （View） Library Cell 浙大微电子

  16. Library,Cell以及View 1、library(库)的地位相当于文件夹，它用来存放一整个设计的所有数据，包括子单元（cell）以及子单元（cell）中的多种视图（view）。新建时注意选择是否链接techfile。 2、Cell（单元）可以是一个简单的单元，像一个与非门，也可以是比较复杂的单元（由symbol搭建而成）。 3、View则包含多种类型，常用的有schemetic，symbol，layout，verilog，extracted等等 ,新建Cellview要注意选择View的类型。 浙大微电子

  17. Tools菜单 • 在Tools菜单下，比较常用的菜单项有 • Library Manager • Library Path Editor • Technology File Manager Library Manager项打开的是库管理器。在窗口的各部分中，分别显示的是Library、Cell、View相应的内容。 浙大微电子

  18. Library Path Editor & Technology File Manager Library Path Editor可以对本用户的文件路径进行修改 Technology File Manager基本上都是和工艺相关的功能和设置。比较常用的是Edit Layers 可以使用在版图编辑中，用来修改原始图层的一些属性。 浙大微电子

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

  20. 三、编辑可进行SPECTRE模拟的单元文件 选择主窗口File→Open→Open file，打开相应的Schematic View，即进入了Composer-Schematic Editing 窗口，如右图所示。 浙大微电子

  21. 工具栏介绍 从上至下： 1.Check and Save 2.Save 3.Zoom in by 2 ] 4.Zoom out by 2 [ 5.Stretch m 6.Copy c 7.Delete Del 8.Undo u 9.Property q 10.Instance i 11.Wire（Narrow） w 12.Wire（Wide） W 13.Wire Name l 14.Pin p 15.Cmd Options 16.Repeat 浙大微电子

  22. 添加元器件 基本的理想元器件，如NMOS PMOS 电阻 电容 电压源 电流源 等等 都在analoglib库里。 点击右边工具栏“Instance”或快捷键 ”i” 注意！ View要选择symbol 浙大微电子

  23. 常用analoglib库的元器件 浙大微电子

  24. 元器件symbol视图 浙大微电子

  25. 一些快捷键 x：检查并存盘 s：存盘 [：缩小 ]：放大 f：整图居中显示 u：撤销上一次操作 Esc：清楚刚键入的命令 c：复制 shift+N：添加标号 g：查看错误 w：连线（单线） m：移动 shift+m（M）：移动器件但不移动连线 Delete：删除 i：添加元器件 p：添加端口 r：旋转器件并拖动连线 q：属性编辑 l（小写L）：添加线名 shift+l（大写L）：标注 N：添加几何图形 W：连线（总线） 浙大微电子

  26. 附加功能：F3 浙大微电子

  27. 四、模拟仿真的设置(重点) Composer-schamatic界面中的Tools → Analog Environment项可以打开Analog Design Environment 窗口，如下图所示。 浙大微电子

  28. Analog Design Simulation菜单介绍 Session菜单 Schematic WindowSave StateLoad StateOptionsResetQuit 回到电路图 保存当前所设定的模拟所用到的各种参数 加载已经保存的状态 一些显示选项的设置 重置analog artist。相当于重新打开一个模拟窗口 退出 浙大微电子

  29. Setup菜单 Setup菜单 DesignSimulator/directory/hostTemperatureModel Library Environment 选择所要模拟的线路图 选择模拟使用的模型一般有cdsSpice hspiceSspectre等 设置模拟仿真时的温度 设置库文件的路径和仿真方式 设置仿真的环境（后仿真时需设置） 浙大微电子

  30. Analyses菜单 选择模拟类型。Spectre的分析有很多种，如右图，最基本的有 tran（瞬态分析） dc（直流分析） ac（交流分析）。 浙大微电子

  31. tran（瞬态分析） 可选择三种仿真精确度： 宽松的（liberal）：仿真速度最快，但是精度最低，适合仿真数字电路或者是变化速度较低的模拟电路； 适中的（moderate）：作为仿真器默认的设置，精确度类似于用SPICE2计算的仿真结果; 保守的（conservative）：具有最高的精确度但是速度最慢，适合较敏感的模拟电路的仿真 浙大微电子

  32. dc（直流分析） dc（直流分析）可以在直流条件下对Temperature Design Variable ComponentParameter Model Parameter 进行扫描仿真 例如:对温度的扫描（测量温度系数） 电路随电源电压变化的变化曲线等 浙大微电子

  33. ac（交流分析） ac（交流分析）是分析电路性能随着运行频率变化而变化的仿真。 既可以对频率进行扫描也可以在某个频率下进行对其它变量的扫描。 浙大微电子

  34. Variables菜单 包括Edit等子菜单项。可以对变量进行添加、删除、查找、复制等操作。变量（variables）既可以是电路中元器件的某一个参量，也可以是一个表达式。变量将在参量扫描（parametric analysis）时用到。 浙大微电子

  35. 其它有关的菜单项（1） Tools菜单 Tools内包含了 参变量分析 工艺角仿真 蒙特卡罗仿真 参数优化器 计算器 结果浏览器 等非常实用的工具。 浙大微电子

  36. Tools/Parametric Analysis 它提供了一种很重要的分析方法——参量分析的方法，也即参量扫描。可以对温度，用户自定义的变量（variables）进行扫描，从而找出最合适的值。 浙大微电子

  37. Tools/Results Browser 它提供了电路中各个元件（MOS管、电阻等）的各项重要参数。比如DC仿真后MOSFETs的实际Vth，gm等参数 浙大微电子

  38. 其它有关的菜单项（2） Outputs/To be plotted/selected on schematic schematic子菜单用来在电路原理图上选取要显示的波形（点击连线选取节点电压，点击元件端点选取节点电流），这个菜单比较常用 浙大微电子

  39. 其它有关的菜单项（3） Outputs/Setup 当然我们需要输出的有时不仅仅是电流、电压，还有一些更高级的。比如说：带宽、增益等需要计算的值，这时我们可以在Outputs/setup中设定其名称和表达式。在运行模拟之后，这些输出将会很直观的显示出来。 举个例子：标识3db的点，我们用到的表达式如下：bandwidth（VF(“/Out)，3，“low”） 需要注意的是：表达式一般都是通过 caculator 输入的。Cadance自带的计算器功能强大，除了输入一些普通表达式以外，还自带有一些特殊表达式，如bandwidth、average等等。 浙大微电子

  40. Calculator的使用 Calculator是一个重要的数据处理工具，可以用来仿真电源抑制比，相位裕度，计算频谱等 浙大微电子

  41. 其它有关的菜单项（4） Results菜单 浙大微电子

  42. 模拟结果的显示以及处理 在模拟有了结果之后，如果设定的output有plot属性的话，系统会自动调出waveform窗口，并显示outputs的波形，如左图 浙大微电子

  43. 在模拟电路的仿真过程中，要在不同的PVT (Process，Voltage，Temperature)状况下全面地仿真。 • P 对应的是不同的工艺角类型； • （在smic 40nm cmos工艺下Mosfet有sssf tt fs ff五种工艺角。电阻，电容，电感，二极管等各有三个工艺角） • V 指的是电源电压，要求仿真标称值的±10%电源电压下的电路的仿真结果； • T 温度要求对于芯片的应用范围有所不同，一般 • 民用级是 0℃~70℃， • 工业级是 -40℃~85℃， • 军用级是 -55℃~125℃。 浙大微电子

  44. 分模块模拟(建立子模块) • 存在问题 在电路越来越复杂的情况下，存在许多重复单元，如果花时间分别去建立schamatic，明显会使工作更繁复。 • 解决方案 我们在建立了一个子电路后，可以将其看作一个整体，建立一个模块,即建立一个symbol（view name），放在用户自己库里的作为一个器件(component)来用，这样可以大大减小工作量、提高效率、简化设计。 浙大微电子

  45. schematic和symbol图 在Library Manager中分别建立cellview 的schematic (view)和symbol(view)，如下图所示。两者的Pin的名称和属性必须一致，这样才能建立起一一对应的关系。 浙大微电子

  46. 建立子模块的方法 1、直接建立 在Library Manager中新建cell，在弹出的窗口的Tool项选择Composer-symbol,即建立的是symbol(view); 用子菜单Add/Shape/Line和Add/Shape/Circle的命令画出所需的形状； 用子菜单Add/label的命令添加标签[@instanceName]；用子菜单Add/PIn的命令添加管脚 用子菜单Add/Selection Box命令添加选择框。 2、间接建立 打开cell的schematic(view)，用子菜单Design/Create Cellview/From Cellview命令。在弹出的窗口里输入相应的名称后，单击OK 浙大微电子

  47. 子模块的调用 在Schematic中点击Add Instance。然后在Library中选中你的子模块所在的library，cellview，symbol。这样就可以调用你设计的子模块了。 浙大微电子

  48. 五、FSK电路仿真实例 FSK（Frequency-shift keying） 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。 要求： 输入250 KHz，0~3 V方波 当输入为高电平，输出频率为2M Hz信号 当输入为低电平，输出频率为2.5M Hz信号 浙大微电子

  49. 1、搭建FSK电路，如下图所示： 浙大微电子

  50. 2、建立Symbol图 为电路创建SYMBOL之后该电路即可作为模块方便被其它电路调用 浙大微电子

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