信息工程学院毕业实习报

信息工程学院毕业实习报告

题 目 集成电路设计

系 电子工程

班 级 07091811 学 号 07094136 学生姓名 叶涨 指导教师 周明珠

实习时间：2010 年 11 月 20 日至 2011 年 1 月 20 日

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一、毕业实习计划

（由指导教师及实习单位制订。包括总体和各阶段的实习内容和要求，毕业实习时间共8周、地点安排等。中文宋体，英文Times New Roman，小四号，单倍行距。） 一．实习目的 通过集成电路实习，掌握集成电路的设计流程和设计方法，能够完成集成电路中基本单元电路的电路设计仿真和版图设计工作：熟悉并使用Cadence软件，完成反相器的设计。 二．实习时间 2010年11月20日至2011年1月20日。 三．实习地点 杭州电子科技大学实验室 三．实习内容 反相器设计 1. 题目： 设计一个CMOS反相器电路 四．各阶段的要求 1． 第一阶段：在老师的指导下用一周时间下载并学习使用Cadence软件的使用方法。 2. 第二阶段：熟悉使用Cadence软件后，先对CMOS反相器电路特性进行分析（首先分析NMOS的工作特性[1,2]，反相器的输入电压Vi即为NMOS的栅源电压Vgsn，反相器的输出电压Vo即为NMOS的漏源电压Vdsn 。），然后利用Cadence软件进行反相器原理图仿真（基本流程为：创建工作库；创建原理图文件；原理图编辑；设置元件属性；电路检查保存；生成符号（symbol）；原理图仿真设置[4]。），版图设计（版图的编辑和验证流程包括：新建版图文件；版图编辑；版图设计规则检查DRC（Design rule check）；版图与原理图一致性检查LVS（Layout vs. Schematic）；寄生参数提取（RCX）；后仿真；导出GDS文件。）以及后仿真。第二阶段大概预计6周。 3．第三阶段：整理和完善学习心得，以书面报告的形式书写，并写出实习期间的心得体会或感受（所用到的参考文献请注明出处）。 五、 基本要求 1. 学生在实习期间，要在指导老师或实习单位有关人员的指导下，认真完成指导老师或实习单位下达的有关实习任务。深入实际，按时、按质、按量全面完成实习任务。 2. 学生在实习期间要随时做好实习记录，认真填写《实习日志》的有关内容。《实习日志》将作为实习考核的主要依据之一。填写《实习日志》必须实事求是，每月考评必须由单位部门主管签名。实习结束时，完成实习小结，由实习单位给出实习鉴定意见。 3. 要虚心向实习单位员工学习，认真从实践中求知，努力培养发现、分析和解决实际问题的能力。掌握计算机应用的实践能力，提高计算机专业水平。 4. 学生完成全部实习任务，提交实习日志（包括实习记录、实习总结、实习鉴定意见），方可参加考核。实习成绩不及格者，按《学院学籍管理制度》重修。 5. 实习生应围绕实习内容，根据实习中调查和收集的资料，进行分析研究，提出自己的见解，为毕业论文的写作做出准备。 6. 实习纪律和注意事项： （1）服从安排，一切行动听从实习单位有关人员和指导老师的安排。 2

（2）严格遵守实习单位的各项规章制度，注意安全。 （3）严格遵守作息时间，准时上下班。 （4）严格考勤。实习期间不得无故外出，不得提前返校或去其他无关地方，如有特殊情况，应向指导教师或实习单位请假。无故缺勤累计超过规定实习时间三分之一者，不予评定实习成绩。 （5）尊重实习单位的各级领导和工作人员，虚心向有实践经验的同事或老师求教，在实习活动和旅途中做到文明礼貌。 四、 实习时间、方式及人数 1. 实习时间：8周 2. 实习方式 为与学生就业相适应，学生实习单位以学生自主联系落实为主，系、专业教研室给予适当推荐，学院统一安排。 五、 实习成绩评定 实习结束时，学生提交《实习日志》，包括实习记录、实习总结及实习鉴定意见。实习指导教师或实习单位有关人员根据其平时的表现，对学生的业务能力及各项综合素质实事求是地写出评语，记入学生毕业实习档案。 学生毕业实习成绩实行五级记分制，即：优秀、良好、中等、及格和不及格五级。实习成绩根据学生的实习日志、实习指导教师和实习单位的意见，由系实习考核小组综合打分。具体考核标准如下： 1． 优秀：达到实习计划规定的全部要求。实习总结全面系统地总结了实习内容，反映了本次实习的实际意义，运用所学的理论知识分析、解决了一些实际问题，且有所创新。实习期间表现出色。 2． 良好：达到实习计划规定的全部要求。实习总结能对实习内容进行全面系统的总结，运用所学的理论知识分析、解决了一些实际问题。实习期间表现良好。 3． 中等：达到实习计划规定的主要要求。实习总结能对实习内容进行比较全面的总结。实习期间无违纪行为。 4． 及格：达到实习计划规定的基本要求。完成实习日志，内容基本正确。实习期间无重大违纪行为。 5． 不及格：未达到实习计划所规定的基本要求。实习日志有明显错误或没有认真完成。实习期间表现很差。

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二、毕业实习日记

（由实习学生完成。包括毕业实习时间共8周、地点、指导老师、实习内容、完成情况、体会和总结等内容，若内容不多可按周记载。中文宋体，英文Times New Roman，小四号，单倍行距。） 一．实习时间 2010年11月20日至2011年1月20日。 二．实习地点 杭州电子科技大学集成电路实验室 三．指导老师：周明珠 四．每阶段的实习完成情况 第一周：在老师的指导帮助下安装了Cadence并学习熟练使用的方法（Cadence软件是集成电路设计中涉及到的最核心的软件，也是工业界通用的软件。将Cadence软件应用到集成电路的教学当中，通过学生亲自完成相关的实验，使学生更好地掌握集成电路设计的流程。同时也有利于培养有实际工作能力的，与工业界接轨的电子专业人才）。 第二周：在老师的指导下先对CMOS反相器电路特性进行分析：首先分析了NMOS的工作特性[1,2]，反相器的输入电压Vi即为NMOS的栅源电压Vgsn，反相器的输出电压Vo即为NMOS的漏源电压Vdsn 。当栅源电压Vi大于NMOS的阈值电压Vtn时，管子处于导通状态。当漏源电压Vo小于栅源电压Vi与阈值电压Vtn的差值时,MOS管工作在线性区，同理可分析得PMOS管的伏安特性，(Vi-Vdd)为PMOS的栅源电压，（Vo- Vdd）为PMOS的漏源电压。当栅源电压|Vo-Vdd|大于PMOS管的阈值电压|Vtp|时，管子处于导通状态。当漏源电压|Vo-Vdd|小于|Vi-Vdd- Vtp|时，PMOS工作在线性区。然后利用Cadence软件进行反相器原理图仿真：基本步骤为创建工作库；创建原理图文件；原理图编辑；设置元件属性；电路检查保存；生成符号（symbol）；原理图仿真设置。 第三．四周：继续反相器原理的仿真工作。 第五周：已经做好了原理图的仿真，开始做版图设计：包括新建版图文件；版图编辑；版图设计规则检查DRC（Design rule check）；版图与原理图一致性检查LVS（Layout vs. Schematic）；寄生参数提取（RCX）；后仿真；导出GDS文件。 第六．七周：版图设计以及后仿真工作。 第八周：整理文献资料，完善心得体会，书写实习报告。

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三、毕业实习报告

（由实习学生填写。包括整个实习过程的目的目标、实习过程说明、实习任务完成情况、问题及解决、体会和总结等内容，要求3000字以上。中文宋体，英文Times New Roman，小四号，单倍行距。） 一．实习目的 通过集成电路实习，掌握集成电路的设计流程和设计方法，能够完成集成电路中基本单元电路的电路设计仿真和版图设计工作：熟悉并使用Cadence软件，完成反相器的设计。 二． 集成电路（Integrated Circuit）是一种微型电子器件或部件。是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举、较为协调的发展格局，产业链基本形成。 本文选择CMOS反相器电路作为设实例，因为在模拟集成电路和数字集成电路设计中都会用到CMOS反相器电路。且反相器仅由单个PMOS和单个CMOS构成，电路结构简单，分析过程简单明了。作为集成电路的初学者比较容易接受和掌握。工艺库采用Cadence软件内嵌的90 nm CMOS工艺库 gpdk090，电源电压为2V。 1 CMOS反相器电路特性分析 反相器的电路结构如图1（a）所示[1]，首先分析NMOS的工作特性[1,2]，反相器的输入电压Vi即为NMOS的栅源电压Vgsn，反相器的输出电压Vo即为NMOS的漏源电压Vdsn 。当栅源电压Vi大于NMOS的阈值电压Vtn时，管子处于导通状态。当漏源电压Vo小于栅源电压Vi与阈值电压Vtn的差值时,MOS管工作在线性区。线性区漏源电流方程为式（1），其中n为电子迁移率，Cox为单位面积的栅氧化层电容，W和L分别为NMOS的栅宽和栅长。当漏源电压Vo大于栅源电压Vi与阈值电压Vtn的差值时,MOS管工作在饱和区，漏源电流方程为式（2）。绘出伏安特性曲线如图1（b）所示的。同理可分析PMOS管的伏安特性，(Vi-Vdd)为PMOS的栅源电压，（Vo- Vdd）为PMOS的漏源电压。当栅源电压|Vo-Vdd|大于PMOS管的阈值电压|Vtp|时，管子处于导通状态。当漏源电压|Vo-Vdd|小于|Vi-Vdd- Vtp|时，PMOS工作在线性区。电流特性方程为式（3），其中p为空穴迁移率，W和L分别为PMOS的栅宽和栅长。当漏源电压|Vo-Vdd|大于|Vi-Vdd- Vtp|时，PMOS工作在饱和区。饱和区电流特性方程为式（4）。绘出伏安特性曲线如图1（c）所示。将PMOS视为NMOS的负载，PMOS的特性曲线作为负载线做在NMOS特性曲线中[3]，如图1（d）所示。由此可推导出CMOS反相器的工作电流和电压转移特性如图1（e）所示。 W1)n[(ViVtn)VoVo2]（1） L2CWIdsnnox()n(ViVtn)2（2） 2LW1pCox()p[(ViVddVtp)(VoVdd)(VoVdd)2]（3） L2pCoxWIdsp()p(ViVddVtp)2（4） 2LIdsnnCox(VddIdspViVo（a） 7

IdspVi=0 VIdsnVi=2 VVi=0.5 VVi=1 VVi=1.5 VVi=1.5 VVi=1 VVi=0.5 V|Vo-Vdd|Vo(b) (c) IdsV=0 VV=0.5 VV=1 VV=1.5 VV=2 VV=1.5 V VoVddIdsABCDEVdd/2VddDCBAV=1 VV=0.5 VViEVdd/2VddVo(d) (e) 图1 2 利用Cadence进行反相器原理图仿真 原理图的编辑与仿真基本流程为：创建工作库；创建原理图文件；原理图编辑；设置元件属性；电路检查保存；生成符号（symbol）；原理图仿真设置[4]。 1）启动Cadence 在Linux或者Unix操作系统下，启动终端；写入命令icfb；系统弹出命令解释窗口CIW(Command Interpreter Window)。CIW为Cadence工具的集中控制窗口，如图2(a)所示。选择菜单File/New/Library,在弹出的窗口中编辑工作库的名称为inv；指定工作库存放的路径；指定工艺库为gpdk090，如图2(b)。 2）创建原理图文件 选择CIW中的File/New/Cell View，如图2(c)所示。Library name选择前面已建立的inv工作库；Cell Name 中输入inv，Tool 选择Composer-Schematic，即在inv工作库中新建名为inv的原理图文件。 3）原理图编辑 创建原理图文件后会弹出原理图编辑窗口，选择菜单Add/instance，调用工艺库gpdk090中的PMOS和NMOS；选择菜单Add/Pin，添加输入输出端口；选择Add/Wire（Narrow），完成元器件间的连线；完成后的原理图如图2(d)所示。 编辑MOS管的特性参数：首先点中PMOS管；选择菜单Edit/Properties/objects,弹出属性编辑窗口；如图2(e)所示，设置PMOS的栅长Length 为280 nm；设置叉指宽度Finger Width为395 nm；设置叉指数Fingers为1。NMOS管的编辑同上，设置NMOS的栅长Length 为280 nm；设置叉指宽度Finger Width为150 nm；设置叉指数Fingers为1。选择原理图编辑窗口菜单中的Design/Check and Save，进行原理图文件的检查和保存工作。 生成符号（Symbol）文件：选择菜单Design/Create Cellview/From Cellview, 弹出符号编辑窗口，如图2(f)所示。生成反相器的symbol文件如图2(g)所示。 (a) 8

(b) (c) (d) (e) (f) (g) 图2 (4)原理图仿真 新建一个原理图文件，作为电路仿真激励文件，如图3(a)所示，命名为inv_sim。设置电源电压Vdd为2V，输入电压为变量Vi，选择菜单中的Tools/Analog Environment，弹出原理图仿真窗口(Virtuoso@ Analog Design Environment)。在窗口菜单中选择Analyses/ choose，弹出仿真设置窗口，如图3(b)所示。仿真反相器输入输出转移特性：首先选中dc选项，设置输入电压Vi为扫描的变量，范围为0-2V，步长为0.1V。点击OK返回原理图仿真窗口。在菜单中选择Outputs/ to be plotted / select on schematic,点击原理图中的输出端口out，作为输出波形电压变量；点击原理图中电源Vdd的一个端口，作为反相器工作电流变量。设置完成的原理图仿真窗口如图3(c)所示。选择窗口菜单中Simulation/ Netlist and Run，运行直流扫描仿真。仿真结果如图3(d)所示，上方为反相器工作电流与输入信号电压Vi的关系曲线，下方为反相器输出电压与输入信号电压Vi的关系曲线。与理论分析结果是一致的 9

(a) (b) (c) (d) 图3 3 版图设计 版图的编辑和验证流程包括：新建版图文件；版图编辑；版图设计规则检查DRC（Design rule check）；版图与原理图一致性检查LVS（Layout vs. Schematic）；寄生参数提取（RCX）；后仿真；导出GDS文件。版图验证完成后，需要将版图数据转换为称作GDS格式的码流数据，并将此码流数据通过网络等媒介提交给工艺生产厂家。下面给出反相器对应版图设计中应该考虑的问题。 （1）版图编辑 步骤类似于图2(c)，其中Tool选择Virtuoso，对应的view name自动变成layout。Cell name键入inv，Library name 选择inv。即新建一个名为inv的版图文件，完成后弹出空白版图编辑窗口和图层选择窗口LSW(layout select window)，如图4(a)所示。利用菜单中的Create/instance，调用工艺库gpdk090中的PMOS和NMOS；选中LSW窗口中的第一层金属（metal 1/draw），选择版图编辑窗口菜单中的Create/Rectangle，利用矩形工具和第一层金属完成PMOS与NMOS的端口连接，其中注意PMOS的衬底接Vdd，NMOS的衬底接GND；在LSW窗口中选择第一层金属标注层（metal 1/ ll），选择版图编辑窗口菜单中的Create/label，添加输入输出端口；完成后的版图如图4(b)所示。 （2）设计规则检查（Design Rule Check） 它的任务就是检查发现版图设计中的错误，包括尺寸、层次等等，运行DRC，发现错 10

误时在错误的地方做出标记（Mark），并且做出解释（Explain）。对于版图设计初学者来说，第一次设计就能全面考虑各种设计规则是不可能的。为此，需要借助版图设计工具的在线DRC检查功能来及时发现存在的问题。 利用Assura工具完成版图设计规则检查：选择版图编辑窗口菜单中的Assura/Run DRC，弹出窗口如图4(c)所示，选择View Rules Files/Technology 为gpdk090，运行设计规则检查。运行结束后会弹出如图4(d)所示的错误提示窗口，按照提示修改错误即可。 (a) (b) （c） (d) 图4 （3）版图与原理图一致性检查LVS 完成DRC后，版图没有设计规则错误，此时要进行版图与原理图的比对工作，检查两者是否一致。选择版图编辑窗口菜单中的Assura/Run LVS，弹出窗口如图5(a)所示，选择View Rules Files/Technology 为gpdk090，点击Apply。如果两者一致，运行结束后会弹出如图5(b)所示的窗口，否则窗口中会显示失配的详细信息，按照提示修改错误即可。 （4）寄生参数提取 经过以上的步骤，版图的编辑工作已经完成。由于原理图中的连接线是理想的，而版图中的连接线是金属块，具有一定的寄生参数，而这些参数会影响电路的工作性能。需要提取包含寄生参数的网表，进行版图后仿真。提取的方法是：选择版图编辑窗口中的菜单Assura/Run RCX，弹出寄生参数提取对话框，如图5(c)。设置工艺库Technology 为gpdk090。点击Apply，生成名为inv，类型（View）为av_extracted的文件，即为包含寄生参数的网表，用于版图后仿真。该文件是可以打开的，在前述CIW窗口中，选择Tools/Library，在弹出的窗口中可以找到这个文件，打开如图5（d）所示。 (a)

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(b) (c) (d) 图5 （5）后仿真 步骤类似于图2(c)，其中Tool选择Hierarchy -Editor，对应的view name就会自动变成config。Cell name键入inv_sim，Library name 选择inv。即新建一个名为inv_sim的后仿真激励文件。弹出如图6（a）所示的编辑窗口。点击Use Template按钮，选择name为Spectre，点击OK返回。在hierarchy editor窗口中Cell Bindings选项卡下修改绑定的inv单元类型为av_extracted,如图6（b）所示。这样就完成了后仿真激励文件的建立。如图6(c)，与图3(a)中所示前仿真激励文件是一致的。为了说明版图与原理图的区别，这里进行瞬态仿真，输入阶跃信号，对比原理图与后仿真文件的输出波形，如图6(d)所示。实线为原理图仿真输出，虚线为后仿真文件输出，可以看到受寄生参数的影响后仿真波形有一定的延迟。评估该延迟量是否影响电路的设计指标要求，来确定是否需要返回对电路和版图进行优化。 （6）导出GDS文件 在CIW窗口中，点击File/Export/Stream，弹出Stream Out 窗口，如图6(e)所示；点击Library Browser 按钮，选择inv/inv/layout；单击OK生成inv.gds文件，即可送交工艺厂商流片。 (a) (b) 12

(c) (d) (e) 图6 4．实习心得 短短2个月的实习过程使我受益匪浅。不仅知识增长了，最主要是懂得了如何更好的为人处事。当今社会一直处在加速的发展变化中，所以对人才的要求也越来 越高，我们要用发展的眼光看问题，就要不断提高思想认识，完善自我。现在的从业者，所受的社会压力将比以前更加沉重，要学会创新求变，以适应社会的需要。无论什么事情，都需要一个人独立完成。可以说，近2个月的工作使我成长了不少，从中有不少感悟，下面就是我的一点心得 第一是要真诚：你可以伪装你的面孔你的心，但绝不可以忽略真诚的力量。 第二是沟通：要想在短暂的实习时间内，尽可能多的学一些东西，这就需要跟老师跟伙伴有很好的沟通，加深彼此的了解，刚开始大家并不了解你的工作学习能力，不清楚你会做哪些工作，不清楚你想了解什么样的知识，所以跟同伙伴间建立起很好的沟通是很必要的。同时我觉得这也是我们将来走上社会的一把不可获缺的钥匙。通过沟通了解，老师对我有了大体的了解，一边有针对性的教我一些专业知识，一边根据我的兴趣给予我更多的指导与帮助。在这次的工作中，我真正学到了一些教科书上所没有的知识，拥有了实践经验，这才真正体现了知识的真正价值，学以致用。 第三是激情与耐心：激情与耐心，就像火与冰，看似两种完全不同的东西，却能碰撞出最美丽的火花。一位同事就跟我说，想做我们这一块，激情与耐心必不可少，这一行业就像做新闻工作，不断的在更新，这就需要你有激情去发现与创造，而你的耐心就要用到不断的学习新知识，提高自己的专业水平当中去。我问老师，查资料，一个个问题迎刃而解，自己在这方面的知识得到了充实。这些在平常的书本上仅仅是获得感性的认识，而在这里真的实践了，才算是真正的掌握了，也让我认识到了自己的不足，告诫自己，不管做 13

什么，切忌眼高手低，要善于钻研。对工作都要细心负责，具有基本的专业素养，因为细心负责是做好每一件事情所必备的基本条件，基本的专业素养是做好前提。 第四是“主动出击”：当你可以选择的时候，把主动权握在自己手中。在实习的时候，我会主动的打扫卫生，主动地帮伙伴们做一些力所能及的事情，并会积极地寻找合适的时间，向老师请教问题，像朋友那样交流，谈生活学习以及未来的工作，通过这些我就跟老师走的更近，在实习当中，，老师就会更愿意更多的指导我，使我获得更大的收获。我心里感觉很高兴，因为我的主动，我巩固了我所学的知识，并且得到了大家的认可。 整个的实习过程是紧张而愉快的，作为我在踏出社会之前的为数不多的几次实践中，这次的实践的确给予了我很多。今后，我将继续保持认真负责的工作态度，高尚的思想觉悟，进一步完善和充实自己，争取在以后的学习中更好的完善自己，在以后的实践中更好的运用去自己的只是，做一个合格的大学生，将来做一名对社会有用的人。 参考文献 [1]Razavi.模拟CMOS集成电路设计[M].陈贵灿等译.西安：西安交通大学出版社,2002:13-19. [2]谢嘉奎，宣月清，冯军.电子线路（线性部分）[M].第三版.北京：高等教育出版社，2001:105. [3] Allen. CMOS模拟集成电路设计[M].第二版.冯军，李智群译.北京：电子工业出版社，2005：145-146. [4]王志功，陈莹梅.集成电路设计[M].第二版.北京：电子工业出版社,2009:150-156.

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四、实习指导教师评语及建议毕业实习考核成绩

（由实习指导教师填写，评语不少于100字） 建议毕业实习成绩： 指导教师签名： 2011 年 1 月 20 日

五、毕业实习成绩 毕业实习成绩： 学院评审组： 2011 年 1 月 24 日 16