模拟IC设计报告
北京理工大学珠海学院课程设计说明书
题目: 模拟IC课程设计
学院：信息学院
专业班级： 11电子科学与技术班
学号：
学生姓名：
指导教师：
2014年 1月1日
北京理工大学珠海学院
课程设计任务书
2013 ～2014 学年第 1 学期
学生姓名：专业班级： 11电班
指导教师：工作部门：信息学院
一、课程设计题目
模拟IC课程设计
二、课程设计内容
1、了解模拟电路仿真工具Hspice的使用，会编写电路的网表文件，并用hspice对其进行仿真分析。。
2、掌握模拟电路设计工具virtuoso使用，能够绘制基本电路单元的版图。
三、进度安排
1. Hspice使用介绍及上机操作；2天
2．Composer使用介绍及上机操作；7天
3．答辩验收；1天
四、基本要求
1．通过实训使学生了解掌握电路仿真软件Hspice的使用。
2．了解掌握模拟电路版图绘制工具Virtuoso的使用流程。
教研室主任签名：鄢永明
2013年 01月 04日
目录
正文
一．HSPICE软件介绍 (1)
二．HSPICE软件的应用 (1)
1.HSPICE软件工具界面 (1)
2.HSPICE的简单应用——反相器网表 (2)
3.仿真结果 (2)
Cadence—版图设计与仿真
一．Cadence的简介 (3)
二．Cadence的应用 (3)
1.实验内容 (3)
2.实验过程 (3)
3.实验结果 (5)
（1）反相器原理图 (5)
（2）反相器仿真图 (5)
（3）反相器DC仿真结果 (5)
（4）反相器版图 (6)
三．RDC验证 (6)
四．LVS验证 (7)
拓展实验——CMOS运算放大器的仿真
一．实验原理图 (8)
二．运算放大器仿真图 (9)
三．DC仿真结果 (11)
实验总结 (12)
参考文献 (13)
正文
一．HSPICE软件介绍
随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高，对电路性能的设计要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的EDA 工具提出越来越高的要求。自1972 年美国加利福尼亚大学伯克利分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）诞生以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的电路模拟分析工具不断涌现。HSPICE 是Meta-Software 公司为集成电路设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的一个商业化通用电路模拟程序，它在伯克利的SPICE（1972 年推出），MicroSim 公司的PSPICE（1984 年推出）以及其它电路分析软件的基础上，又加入了一些新的功能，经过不断的改进，目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。
HSPICE 可与许多主要的EDA 设计工具，诸如Cadence,Workview 等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。采用HSPICE 软件可以在直流到高于100MHz 的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。在实际应用中， HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时，其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。
二．HSPICE软件的应用
1.HSPICE软件工具界面
2.HSPICE的简单应用——反相器网表
3.仿真结果
Cadence—版图设计与仿真
一．Cadence的简介
铿腾电子科技有限公司或益华电脑科技股份有限公司（Cadence Design Systems, Inc；NASDAQ：CDNS）是一个
专门从事电子设计自动化（EDA）的软件公司，由SDA Systems
和ECAD两家公司于1988年兼并而成。是全球最大的电子设
计技术(Electronic Design Technologies)、程序方案服务
和设计服务供应商。其解决方案旨在提升和监控半导体、计
算机系统、网络工程和电信设备、消费电子产品以及其它各
类型电子产品的设计。产品涵盖了电子设计的整个流程，包
括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合
信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件仿真建模等。其总部位于美国加州圣何塞（San Jose），在全球各地设有销售办事处、设计及研发中心。
二．Cadence的应用
1.实验内容
运用cadence软件画出简单反相器原理图和版图，并进行RDC验证和LVS比较。
2.实验过程
(1)在虚拟机Linux环境下运行cadence，在终端打入，如下图，即可运行cadence软件；
(2)建库执行：CIW－>Tools－>Library Manager… LM－>File－>New－>Library…
(3)指定工艺文件
(4)建立版图单元
三．实验结果
（1）反相器原理图
（2）反相器仿真图
（3）反相器DC仿真结果
（注：蓝色为输入，绿色为输出）
(4)反相器版图
三．RDC验证
四．LVS验证
修正之后
拓展实验——CMOS 运算放大器的仿真
一．实验原理图
SS
vout
iref
两级CMOS 运算放大器
设计一个CMOS 两级放大器，满足以下指标： 5000/
(7v A V V d b = 2.5DD V V = 2.5SS V V =-
5GB MHz = 10L C pF = 10/SR V s μ> out V V ±范围=2 1~2ICMR V =- 2diss P mW ≤
相位裕度：60
两级放大电路的电路分析：
图中有多个电流镜结构，M5,M8组成电流镜，流过M1的电流与流过M2电流
1,23,45/2d d d I I I ==，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的
结构使得在x ，y 两点的电压在Vin 的共模输入范围内不随着Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图中所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。
下面是各参数的计算：
/OX ox ox C t ε=
0ox
K C μ'=
计算得到
2109/N
K A V μ'?
261/P
K A V μ'?
第一级差分放大器的电压增益为：
1
124
m v ds ds g A g g =
+ （1）
第二极共源放大器的电压增益为
6
267
m v ds ds g A g g =
+ （2）
所以二级放大器的总的电压增益为
1626
1224675246672()()m m m m v v v ds ds ds ds g g g g A A A g g g g I I λλλλ==
=++++ （3）
由电路的压摆率5d C
I
SR C =得到
要求60°的相位裕量，则补偿电容的最小值有Cc>(2.2/10)(10pF)=2.2pF （假设RHP 零点高于10GB 以上）
考虑共模输入范围：
在最大输入情况下，考虑M1处在饱和区，有
3131(max)(max)DD SG n IC n TN IC DD SG TN V V V V V V V V V V --≥--?≤-+ （4）
在最小输入情况下，考虑M5处在饱和区，有
1515(min)(min)IC SS GS Dsat IC SS GS Dsat V V V V V V V V --≥?≤++ （5）
而电路的一些基本指标有
1
1m v C g p A C =-
（6） 62m L g
p C =- （7）
61m C g
z C = （8）
1m C
g
GB C = （9）
CMR:
正的
CMR in
31()()DD T T V V V +（最大）=V 最大最小 (10)
负的
CMR in
15()()SS T DS V V V ++（最小）=V 最大饱和 (12)
相位裕量有
111121
180tan (
)tan ()tan ()M GB GB GB p p z ---Φ=±--- 即得到1
1
11166
180tan ()tan ()tan ()m C m M v m L m g C g
A g C g ---Φ=±---
由此可以看出，得到较大的相位裕量，必须使得16
m m g
g 足够的小才行
由补偿电容最小值2.2pF ，为了获得足够的相位裕量我们可以选定Cc=3pF,由摆率指标和Cc 我们算出
5d I =(3*10-12)()10*106)=30μA(为了一定的裕度，我们取40iref A μ=。)则可以得到，
1,23,45/220d d d I I I A μ===
下面用ICMR 的要求计算(W/L)3
53'2
331(
)()[]DD SG TN I W
L K V V V =-+?11/1 所以有3(
)W
L =4()W L =11/1
由1m C g GB C =，GB=5MHz ，我们可以得到612
1510231094.2m g s πμ-=????=
即可以得到2m1
12'
1
g (/)(/)2/12N W L W L K I ==? 用负ICMR 公式计算5Dsat V 由式（12）我们可以得到下式
15(min)IC SS GS Dsat V V V V =++ 1
5
2
511
(min)Dsat IC TN SS I V V V V β=---（
）
则可以得到的5Dsat V 进而推出
555'2
552(/)()
Dsat S W L K V ==
（I ）
11/1? 即有58(/)(/)11/1W L W L =?
6110942m m g g s μ==，得到6
64
4
(/)(/)64/1m m g W L W L g == 22
m6m6
6
7''6666
g g 113.72(/)2d d I I A K W L K S μ====
7755
(/)(/)32/1d d I
W L W L I ==
二．运算放大器仿真图
两级CMOS运算放大器
DC仿真电路图三．DC仿真结果
实验总结
在两周的课程设计中，我分别使用了hspice软件和cadence 软件，主要对反相器进行了原理图设计和版图设计，最后仿真；反相器是一种简单的CMOS结构，主要是由PMOS和NMOS组成，再加上电源，就可以是其正常运行；最后做的实验是做出CMOS运算放大器的DC仿真和版图。
第一周我完成了用hspice描述反相器的网表电路和使用cadence仿真反相器，这些都比较简单，之前上课期间也学过这两中软件的应用，所以我很快完成这两个实验；最有挑战性的是用cadence 对CMOS运算放大器的DC仿真，由于自己对CMOS模拟集成电路设计知识忘了好多，一开始时压力非常重，也非常郁闷，不过，经过我不停的翻书，终于对CMOS运算放大器有了一定的了解，但还是有很多不懂；因此使我在实验操作过程中遇到困难还不知从哪下手解决，自己的理论知识太差了，需要狠狠地补习才行，只有这样，才能让自己更有信心面对未来，要不然只会迷迷蒙蒙地熬日子。
我喜欢学校安排的课程设计，这样会使我学到很多知识，是我更加充足，有人说课程设计没意思，只是去实验室混自己罢了，但我不觉得，课程设计可以给我们带来很多实践机会，自己有没有从中学到东西，就得看个人的心态了。
感谢陈老师两周时间的课程指导，也感谢学校给了我们实践的机会！
参考文献
1.百度文库
2.CMOS模拟集成电路设计（第二版）美 Phillip E.Allen