来了！CMOS集成电路EDA技术（第2版）

近年来收到很多同学咨询《CMOS集成电路EDA技术》这本书籍，由于第一版过早售罄所以需求一直积压。现在告诉大家的好消息是，本书的第二版已经发布，大家终于可以一饱眼福了。

图书简介

集成电路发展到今天，单芯片内能够集成高达百亿个晶体管，在集成电路的设计中需要依靠电子设计自动化（EDA）工具进行电路仿真、综合、版图设计、寄生参数提取和后仿真。

EDA工具的使用可以使设计者在虚拟的计算机环境中进行早期的设计验证，有效缩短了电路实体迭代验证的时间，提高了芯片设计的成功率。一款成功的芯片源于无数工程师成功的设计，而成功的设计在很大程度上又取决于有效、成熟的集成电路EDA设计工具。

本书面向微电子学与固体电子学专业相关的课程教学要求和集成电路设计相关的工程应用需求，以提高实际工程设计能力为目的，采取循序渐进的方式，介绍了进行CMOS集成电路设计时所需的EDA工具。

主要分为EDA设计工具概述、模拟集成电路EDA技术、数字集成电路EDA技术与集成电路反向分析技术等部分。

在模拟集成电路方面，依次介绍了电路设计及仿真工具Cadence Spectre、版图设计工具Cadence Virtuoso、版图验证及参数提取工具Mentor Calibre在内的各种工具的基本知识和使用方法。

在数字集成电路方面，在简单介绍硬件描述语言Verilog HDL的基础上，介绍RTL仿真工具Modelsim、逻辑综合工具Design Compiler、数字后端版图工具IC Compiler和Encounter四大类设计工具。

终对集成电路使用反向EDA技术进行全面的阐述。书中配以电路设计实例，进一步分析各种EDA工具的设计输入方法和技巧，形成一套完整的CMOS集成电路设计流程。本书使读者通过实例深刻了解使用CMOS集成电路EDA工具进行设计的基本流程和方法，可作为高等院校微电子学与固体电子学专业本科生与研究生集成电路EDA课程的实验教材和辅导书，或者相关专业技术人员的自学参考书。

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目录

第1章CMOS集成电路EDA技术 1

1.1CMOS集成电路EDA技术概述1

1.2CMOS模拟集成电路设计流程3

1.3CMOS模拟集成电路EDA工具分类5

1.4CMOS数字集成电路设计流程9

1.5CMOS数字集成电路EDA工具分类11

1.6小结13

第2章模拟电路设计及仿真工具Cadence Spectre14

2.1Spectre的特点14

2.2Spectre的仿真设计方法16

2.3Spectre与其他EDA软件的连接17

2.4Spectre的基本操作18

2.4.1Cadence Spectre启动设置18

2.4.2Spectre主窗口和选项介绍19

2.4.3设计库管理器介绍22

2.4.4电路图编辑器介绍25

2.4.5模拟设计环境介绍29

2.4.6波形显示窗口介绍32

2.4.7波形计算器介绍37

2.5Spectre库中的基本器件42

2.5.1无源器件42

2.5.2有源器件42

2.5.3信号源43

2.6低压差线性稳压器的设计与仿真45

2.7高阶仿真功能与实例53

2.7.1FFT仿真53

2.7.2Monte Carlo仿真59

2.8小结65

第3章版图设计工具Cadence Virtuoso66

3.1Virtuoso界面介绍66

3.1.1窗口标题栏68

3.1.2状态栏69

3.1.3菜单栏69

3.1.4图标菜单77

3.1.5设计区域79

3.1.6光标和指针79

3.1.7鼠标状态80

3.1.8提示栏81

3.1.9层选择窗口81

3.2Virtuoso基本操作83

3.2.1创建矩形83

3.2.2创建多边形84

3.2.3创建路径85

3.2.4创建标识名86

3.2.5创建器件和阵列86

3.2.6创建接触孔88

3.2.7创建圆形图形88

3.2.8移动命令90

3.2.9复制命令91

3.2.10拉伸命令91

3.2.11删除命令92

3.2.12合并命令92

3.2.13选择和放弃选择命令93

3.2.14改变层次关系命令94

3.2.15切割命令96

3.2.16旋转命令97

3.2.17属性命令98

3.2.18分离命令99

3.3运算放大器版图设计实例100

3.3.1NMOS晶体管版图设计100

3.3.2运算放大器版图设计106

3.4小结114

第4章模拟版图验证及参数提取工具Mentor Calibre115

4.1Mentor Calibre版图验证工具调用115

4.1.1Virtuoso Layout Editor工具启动115

4.1.2采用Calibre图形界面启动118

4.1.3采用Calibre View查看器启动118

4.2Mentor Calibre DRC验证120

4.2.1Calibre DRC验证简介120

4.2.2Calibre DRC界面介绍122

4.2.3Calibre DRC验证流程举例128

4.3Mentor Calibre LVS验证137

4.3.1Calibre LVS验证简介137

4.3.2Calibre LVS界面介绍138

4.3.3Calibre LVS验证流程举例149

4.4Mentor Calibre寄生参数提取158

4.4.1Calibre PEX验证简介158

4.4.2Calibre PEX界面介绍159

4.4.3Calibre PEX流程举例169

4.5小结175

第5章硬件描述语言及仿真工具Modelsim176

5.1硬件描述语言及仿真概述176

5.2硬件描述语言与应用实例177

5.2.1硬件描述语言基础177

5.2.2硬件描述语言应用实例185

5.2.3硬件描述语言的可综合设计190

5.2.4硬件描述语言设计实例191

5.3数字电路仿真工具Modelsim195

5.3.1Modelsim的特点与应用196

5.3.2Modelsim的基本使用199

5.3.3Modelsim的进阶使用208

5.4小结223

第6章数字逻辑综合及Design Compiler224

6.1逻辑综合概述224

6.1.1逻辑综合的定义及发展历程224

6.1.2逻辑综合的流程225

6.2DesignCompiler简介226

6.2.1DesignCompiler的功能226

6.2.2DesignCompiler的使用模式227

6.2.3DC-Tcl简介228

6.3DesignCompiler综合设计232

6.3.1启动工具及初始环境配置232

6.3.2综合库234

6.3.3DesignCompiler综合流程235

6.4静态时序分析与设计约束243

6.4.1静态时序分析243

6.4.2亚稳态245

6.4.3时钟的约束245

6.4.4输入输出路径的约束247

6.4.5组合逻辑路径的约束248

6.4.6时间预算249

6.4.7设计环境约束250

6.4.8多时钟同步设计约束253

6.4.9异步设计约束255

6.4.10多时钟的时序约束256

6.5基于状态机的交通灯综合258

6.6小结262

第7章数字电路物理层设计工具IC Compiler263

7.1IC Compiler简介263

7.2IC Compiler物理层设计的数据准备265

7.2.1逻辑层数据265

7.2.2物理层数据266

7.2.3设计数据266

7.3创建设计数据库与后端数据的设置267

7.3.1逻辑库设置267

7.3.2物理库设置267

7.3.3其他文件设置268

7.3.4创建设计数据库268

7.3.5库文件检查268

7.3.6网表导入268

7.3.7Tlu+文件设置与检查269

7.3.8电源网络设置269

7.3.9TIE单元设置270

7.3.10导入SDC文件并进行时序约束检查270

7.3.11定时序优化参数271

7.4不同PVT角下综合优化的设置方法273

7.4.1scenario的建立274

7.4.2PVT角设定274

7.5宏单元与IO布局276

7.5.1IO布局与芯片布局空间创建276

7.5.2宏单元的摆放277

7.6电源网络的设计与分析278

7.6.1设计电源和地环278

7.6.2设计电源和地条278

7.6.3连接宏单元和标准单元279

7.7标准单元的布局与优化280

7.7.1检查是否需要添加tap cell281

7.7.2spare cell的标识281

7.7.3检查设计输入文件与约束281

7.7.4确认所有路径已经被正确地设置281

7.8时钟树综合与优化283

7.8.1综合前的检查283

7.8.2时钟树综合设置283

7.8.3执行时钟树综合核心命令286

7.9芯片布线与优化287

7.9.1布线前的检查287

7.9.2ICC布线相关设置287

7.9.3天线效应简介与设置289

7.9.4执行布线命令290

7.10芯片ECO与设计文件导出291

7.10.1Freeze silicon ECO291

7.10.2unconstrained ECO291

7.10.3设计结果导出292

7.11小结292

第8章数字电路物理层设计工具Encounter293

8.1Encounter工具发展历史293

8.2Encounter设计流程介绍294

8.3数据准备295

8.3.1设计数据295

8.3.2逻辑库数据296

8.3.3物理库数据297

8.3.4数据准备常用的指令与流程297

8.4布图规划与布局301

8.4.1布图与IO排布301

8.4.2电源网络设计303

8.4.3标准单元的布局与优化 303

8.4.4布图规划与布局常用指令与流程304

8.5时钟树综合311

8.5.1时钟树综合简介311

8.5.2时钟树流程与优化313

8.6芯片布线315

8.6.1芯片布线工具简介315

8.6.2特殊布线315

8.6.3一般布线316

8.6.4芯片布线流程与优化316

8.7芯片ECO与DFM318

8.7.1ECO流程与优化318

8.7.2DFM流程与优化321

8.8小结321

第9章集成电路反向分析EDA技术322

9.1集成电路反向分析概述322

9.1.1反向分析技术的主要应用323

9.1.2反向分析技术的主要流程325

9.1.3反向分析EDA技术326

9.2电路网表提取328

9.2.1网表提取概述328

9.2.2网表提取流程331

9.2.3模拟单元提取336

9.2.4数字单元提取344

9.2.5线网绘制与检查346

9.2.6数据的导入和导出348

9.3电路层次化分析整理351

9.3.1电路分析整理概述351

9.3.2层次化整理流程352

9.3.3模拟电路的层次化整理354

9.3.4数字电路的层次化整理357

9.3.5整理数据的导出360

9.4小结361

参考文献362

第2版前言

集成电路自从产生以来，集成度一直按照“摩尔定律”不断提高。集成电路（Integrated Circuit,IC）作为当今信息时代的核心技术产品，一直是电子信息技术的核心与“真正”的硬件，其发展水平在一定程度上反映了一个国家综合的国力。随着CMOS集成电路的集成规模逐步增大，对电子设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）工具的依赖变得更加严重。

在电路仿真、综合、版图设计和寄生参数提取等各个环节中，EDA工具都具有非常重要的地位；同时，在集成电路知识产权纷争中，通过反向分析来进行权利认定也变得日益重要，因此在第2版中增加了关于反向分析EDA技术的内容。

本书依据CMOS模拟集成电路和数字集成电路设计、验证与芯片反向分析的基本流程，结合具体实例，系统地介绍了模拟集成电路设计及仿真工具Cadence Spectre、版图设计工具Cadence Virtuoso、物理验证工具Mentor Calibre,以及数字仿真设计工具Modelsim、逻辑综合工具Design Compiler、数字后端版图工具IC Compiler和Encounter共七大类EDA工具，以供集成电路相关专业的师生以及集成电路工程技术人员使用。

本书分四个部分共9章内容介绍了目前广泛应用的CMOS集成电路设计与反向分析EDA工具。

第1部分：CMOS集成电路EDA技术概述，包括第1章。主要介绍CMOS集成电路EDA技术的基本概况，包括发展历史、特点、现状以及未来趋势，使读者对该领域有一个概括性的了解。同时分步骤介绍了CMOS模拟集成电路和数字集成电路的基本设计流程，并依据该流程分类讨论了目前主流的EDA设计工具。

第2部分：CMOS模拟集成电路设计EDA技术，包括第2～4章。第2章首先对Cadence Spectre仿真环境进行了总体说明，包括Spectre软件的基本介绍和特点，以及Spectre的仿真设计方法、与其他EDA软件的连接。之后介绍了Spectre启动的配置和几个主要窗口，包括主窗口、设计库管理窗口、电路图编辑器窗口、模拟设计环境窗口、波形显示窗口和波形计算器，以及analogLib库中的基本器件和激励源，作为读者学习Spectre的知识储备。最后以一个低压差线性稳压器实例来阐述Cadence Spectre的基本设计方法。

第3章主要介绍模拟版图设计工具Cadence Virtuoso的主要界面和操作，并配合两级密勒补偿运算放大器的设计实例进行讨论。

第4章在电路和版图设计的基础上，详细讨论了模拟版图验证和提取工具Mentor Calibre的主要界面和操作，最后在两级密勒补偿运算放大器的版图基础上进行了基本的操作说明。

第3部分：CMOS数字集成电路设计EDA技术，包括第5～8章。第5章首先对数字集成电路设计进行概述，包括一些基本语法和规范，并举例说明组合逻辑电路和时序逻辑电路。之后以交通灯为设计实例对仿真工具Modelsim进行了总体说明，从Modelsim的应用特点到基本使用方法，再延伸到一些高级用法，不仅囊括了建立工程、建立仿真环境、启动仿真、观测仿真结果等基本内容，还包含了使用过程中的一些小技巧。

第6章主要对数字逻辑综合及综合工具Design Compiler进行了详细说明，包括逻辑的定义、发展简介和逻辑综合的流程。之后介绍了综合工具Design Compiler的功能、使用模式及DC-Tcl脚本语言。同时讨论了使用综合工具Design Compiler进行综合、静态时序分析及时序约束的基本方法。再以第5章中的交通灯设计为例，阐述了使用Design Compiler进行综合的基本流程。

第7章围绕IC Compiler对数字后端设计的各个流程进行介绍，从数据的准备阶段开始，到数据输出为止，着重介绍了后端数据准备与设置、布局、时钟树综合及布线等步骤。

第8章重点介绍了数字电路物理层设计工具Encounter，包括Encounter设计相关的基本概念和方法，之后通过一个设计实例讨论了使用Encounter进行物理设计的基本流程。第4部分：集成电路反向分析EDA技术，包括第9章。内容涵盖基本元器件的识别，模拟和数字单元电路的网表提取，数据的导入与导出及电路的层次化分析整理等多个重要的环节。

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本书具有很好的工程应用性。本书由北方工业大学微电子系教授戴澜主持编写，北方工业大学张晓波高级实验师、厦门理工学院陈铖颖博士、中国科学院微电子研究所王雷博士、中国科学院自动化研究所蒋银坪助理研究员、郭阳博士，北京华大九天科技股份有限公司梁曼工程师一同参与完成。其中戴澜完成了第5章的编写，张晓波完成了第1、2、9章的编写，陈铖颖完成了第3、4、8章的编写，蒋银坪和郭阳完成了第6章的编写，王雷和梁曼完成了第7章的编写。由于本书涉及的知识面较广，时间和编著者水平有限，书中难免存在不足和局限，恳请读者批评指正。