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calibre后仿真参数提前简单介绍.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.29M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    使用 Calibre xRC 实现 RFCMOS 电路的寄生参量提取 及后仿真 中国科学院微电子研究所 郭慧民 [摘要] Calibre xRC 是 Mentor Graphics 公司用于寄生参量提取的工具，其强大的 功能和良好的易用性使其得到业界的广泛认可。本文以采用 RFCMOS 工艺实现的 LNA 为例，介绍使用 Calibre xRC 对 RFCMOS 电路寄生参量提取，以 Calibreview 形式输出以及在 Virtuoso 的 ADE 中直接后仿真的流程。本文还将讨论 Calibre xRC 特有的 XCELL 方式对包含 RF 器件的电路仿真结果的影响。 采用 Calibre xRC 提取寄生参量 采用 RFCMOS 工艺设计低噪声放大器(LNA)，其电路图如图 1 所示，版图如图 2 所示。 图 1 LNA 的电路图 1
    图 2 LNA 的版图 Calibre 支 持 将 其 快 捷 方 式 嵌 入 在 Virtuoso 平 台 中 。 用 户 只 需 在 自 己.cdsinit 文件中加入以下一行语句： load( strcat( getShellEnvVar("MGC_HOME") "/lib/calibre.skl" )) 就可以在 virtuoso 的菜单中出现“calibre”一项，包含如下菜单： 点击 Run PEX，启动 Calibre xRC 的 GUI，如图 3 所示。Outputs 菜单中的 Extraction Type 里，第一项通常选择 Transistor Level 或 Gate Level，分别 代表晶体管级提取和门级提取。第二项可以选择 R+C+CC，R+C，R，C+CC，其中 R 代表寄生电阻，C 代表本征寄生电容，CC 代表耦合电容。第三项可以选择 No Inductance，L 或 L+M，分别代表不提取电感，只提取自感和提取自感与互感。 这些设置由电路图的规模和提取的精度而定。 在 Format 一栏中，可以选择 SPECTRE，ELDO，HSPICE 等网表形式，也可以 2
    选择 Calibre xRC 提供的 CALIBREVIEW 形式。本文中选择 CALIBREVIEW 形式。Use Names From 可以根据需要选择 SCHEMATIC 或 LAYOUT。 图 3 PEX 的 GUI 界面 设置完毕后，点击 Run PEX，开始寄生参量提取。通常，Calibre xRC 先执 行 LVS，之后提取寄生参量，最后将电路图中的原有的器件和提取出的寄生电容， 电阻和电感反馈到一新生成的带寄生信息的电路图中。PEX 完成后，弹出如下对 话框： 图 4 Calibre View 设置界面 其中，Output Library 表示输出新生成的电路图的 library，通常选为提取 3
    寄生参量前的 schematic 和 symbol 所在的 library 即可。Calibre View Type 代表新生成的 schematic 的 View 形式，可以取任意名字，只要不与已有的 view name 重复即可。比如，取做 calibre_r，calibre_rc 或 calibre_rcc，以分别代 表不同的提取形式，本文中直接取成 calibre。Cellmap File 是描述寄生参量提 取前后器件对应关系的文件，默认的是./calview.cellmap，即 Virtuoso 启动目 录下的 calview.cellmap 文件。如果是第一次提取，需要按下面步骤配置这个文 件。其他选项默认即可。 点击 OK，即开始配置 calview.cellmap 文件，首先弹出如图 5 左所示对话 框： 图 5 设置 calview.cellmap 文件的对话框 这个对话框用来配置在新生成的带有寄生参量的电路图中的器件所对应的 library，cell 和 view。本文中名为 nmos_rfw5 与 foundry 的 PDK 中提供的 rfnmos2v5w 的 symbol 相对应。点击 Auto Map Pins，将自动出现 Pin Map。如 果不能自动匹配，通常是由于 layout 提取出的器件的 pin 的个数和 symbol 中 pin 的个数不一致，可以通过修改 rule 文件使其 pin 的数目一致。这样新生成 的带寄生参量的电路图中将以这个 symbol 代表这个器件。其他的器件依此类推。 最后要确定提出的寄生电容和寄生电阻的符号，通常采用 analogLib 中的 cap 和 res 即可，如图 5 右所示。 全部器件设置完成后，在所选的 Output Library 中将出现 cellname 为 lna， view 为 calibre 的 cell。打开后通常无法直接看到器件，这是由于其中包含的 symbol 太多，每个 symbol 太小难以全部显示。可以执行 CTRL+A，找到 symbol 的大致位置，再放大查看。这个 calbre 的 view 中包含了与 symbol 对应的 pin， 原来电路图中器件的符号，和生成的寄生电容和电阻，它们构成了带有寄生信息 的电路图。因此，可以直接使用这个电路图进行后仿真。 4
    直接在 ADE 中进行后仿真 直 接 采 用 前 仿 真 时 的 测 试 电 路 ， 在 composer 中 通 过 Tools->Analog Environment 启动 ADE。在 setup 菜单中选择 Environment，弹出如图 6 所示对 话框。 图 6 ADE 中的 Environment 对话框 在 Switch View List 中的最前端填入 calibre。工具生成网表时，将按照 顺序首先寻找名为 calibre 的 view，然后是 spectre，依此类推。如果需要仿真 不同参数提取条件下的结果，只要将相应的 view 名称（比如 calibre_r， calibre_rc，calibre_rcc 等）放置在最前端 Switch View List 即可。其它各 项默认，点击 OK。选择仿真类型，进行仿真，这一步骤与前仿真完全相同。图 7 给出了本例中的 LNA 前仿真和提取 RCC 之后的后仿真的瞬态结果对比。由此可见， 采用 calibreview 的输出形式能够非常方便的在 Virtuoso 的 ADE 中进行后仿真 和比较前后仿真结果。 5
    图 7 LNA 前仿真和后仿真瞬态波形对比 使用 XCELL 避免寄生参量的重复提取 图 1 中，黑线框所示为 RF 器件。与一般的 MOS 器件不同，这类器件的模型 是代工厂经过实际测量得到的参数，在 spice model 中通过子电路表示。因此， 它的模型中已经包含了器件的寄生信息。而且，由于这类器件的面积通常较大， 其中的寄生电容和寄生电阻值是相当可观的。比如，在本设计中，所示的每个 RFMOSFET 的宽和长分别为 500um 和 0.24um，每个器件包含 50 个 finger。如果 工具对 RF 器件的内部也进行提取，将会对导致器件的寄生电容和电阻重复提取。 为了确保提取正确，Calibre xRC 提供一种称为“黑盒”提取的方法，可以将指 定的器件（通常是 RF 器件）看作理想器件，对其内部的节点之间的寄生电容和 寄生电阻不再提取。具体步骤如下： 首先，先定义 xcell 文件，例如； cellL cellL cellR cellR cellM cellM 左边是版图单元的名称，右边是电路图单元的名称。其中所指定的器件版图 和电路图必须是单独的单元。通过这种方式定义版图和原理图单元的对应关系， 以及提取寄生时所需要屏蔽的版图单元。其次，在 XRC rule 中添加 PEX IDEAL 6
    XCELL YES 语句。最后，采用 gate level 的方式进行寄生参量提取，确保工具 将 RF 器件识别为一子电路。如果采用 GUI 的方式，在图 3 所示的界面中，选择 gate level 提取，而不是 transistor level 级提取。同时在 input 选项中的 xcell 部分选择已写好的 xcell 文件，如图 8 所示。 图 8 设置 xcell 的界面 完成以上设置后，运行 PEX 进行寄生参量提取，步骤与未采用 XCELL 时相同。 XCELL 对 LNA 仿真结果的影响 图 9，图 10 和图 11 分别给出了是否采用 XCELL 对 LNA 瞬态性能，S21 参数和 噪声系数的影响。 7 图 9 是否采用 XCELL 对 LNA 的瞬态性能的影响
    图 10 是否采用 XCELL 对 LNA 的 S21 的影响 图 11 是否采用 XCELL 对 LNA 的 NF 的影响 可见，是否采用 XCELL 对 LNA 的性能有比较大的影响。主要有两个原因：首 先，不加 XCELL 将 RF 器件内部的栅电容提了出来，增大了负载电容，降低的 S21， 进而降低了电压增益。其次，不加 XCELL 将 RF 器件内部的栅电阻提了出来，增 大的噪声系数。因此，对于像 LNA 这种对寄生电阻和电容非常敏感的模块，在提 取时必须采用 XCELL，避免将 RF 器件内部的寄生电容和电阻提出，才能得到准 确的结果。 8
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