北大集成电路原理与设计之三：集成电路设计实习课件05综合实验-2数字定制设计-SRAM

2011-2012AllrightsreservedInstituteofMicroelectronicsPekingUniversity集成电路设计实习VLSIDesignLabs综合实验：数字定制设计SRAM的设计InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage2实验目的本实验为“集成电路设计实习”课程综合实验之一，实验的主要目的是采用定制的设计方法，完成128×8bit的SRAM的设计面向Chart0.35um工艺，完成电路设计，电路仿真、版图设计和版图验证等设计过程通过选择本实验内容，同学可以学习掌握cmos集成电路的设计方法，熟悉从电路分析，电路设计到流片和测试的设计过程InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage3设计时间安排从2011年11月23日到最后一次课12月30日为设计数据提交的截止日期，提交数据，用于流片12月30日也是设计检查的截止日期，根据设计完成的情况进行综合实验评分合理安排课时分配前仿不要占用太多的时间，尽量在2-3次课内完成，主要的工作量在版图和后仿InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage4实验要求功能：128×8位的SRAM的设计，包括对存储单元的按字节的正确的读写操作，每一个地址都可以完成读写操作速度：读写访问时间不超过2ns面积：core部分面积没有要求（尽可能小），对整个芯片IO不超过28个功耗：没有具体要求，尽可能的低功耗设计可靠性：没有要求，能保证电路稳定工作即可InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage5实验内容电路设计版图设计版图验证封装和测试安排（选做）实验报告实验陈述ppt芯片测试和测试报告（选做）InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage6体系结构存储阵列：6管SRAM单元结构。划分为32行32列（正方形矩阵）。译码电路：行译码和列译码。5-32行译码器输出选择一行。2-4列译码器选择四组8列数据之一输入输出。外围控制电路：预充电路和数据读写控制以及灵敏放大器。数据和地址缓冲器：可选。InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage7芯片结构输入信号：A6－－A0，7位地址信号WE_READ，读写控制信号。高电平写，低电平读。PRE，预充控制信号。PRE为低时，电路预充。预充阶段不读不写，所有地址均无效。可以用来当作片选信号。数据信号：I/O0-I/O7，8位数据输入/输出信号电源：电源和地信号自己可以根据需要，添加额外的控制信号（例如译码电路和灵敏放大器的控制信号）InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage8功能和时序描述电路在PRE和WE_READ信号的控制下，进行读写操作读访问时间：地址有效到数据读出的时间写访问时间：地址有效到数据正确写入的时间InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM实验过程存储单元的电路设计和仿真预充电路的设计仿真灵敏放大器的设计仿真1列存储单元、预充电路和灵敏放大器组成模块电路的仿真行列译码器的电路设计仿真存储器整体电路仿真存储单元的版图设计根据单元版图确定灵敏放大器、预充电路的版图宽度根据阵列高度和宽度确定译码器的版图结构存储器整体的版图设计和验证存储器版图提取和后仿真Page9InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAMPage10设计内容电路设计：原理图输入和spectre仿真版图设计：定制版图设计，使用两层金属。版图布局不要超过2:1版图验证：cadence公司dracula工具的drc和lvs检查设计库：chrt的标准单元库和标准IO库InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM电路设计在开始电路设计之前，希望大家首先能清楚SRAM的工作原理。具体可以参见甘学温老师的《集成电路原理与设计》第七章的内容。这次设计的SRAM主要包括下面几个小的模块：6管存储单元阵列预充电路数据输入电路灵敏放大器另外还有译码器和控制信号产生Page11InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM电路设计在开始画电路之前，需要提醒大家注意下面几个问题:第一：PMOS衬底接VDD，NMOS衬底接GND，不要忘记。第二：电路连线如果太复杂，建议用wirename来连接。只要将不同的线命名为相同的名字，就表示连接在一起了。第三：生成symbol的时候考虑一下端口的位置，以方便后面调用时模块间的连线。各个模块尺寸的选择可以参考讲义图中的尺寸，但这并不是最优化的尺寸，可以自行优化设计尺寸。各个模块的设计可以参考讲义中的结构，也可以自行查阅相关文献优化设计。有一点需要说明一下。大家在画电路的时候，可以使用标准单元库中的单元。但是标准单元库只有版图，所以电路图中只会有一个空的schematic。这样的话画版图快一些，但是不能通过LVS查错。只能通过后仿真来确定自己电路是否正确。大家自己选择实现方式。Page12InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM六管存储单元六管存储单元参考电路如图：尺寸选取主要是要考虑数据能正常写入。就是说数据写入模块能够改写存储单元的数据。Page13InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM预充电路预充电路：预充控制信号PRE为低时，两根位线都被预充到高电平，为了保证充电的速度适当的将尺寸设计的大一点Page14InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM数据写入电路数据写入电路1W_E为低时，bbar处为高阻，数据不能写入。W_E为高时，bbar为D的反信号。Page15InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM数据写入电路数据写入电路2就是在数据写入电路1的基础上多了一个反相器,与位线b相连数据写入电路尺寸选取，主要是要驱动能力足够改变存储单元的数据。Page16InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM灵敏放大器灵敏放大器结构如图Se为低时，Dout和/Dout预充到高。接地NMOS管断开。当需要读出时，Se变高，接地NMOS导通，这时会根据两根位线DL和/DL的不同，产生不同的放电电流，从而读出相应的信号。尺寸参考下一页图Page17InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM灵敏放大器Page18InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM灵敏放大器除了上述锁存式的灵敏放大器之外，另外为大家提供一种灵敏放大器结构供大家参考Page19senseDoutDLsosob/Dout/DLLevelshifterusingNMOSsourcefollowerMainamplifierInstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM模块连接基本的小模块已经完成，这时候需要把各个模块连接起来具体的连接关系如图。列地址控制的NMOS管隔断6管单元和灵敏放大器的位线。各自的位线都需要有预充结构。Page20InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM模块连接sixT六管单元Pre预充电路SA灵敏放大器mux_bbar数据输入1mux_b数据输入2Page21InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM单管仿真再进行一下步之前我们需要保证前面的电路能正常工作。所以我们需要进行一次单管的仿真来验证sram功能的实现。单管仿真只是不涉及地址的变化，没考虑位线电容，其他功能都能够验证。仿真电路如下：Page22InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM单管仿真参考时序单管仿真的控制信号参考时序如下图所示：Page23InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM单管仿真得到仿真波形如下Page24写1写0读1读0InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM关于Cadence使用在开始设计SRAM阵列和译码器设计之前，有关于cadence使用的一些方法需要说一下。第一，前面说过了，名字相同的线是连在一起的。另外如果线的名字和某个pin的名字是一样的，也表示二者是连在一起的。第二，如果需要加多个pin或者label，可以在添加的names一栏填多个名字以空格隔开。如图：Page25InstituteofMicroelectronics,PekingUniversityCopyright©2011-2012集成电路设计实习－综合实验128*8SRAM关于Cadence使用第三，举例说明：如果需要将128根连线分别命名为A0