全定制设计——SRAM单元电路.doc
《全定制设计——SRAM单元电路.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全定制设计——SRAM单元电路.doc(27页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、实践教学要求与任务:完成SRAM单元电路设计,具体要求如下: (1)电路面积最优; (2)1bit存储,位线、字线作为端口; (3)访问速度0.2ns; (4)三态总线输出; (5)采用gpdk0.18 通用工艺模型库; (6)完成全部流程:设计规范文档、原理图输入、功能仿真、基本单元版图、整体版图、物理验证等。 工作计划与进度安排:第 1-2 天:讲解题目,准备参考资料,检查、调试实验软硬件,进入设计环境,开始 设计方案和验证方案的准备; 第3 天:完成设计与验证方案,经指导老师验收后进入模块电路设计; 第4-5 天:完成电路设计,并完成功能仿真; 第 6 天:单元版图设计并物理验证 ; 第
2、7-8 天:布局布线,完成版图; 第9 天:物理验证、后仿真,修改设计; 第10 天:整理设计资料,验收合格后进行答辩。I摘 要 SRAM是英文Static RAM的缩写,即静态随机存储器。它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。本设计是1bit SRAM单元电路全定制设计,具体要求为:(1)电路面积最优,(2)1bit存储,位线、字线作为端口,(3)访问速度0.2ns,(4)三态总线输出,(5)采用gpdk0.18 通用工艺模型库,(6)完成全部流程:设计规范文档、原理图输入、功能仿真、基本单元版图、整体版图、物理验证等。综上,本设计内容及设计较为简单,结构和
3、功能原理易懂,易于仿真设计的实现。所有设计是在cadence公司全定制平台IC5141工具下完的,IC5141工具主要包括集成平台design frame work II、原理图编辑工具virtuoso schematic editor、仿真工具spectre、版图编辑工具virtuoso layout editor、以及物理验证工具diva。功能上可以模拟1 bitSRAM的具体工作原理。关键字:SRAM;全定制;design frame work II;目 录1 电路设计11.1电路分析11.2 SRAM单元电路实现11.3 模拟设计原理图输入31.3.1环境配置31.3.2建立设计库41
4、.3.3 电路原理图输入51.3.4创建symbol61.3.5 创建仿真电路图61.4 SRAM单元电路性能指标分析72电路仿真与分析93 电路版图设计113.1 建立pCell库版图113.2 pCell库器件参数化133.3 器件板图绘制164 物理验证194.1 设计规则检查DRC194.2 LVS检查20结 论23参考文献24III1 电路设计1.1电路分析根据SRAM单元电路的工作原理,1bit的SRAM单元电路的核心电路为一个D触发器,D触发器是由两个PMOS管,四个NMOS管构成;其中字线WL作为控制端,位线bit作为输入端口。由于题目要求三态输出,故需要在D触发器输出上接一个
5、CMOS三态反相器,该CMOS三态反相器有两个PMOS管和两个NMOS管串联而成;该CMOS三态反相器的使能端由一个接在CMOS反相器上的的输入EN及其输出EN分别接在三态反相器的相应位置,该CMOS三态反相器的输出作为总的输出1。1.2 SRAM单元电路实现三态输出的SRAM单元电路可分为三部分:D触发器,CMOS三态反相器,CMOS反相器。(1) D触发器D触发器是由两对儿互补的CMOS并联而成,两侧各接一个NMOS管以字线WL连接这两个NMOS的栅极 ,其中一个NMOS 与位线相连作为输入,另一个NMOS管的一侧作为D触发器的输出与下面的CMOS三态反相器的输入端相连,具体电路如图1.1
6、所示。(2) CMOS三态反相器该CMOS三态反相器有两个PMOS管和两个NMOS管串联而成;该CMOS三态反相器的使能端由一个接在CMOS反相器上的的输入EN及其输出EN分别接在三态反相器的相应位置,该CMOS三态反相器的输出作为总的输出。具体电路如图1.2所示。(3) CMOS反相器 CMOS反相器由一个NMOS和一个PMOS串联而成,使能端EN与两个管的栅极相连,反相器的输出与三态反相器的相应位置相连,具体电路如图1.3所示。图1.1 D触发器电路图 图1.2 CMOS三态反相器电路图 图1.3 CMOS反相器电路图 1.3 模拟设计原理图输入根据芯片的功能要求与性能指标,选择合适的集成
7、电路工艺库,使用电路图编辑工具绘制电图。 1.3.1环境配置使用Cadence,必须在自己的计算机上作一些相应的设置,这些设置包括很多方面。作为初学者,只需进行以下几项设置2: 1).cshrc 文件设置:.cshrc文件是用户启动LINUX的配置文件,指定LINUX系统和EDA工具软件的环境变量,以及LINUX 、EDA工具软件和Licence文件所在的路径。.cshrc必须放在用户的home (家目录)下。2).cds.lib文件设置:.cds.lib文件是Cadence的库管理文件,通常存放在启动目录下。icfb&启动时,会自动将启动目录下的.cds.lib文件载入。对于初次使用Cade
8、nce的用户,Cadence会在用户的启动目录下生成一个.cds.lib文件,用户通过CIW生成一个库时,Cadence会自动将其加入启动目录下的.cds.lib文件中。如果用户需要加入自己的库,则可以修改自己的库管理文件.cds.lib。 3).cdsenv文件设置:.cdsenv文件包含了Cadence软件的一些初始设置。4).cdsinit文件设置:与.cdsenv一样,.cdsinit中也包含了Cadence软件的一些初始化设置,在icfb&启动时,会首先自动调用.cdsinit文件和.cdsenv文件并执行其中的语言。若仅为初学者,可以不编写这两个文件,Cadence 会自动调用隐含
9、的设置。.cdsenv和.cdsinit这二个文件可存在于ic5141平台的安装目录、用户目录和启动目录下。icfb&启动时,优先载入的次序是启动目录、用户目录和IC5141安装目录。 5)工艺文件(technology file)设计:本设计版图会用到工艺库gpdk180_v3.2,务必保证工艺库的添加。 6)显示文件设置:显示文件文件控制Cadence工具的显示,一般位于工作目录下。环境配置主要包括添加工作目录和环境参量的设置。IC5141的启动经过上述准备,在工作目录下键入icfb&IC,IC514界面即可启动。1.3.2建立设计库无论画电路图还是设计版图,都和建库有关,技术文件库对于I
10、C设计而言是非常重要的,其中包含了很多设计中所必需的信息。对于版图设计者而言,技术库就显得更为重要了。要生成技术文件库,必须先编写技术文件。技术文件主要包括层的定义,符号化器件的定义,层、物理以及电学规则和一些针对特定的Cadence工具的规则的定义,例如自动布局布线的一些规则,版图转换成GDSII文件时所用到的层号定义。在ic5141 中,设计的管理以库的方式进行。库管理器中包含有设计使用的工艺库和ic5141软件提供的一些元件库,如analogLib,basic等。用户在工作过程中建立的库也放在库管理器中。所需要的库添加完成以后就可以进行电路原理图的绘制了3。1)CIW界面点击File菜单
11、,出现下拉菜单,选命令NewLibrary,出现“New Library”对话框。2)在对话框Library的Name项中输入新库名mylib。在Technology File项中提示:“如果要在这个库中建立掩模版图或其他物理数据,需要技术文件”若只要用电路图或HDL数据,则不需要技术文件。由于新建库后面还将用于版图绘制,选第二个选项,即“Attach to an existingtechfile”,单击“OK“按钮,选择工艺库gpdk180。下面可以进行电路原理图绘制了。1.3.3 电路原理图输入电路图编辑界面中,主要有三个区域:菜单栏,工具栏和电路图绘图区域。这些工具栏可以画出需要的电路图
12、4。下来就可以开始画电路原理图,具体过程如下:1)建立设计原理图:在CIW中选菜单项FileNewCellview ,出现“Create New File”对话框,填写、选择相应的选项,点击OK按钮,进入原理图编辑器virtuoso schematic editor界面。2)例化并添加器件:在原理图编辑器中选择菜单项Addnstance,出现添加器件对话框点击Browse按钮,进入器件选择对话框,选中相应的pmos和nmos器件的和后,点击close按钮关闭该library browser对话框。随后出现pmos和nmos器件参数表,按照设计要求添上相应的参数。点击Hide按钮,在原理图编辑器
13、中出现随鼠标移动的pmos和nmos管的symbol,放置到相应的位置即可。按同样的方法找到Cap和其他相应器件的放置窗口,填入参数值,然后完成放置。3)放置输入输出端口。从电路图编辑窗口菜单中,选择“Add”-“Pin”或点击工具栏中的放置端口或用快捷键P,填好端口名(IN和OUT),并使之与端口方向(分别为input和output)的选项一致,即可完成输入输出端口的放置。到此我们已经完成了电路图里的所有元件的放置,剩下的就是元件的合理安排放置和元件之间的连线了。4)连线。从电路图编辑窗口菜单中,选择“Add”-”Wire(narrow)”或点击工具栏中的放置细线或用快捷键w,便可以将已经放
14、置好的元件连接起来。5)检查与保存。选择“Design”-“Check and Save”,如果电路图有绘制问题,会报告出错。至此我们就完成了整体电路图绘制。整体原理图如下所示:图1.4 SRAM单元电路原理图1.3.4创建symbol完成原理图之后,为便于进行仿真,需要进行symbol的创建。(1) 生成符号图:在原理图编辑窗口,点击菜单项DesignCreate Cellview From Cellview,出现symbol生成选项表,点击OK按钮出现图下部分。在的表项中只采用默认值,直接点击OK按钮,即可看到symbol编辑窗口。1.3.5 创建仿真电路图完成电路原理图的输入之后,为了对
15、设计进行仿真和性能分析,需要建立一个仿真平台,将电源、各种激励信号输入待测的电路inv,然后采用仿真器进行分析。1)建立设计原理图:在命令解释器窗口CIW中选菜单项FileNewCellview ,出现“Create New File”对话框,填写、选择相应的选项,点击OK按钮,进入原理图编辑器virtuoso schematic editor界面。(同前述电路原理图输入时的操作一样)。2)例化并添加器件:在原理图编辑器中选择菜单项AddInstance(或者按快捷键i,或者点击编辑器左侧的工具栏Instance按钮均可)。3)器件互联:连线这里不详述,操作同电路原理图输入。最后得到的仿真电路
16、图如下图所示一致。图1.5 SRAM单元电路图1.4 SRAM单元电路性能指标分析(1)存储容量这里指的是存储器芯片的存储容量,其表示方式一般为:芯片的存储单元数*每个存储单元的位数。本设计采用的是1bit存储,故其容量为1*1bit,即它有1 个单元,每个单元存储1bit(一个字节)数据。(2)存取时间存取时间就是存取芯片中某一个单元的数据所需要的时间。当拿到一块存储器芯片的时候,可以从其手册上得到它的存取时间,CPU在读/写RAM时,它提供给RAM芯片的读/写时间必须必RAM芯片所要求的存取时间长,如果不能满足这一点,则微型机无法正常工作。本设计采取的读/写时间为0.2ns。(3)可靠性微
17、型计算机要正确的运行,必须要求存储器系统具有很高的可靠性,因为内存的任何错误都可能使计算机无法工作。而存储器的可靠性直接与构成它的芯片有关。目前所用的半导体存储器芯片的平均故障时间间隔(MTBF)大概为5*1061*108小时。2电路仿真与分析对于ic5141模拟设计环境ADE来说,默认的仿真器是spectre,这里直接采用spectre对设计进行仿真和分析。(1) 启动模拟设计环境ADE(Analog Design Environment):选择菜单项ToolsAnalog Environment,随即启动ADE。我们的电路仿真与分析就要在该平台下进行。启动ADE之后,就要进行仿真与分析的设
18、置。注意到窗口左侧Design条目下的相关内容(Library、Cell、View),因为是在ivnTest编辑窗口启动的ADE,因此这些内容正是需要仿真分析的,这里不做改变5。(2) 添加模型与仿真文件:选择菜单项SetupModel Libraries,进入ModelSetup Library窗口。然后点击右下角的Browse按钮,进入模型库的选择。点击OK按钮选中模型文件gpdk.scs,窗口回到Model Library Setup界面。在Section(opt)下的框中填入stat,点击Add按钮添加模型文件。最后点击OK选中模型文件并退出。(3)设置分析类型:根据不同的需要,可以对
19、电路进行不同类型的分析。在此我们选择瞬态(transient)分析。在ADE界面中,选择菜单项AnalysesChoose,选择仿真参数和类型,这里选择最简单的瞬态分析Trans,分析时间相对于激励适当即可。(4)信号分析输出捕捉:这里选择需要查看的信号。在ADE界面中,选择菜单项OutputTo be plottedSelect On Schematic,此时invTest的原理图窗口变成活跃的,直接用鼠标点击需要查看的信号即可。电路图中选择连线会在输出中添加该线的电压;选择一个器件的端口则会添加这个端口的电流作为输出;直接选择一个器件则会把该器件的所有端口电流都加以输出。这里选择inv的输
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 定制 设计 SRAM 单元 电路
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【人****来】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【人****来】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。