实操1 设计工具的使用(中) – 版图设计
设计工具使用的上一部分内容主要介绍了Virtuoso模拟设计平台中的设计制作电路原理图的工具 Composer， 测试台模拟验证的工具 Spectre；这一部分主要介绍平台中的绘制和编辑版图的工具 Virtuoso； 大家从具体的操作演示中可以看到，这些工具是无缝连接，随时切换的，并且你感受不到工具之间的切换。
有两种方式 Virtuoso
第一种是在icfb 窗口直接进入Virtuoso窗口，打开一个已有的版图文件，或新建立一个版图文件，如图1到图3； 为什么这里打开或新建立是版图文件？这是由于在图3的 “Tools ” 中，通过 “Browse” 选择了工具Virtuoso，它对应的文件形式 (View Name) 就是 “Layout” ! ，当然如果选择了工具 Composer-Schematic, 它对应的文件形式就是电路原理图 “Schematic”，这是上一讲的内容。
在UNIX / LINIX 环境下，打开一个视窗 ( Terminal); 键入icfb, 进入 Virtuoso 平台，如图 1。
图 1 Virtuoso 平台
进入 Virtuoso 平台后，选择 “File” 下拉式菜单，点选 “Open” 打开一个已存储的设计。如果新手学习，没有预存的设计，则按后续步骤从新建一个设计开始。
图2 打开一个已有的版图文件
下图是建立一个新文件，操作步骤和上一讲的建立一个新的电路原理图文件一样，只是在工具 “ Tool” 的选择中选取Virtuoso， 系统自动切换到版图模式。操作方式， 菜单 File –>new–>Cellview, 在跳出的新窗口”Create New File”中 Tool栏选择 Virtuoso，如图3所示。
图3 建立一个新的版图文件
另一种是在电路原理图界面下（Composer ），打开“tools” 的下拉式菜单，选中 “ Design Synthesis” 点击 “Layout XL”，如图4。
图4 从电路原理图界面进入 Virtuoso窗口
点击 “Layout XL” 后，图5的小窗口出现，提示你版图文件名，如果文件名不做任何改动，缺省沿用电路原理图的文件名，只是文件格式变成版图文件的格式。
图5 从电路原理图界面进入 Virtuoso窗口
点击小窗口的 “OK” 后，进入 Virtuoso窗口，如下图。
图6 Virtuoso窗口打开 ( 右侧 )
实际上，进入 Virtuoso后，同时打开了两个窗口，如下图，左侧的是层选择窗口Layer Selection window (LSW)，选择所需要的层；右侧的是版图设计主窗口；
图 7 层选择窗口LSW (左侧 )和版图设计主窗口 (右侧 )
选中下图左侧电路原理图中要拖动的器件，在Virtuoso窗口下打开 “Create” 下拉式菜单, 点击 “Pick from Schematic”,
图8 从电路原理图选择器件到 Virtuoso窗口
“ Pick From Schematic” 小窗口出现， 如果没有改变，或对其含有不了解，有选择缺省值，点击 “ Hide” 继续。
图 9 从电路原理图选择器件到 Virtuoso窗口
图10中，在电路原理图中选中的器件以符号图的形式显示在 Virtuoso 窗口， 利用快捷键 Shift+ f 切换成器件版图形式，如图11。
图 10 器件以符号图的形式显示在Virtuoso窗口
图 11 切换到版图形式
器件之间的连线关系在移动其中一个器件时就会显示出来，如图 12 所示。
图12 器件之间的连线关系
另外一个显示器件之间连线关系的操作是；打开 “Options” 下拉式菜单, 点击 “Display”，出现如下图的窗口
图13 显示器件之间的连线关系
把左上方 “Display Controls” 的按钮 “Nets” 勾选上，点击 “OK” 确认键 ， 版图窗口中器件之间的连线关系就显示如图 15。
图14 显示器件之间的连线关系
下图显示出各器件之间的连线关系，即 p型管的栅极和 n型管的栅极相连，p型管的漏极和 n型管的漏极相连。 如果需要消除这些连线关系，回到图13和14，撤销 “Nets” 的勾选即可。
图15 显示器件之间的连线关系
这些器件，无论是晶体管，电阻，电容，还是互连线，都是由一层层的薄膜相互叠加构成的，同样的版图也是由一层层的图像，如扩散层，有源层，金属层等图像相互叠加形成的，我们目前看到的晶体管版图，是构成该晶体管版图所有层的叠加效果图，能不能把某一层单独拿出来看呢？ 答案是可以的，并且在做图，修图过程中经常要这样做，具体方法如下：
首先要把该器件的层级(hierarchy) 平坦化 (Flatten)，即俗称的“打散”， 即把各层之间的关联关系去掉：点选中该器件后，点击 “Edit” 打开下拉式菜单，光标移至 “ Hierarchy” 后又出来两个选项，点击 “Flatten…” 被选中的器件就被打散了， 如图 16；
图16 器件的层级关系“打散”
下图是已打散的器件，组成该器件的各层现在都可以单独移动位置。
图 17 已打散的器件各层可以单独移动
器件的层级关系打散后，就可以通过左侧的 LSW 窗口选择所要看的层，点击 “NV” ( Non Visible), 然后选中右侧窗口按下快捷键 shift + f ，只有选中的层显示出来；如下图中只显示有源层( AA, Active Area)。
图18 驱动电压为 3.3v 的n型场效应管版图分层展示，只显示一层
也可以选择两个或多个层同时显示，这时要点击 “AS” , 然后选中右侧窗口按下快捷键 shift + f ，只有选中的层显示出来如下图同时显示了金属1层和通孔chr接触层。如果恢复显示所有的层，按下 LSW窗口的 “AS ” (All Selected)，选中右侧窗口按下快捷键 shift + f 即可。
图 19 驱动电压为 3.3v 的n型场效应管版图分层展示，显示两层
在 Virtuoso 窗口中，点选中某个器件，按下键盘上的快捷键 q, 该器件的参数就显示出来，这些参数是从电路原理图中继承过来的；但是在这里你也可以修改该器件的参数，需要注意的是还需要回到电路原理图中修改对应的参数，这样两者才一致，在之后的 LVS 和后仿真中不会因此而出错。
图 20 显示和修改器件参数
也可以显示某一层的信息：点选住该层，按下键盘上的快捷键q，该层的信息就显示出来，如下图。
图 21 显示器件中某一层的信息
器件的版图显示在 “ Virtuoso” 窗口后，接下来就是根据电路原理图中器件的连接关系，将它们联起来。
做连线时，先确定用使用哪一层，在 LSW 窗口上选中该层，然后选择 “Create” 下拉式菜单, 点击 “Path” (熟悉以后就可以用快捷键 p， 在下拉式菜单上有提示)， 就可以画连线，要退出，
点击键盘上的 “Esc”
图 22 用 “Path”画连线
也可以用 “Rectangle” ( 做矩形 ) 来画连线，选择 “Create” 下拉式菜单, 点击 “Rectangle” (熟悉以后就可以用快捷键 R )，如下图。
图23 用 “Rectangle” 画连线
如果开始时选错了层，在任何时候都可以改正，如下图，选中该层，点击键盘上的字母 “q”，出现如下图的小窗口，点击 “ Layer” 右侧的按钮，又打开另一个窗口，如图 。
图 24 显示和改变层性质
在下图中找到需要的层，点击就可以了。
图 25 层选择窗口
层与层之间还需要应用通孔 ( Vias）连接上，通过 “ Contact” 来完成，如下图；
图26 建立层与层之间的连接
选择所需要连接的层
图 27 选择所需要连接的层
如果想仔细看某一层的版图，可以先把别的层屏蔽，只显示出该层，如下图只显示金属一层 (M1)。
图 28 只显示版图中的某一层
如果需要知道某些层，某些形状的尺寸，可以使用标尺 (Rule ), 点击键盘上的字母“k”， 标尺出现，使用鼠标选择要测量的起点和终点， 工具自动显示测量值；点击“Shift”+“k” 标尺消失。
图 29 使用标尺测量尺寸
芯片 (Die ), 同外界的信息交流需要通过引脚来 ( Pin ) 完成，这里只需要命名引脚的名称，工具自动将相同名字的引脚视为连接。
可以选择和改变引脚名称的字体，大小等。
图 30 命名引脚名称
模拟电路中，为了避免器件之间相互干扰，降低噪声，往往在器件周边加保护环 ( Guard Ring)，尤其是关键器件/模块周边，保护环是多层组合，我们在之后的设计案例中会详细介绍。
图 31 设计保护环
最后可以显示和打印出该版图的统计报告， 该报告告诉我们这个电路图包括有一个n 型管 n12， 一个p 型管 p12， 以版图的形式，还有三个删极层，以符号的形式；所用到的层包括有金属1层，金属2层，和多晶硅层；如下图。
图 32 版图统计报告
版图设计工作到这里就全部完成了， 接下来就是版图验证工作，这是下一讲的内容。