Cadence Virtuoso反相器设计全流程：静态仿真工作点与功耗测试

由于篇幅原因，这里我省略对反相器半导体器件物理层面上的解释与说明，感兴趣的同学可以参考教科书《数字集成电路——电路、系统与设计》Jan M.Rabaey,Anantha Chandrakasan,Borivoje Nikolie.中CMOS反相器这一章节。

本篇笔记主要篇幅为：

1. 从原理图生成符号；
2. 静态仿真。主要仿真CMOS反相器的VTC曲线（电压传输特性曲线）、通过改变不同长宽比获得目标参数。

首先打开上一篇中画好的原理图，在原理图界面菜单中，选中Create-Cellview-From Cellview-OK，进入pin脚规划界面，由于反相器比较简单，只需把GND移动到Bottom pins即可

点击OK，进入Symbol视图，我们稍微修改一下默认视图，让它看起来像一个反相器即可，操作步骤：

1. 把默认框Delete
2. 用画线工具画三角
3. 用画圆工具画一个小圆
4. 移动pin脚至合适的位置

这样一个反相器Symbol就制作完成了。

接下来File-New，在你的库中新建一个原理图，命名为inv_tb（tb即testbench“测试电路”），将你制作好的反相器添加进来，然后从分析库（analogLib）中调用元器件vdc、cap、gnd与vdd，绘制如图电路图。

其中，使用了快捷键“q”对cap、vdc的数值进行了修改，电源电压我设置为变量vdc，输入电压我设置为vin，这方便我在后续调用ADE仿真的时候对他们进行统一修改或者是参数扫描。

设置好后，我们在原理图菜单上点击Launch-ADE L，调出ADE仿真窗口，在左边的Design Variables窗口中空白处右键，选择Copy to Cellview，这样我们设置的变量就导入进来了，方便统一修改。我们设置vdc为3，vin为0。在右侧上方的Analyses窗口中空白处右键，选择Edit，然后设置如下图的DC仿真。

这里我简单解释一下，Save DC Operating Point，顾名思义，就是保存静态工作点，Sweep Variable中设置的是我们设计的变量，点击Select Design Variable选择vin即可，此时vin就是作为变量（仿真波形图的x轴），在下面Sweep Range中，我们选择的是 Start-Stop模式（从某某开始到某某结束），Center-Span是从中心值往左右两边扫描。Sweep Type我们默认就好。最后点击OK。

在右下方Output窗口处，右键空白处选择Edit，出现以下窗口

我们点击From Design，在弹出的原理图中，我们点击“OUT”输出导线，然后点击OK即可。此时选择的就是线网“OUT”上的电压作为我们最后仿真波形图的y轴。

检查无误，即可点击右边绿色的“播放”按钮，等待仿真波形图出现。

若没有报错，则波形图会正常弹出，如下：

按“v”可以添加纵轴

我们可以看到当Vin=Vout时，也就是开关阈值Vm点，此时两管子饱和，且Vm=1.15V，而不是等于1/2VDD（我们希望的情况），这是因为NMOS的导电类型是电子，速率较PMOS的空穴导电要快，导致驱动强度没有NMOS高

以下是理论公式推导：

所以我们由仿真结果知道了，我们设计的原理图是不满足我们的要求的，这个是时候需要根据公式手动计算我们所需要的宽长比，这里的Vdsat和k都是工艺值，可以在工艺库的PDK文档中找到，我这里就用设置变量法找到最合适的宽长比，我们一般是增大PMOS的宽长比，增强它的驱动能力即可。

我们返回inv的原理图，我们修改PMOS的w为W，修改完成后一定记得点击保存&检查，不然后面ADE仿真会出现报错。

然后回到ADE窗口，导入变量W，在ADE窗口的菜单中选择Tools-Parametric Analyses，如下图设置。

完成后点击绿色播放按钮，即可开始仿真，下图为结果

我们很清晰地可以看到在OUT为紫色的时候，也就是PMOS的W值为770nm的时候，比较接近我们的理想值，我们再次修改步长与开始扫描的范围，以求找到合适的W的值。

最终我们可以看到粉色的OUT为1.52V，基本符合我们的要求，查看此时的W值为760nm，最后我们的原理图修改为最终尺寸即可。

下一章节记录对反相器的瞬态仿真。

感谢大家的支持！！

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删