CMOS VLSI设计与电路仿真任务
关键的外卖
CMOS VLSI的设计分为两个步骤:电路块设计和物理设计。
电路块设计包括将晶体管连接成逻辑块，然后集成到一个更大的集成电路中。
需要仿真工具来提取VLSI电路块的电气特性。
CMOS VLSI设计是制造带有数十个ic的硅片的第一步。
CMOS(互补金属氧化物半导体)VLSI(超大规模集成)设计使各种半导体器件的大规模扩展成为可能。将CMOS工艺与VLSI相结合有助于将封装推向更小的水平，同时保持合理的成本。虽然不像FinFET技术那样密集和小，但CMOS仍然在早期技术节点中发挥着重要作用，预计不会很快被淘汰。如果你正在设计一个新的集成电路、SoC或其他组件，它很可能需要使用CMOS VLSI设计来创建。
大约99%的数字、模拟和射频集成电路都是使用CMOS工艺制造的。随着新的设计继续集成的趋势，修订的CMOS架构正在为嵌入式AI等任务设计，CMOS电路块中的电路模拟任务将仍然至关重要。下面是在集成电路块之前需要执行的一些重要的电路模拟任务。
CMOS VLSI设计入门
CMOS VLSI设计就像一个模块化的方法来创建ic。小电路块被连接成更大的电路块，然后在系统级上连接，形成一个完整的集成电路。这些较小的电路块可以是模拟电路、数字电路或混合信号电路。
CMOS VLSI设计的主要挑战有两方面:
设计和模拟小电路和大电路块。
将电路块连接成一个更大的系统。
这些任务中的第一个需要一些基本的前端电路设计和模拟任务来创建单个电路;下面是一些例子。然后需要将这些较小的电路组合成提供特定功能的电路块。一旦你完成了一些更大的电路块的创建和模拟，你将不得不继续创建一个布局，它集成多个电路块到一个完整的系统。
数字CMOS电路块
CMOS VLSI设计中的基本数字电路块是CMOS逆变器——一个结合PMOS和NMOS晶体管的简单电路:
CMOS逆变电路作为CMOS VLSI设计的一部分。
这个基本电路基本上是一个非门。MOSFET晶体管可以以其他方式组合，以产生任何其他基本逻辑门，然后再组合成更大的逻辑电路。根据这些门的组合方式，可以在芯片上实现不同的功能。集成还需要发生在物理层面，在物理电路设计中需要将不同的输入和输出连接在一起。下面的例子展示了如何将CMOS逆变器物理集成到更大的电路块中。
CMOS逆变电路的物理设计。
模拟CMOS电路块
模拟构件也可以由CMOS电路构建，许多现代产品都是基于经过验证的几十年前的电路设计。如果CMOS IC包括运算放大器或集成功率调节器，那么它可能是建立在几十年前首次设计的CMOS电路上。如今，新的设计更多地利用定制CMOS电路在芯片级进行模拟信号处理，而不是将信号转换为数字信号并进行数字运算。
无论您是重用旧电路块还是基于CMOS工艺设计新架构，您都将采用与上述数字CMOS电路块相同的方法，无论是前端电路设计还是物理设计。CMOS VLSI中的各种模拟电路块连接到一个更大的系统中，最终由半导体晶圆制成。许多看起来是全数字的设备实际上是混合信号系统，并将一些模拟电路块集成到设计中。
CMOS VLSI设计中需要分析什么
在CMOS VLSI设计中，无论是在创建物理布局之前还是之后，都有很多东西需要分析。为了理解电学行为，应该在3个级别上进行模拟，每个级别都需要一组不同的模拟:
小规模电路模拟。诸如瞬态分析、工作点分析和频率扫描(线性组件)等任务将为您提供电路在时域和频域的定量行为。对于非线性分量，工作点分析对于设计在线性状态下工作的电路尤为重要。
大规模电路仿真。一旦创建了更大的电路块，您将需要运行逻辑模拟(用于数字电路)或一系列模拟模拟。这些更大规模的电路模拟将显示一个更大的电路块如何为给定的一组输入产生输出。在将多个电路块集成到整个系统之前，这是电路块验证的重要部分。
系统级模拟。块级仿真的结果可用于更高级别的系统仿真，以显示CMOS VLSI设计中的电路块组如何工作。这种类型的模拟采用专门的建模工具，将电路块减少为功能块，然后用于图形模拟。许多用于系统级建模的程序采用这种方法，并提供系统功能的图形表示(见下文)。
复杂集成电路的系统级建模。
在电路模拟中，您将需要使用为组件建立SPICE模型为了进行必要的模拟，尤其是mosfet用于CMOS逆变器。这些组成模型是现象学的;它们不是用来模拟COTS组件的。相反，这些组件模型旨在描述电路中不同组件的电学行为，最终将作为整个系统进行模拟。
在你达到在CMOS VLSI设计中需要系统级仿真的水平之前，你需要工具来设计和分析下一个系统的单个电路块。的前端设计功能来自Cadence有权势的人PSpice软件模拟器封装为您提供了创建模拟，数字和混合信号CMOS电路块所需的一切。然后，您可以将您的设计导入到IC布局工具中，以创建真实的电路块，并且可以使用系统级分析工具模拟整个布局。
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