在 Cadence 设计工具（特别是其集成电路设计平台 Cadence Virtuoso）中设计一个反相器（Inverter）是数字集成电路设计中最基础的任务之一。以下是使用 Cadence Virtuoso 设计和仿真一个典型 CMOS 反相器的主要步骤和要点（请确保你已加载了必要的工艺库和设计规则文件）：
核心步骤：
-
创建库 & 单元：
- 启动 Cadence Virtuoso。
- 打开或创建一个新的 设计库。这个库需要关联到你使用的工艺技术库（PDK）。
- 在库中创建一个新的 单元视图。单元名通常为
inverter或类似。视图类型通常选择Schematic（原理图）开始。
-
绘制反相器原理图：
- 进入 Schematic Editor (原理图编辑器)。
- 添加元件：
- 按快捷键
i或使用菜单Add -> Instance。 - 浏览工艺库（PDK），找到并放置：
- 一个 PMOS 晶体管：通常命名为
pmos或类似（如pch）。 - 一个 NMOS 晶体管：通常命名为
nmos或类似（如nch）。
- 一个 PMOS 晶体管：通常命名为
- 按快捷键
- 连接元件：
- 按快捷键
w或使用菜单Add -> Wire (narrow)画线连接。 - PMOS 源极 连接到 电源 VDD。
- PMOS 漏极 连接到 NMOS 漏极（这是输出节点 OUT）。
- NMOS 源极 连接到 地 GND。
- PMOS 栅极 连接到 NMOS 栅极（这是输入节点 IN）。
- 按快捷键
- 添加引脚：
- 按快捷键
p或使用菜单Add -> Pin。 - 添加输入引脚
IN(方向inputOutput或input)。 - 添加输出引脚
OUT(方向inputOutput或output)。 - 添加电源引脚
VDD(方向inputOutput或supply)。 - 添加地引脚
GND(方向inputOutput或supply)。
- 按快捷键
- 设置器件尺寸（关键！）：
- 双击 MOS 管打开属性编辑器。
- 设置 宽度（Width） 和 长度（Length）。例如：
- PMOS (
pmos):Width = 1u,Length = 0.1u(典型值，实际取决于工艺和性能要求) - NMOS (
nmos):Width = 0.5u,Length = 0.1u(通常 PMOS 宽度是 NMOS 的 2-3 倍以获得对称的翻转特性)
- PMOS (
- 保存原理图：
Check and Save（通常有按钮或快捷键）。
-
创建符号视图（可选但推荐）：
- 在库管理器中，对
inverter单元创建Symbol视图。 - 在 Symbol Editor 中，使用图形工具绘制一个反相器符号（通常是三角形加圆圈），添加
IN和OUT引脚。 - 保存符号。这允许你在更高层次的原理图中像使用库元件一样使用你的反相器。
- 在库管理器中，对
-
仿真（使用 ADE L 或 ADE Explorer）：
- 在库管理器或原理图窗口中，打开
inverter单元的Schematic视图。 - 启动仿真器：
Tools -> ADE L（或ADE Explorer）。 - 设置仿真环境：
Setup -> Simulator/Directory/Host...：选择仿真器（如spectre）。
- 设置模型库：
Setup -> Model Libraries...：添加你的工艺模型文件（.scs或.lib等）。
- 设置变量：
Variables -> Copy From Cellview或Variables -> Edit...：可能需要定义VDD的值（如1.8V）。
- 设置激励源：
Inputs -> Edit...：- 为
VDD添加直流电压源（VDC），值为VDD。 - 为
GND添加直流电压源（VDC），值为0。 - 为
IN添加输入信号：- 类型
Pulse或PWL。 - 例如：
Pulse：Low Voltage=0,High Voltage=VDD,Period=2n,Pulse Width=1n,Rise Time=10p,Fall Time=10p.
- 类型
- 为
- 选择分析类型：
Analyses -> Choose...：tran(瞬态分析)：设置仿真时间，如Stop Time=4n。dc(直流分析)：用于查看电压传输特性 VTC。选择扫描变量为IN，范围0到VDD。
- 选择输出：
Outputs -> To Be Plotted -> Select On Schematic：点击原理图中的OUT节点和IN节点（可能需要先点信号线）。或者使用Save All。
- 运行仿真：
Simulation -> Netlist and Run(或Run按钮)。 - 查看结果： 在 Analog Design Environment (ADE) Results 窗口或波形查看器中查看
IN和OUT的波形（瞬态仿真）或OUTvsIN的曲线（DC 仿真）。
- 在库管理器或原理图窗口中，打开
-
版图设计（可选）：
- 创建
Layout视图。 - 使用版图编辑工具，根据工艺设计规则（DRC）绘制 NMOS 和 PMOS 晶体管、有源区（AA）、多晶硅栅（Poly）、金属连线（Metal1）、接触孔（Contact/Via）。
- 确保
IN(连接到 Poly栅)、OUT(连接在 PMOS 漏和 NMOS 漏)、VDD(连接到 PMOS 源)、GND(连接到 NMOS 源) 都有对应的 Pin（通常金属层标签）。 - 运行 DRC（设计规则检查）确保符合工艺规则。
- 运行 LVS（版图与原理图一致性检查）确保版图连接关系与原理图一致。
- 创建
关键要素 & 注意事项：
- 晶体管尺寸： PMOS 和 NMOS 的宽长比 (
W/L) 决定了反相器的驱动能力、开关阈值、上升/下降时间、噪声容限等特性。PMOS 通常比 NMOS 宽。 - 工艺库 (PDK)： 所有元件（MOS管、电阻、电容等）的属性、模型参数、版图层定义都来自加载的工艺设计套件。
- 仿真类型：
- 瞬态仿真 (
tran)： 观察输入方波时输出随时间的变化，测量延迟时间 (tpHL,tpLH)、上升/下降时间 (tr,tf)、功耗。 - 直流仿真 (
dc)： 绘制电压传输特性曲线，确定开关阈值电压 (VM)、噪声容限 (NML,NMH)。
- 瞬态仿真 (
- 版图匹配： LVS 检查是必须的，确保物理实现与逻辑设计一致。DRC 确保制造可行。
- 工具流： 以上流程是标准流程。实际项目可能涉及更复杂的库管理、参数化单元、仿真脚本、后仿、功耗分析等。
常见问题 & 调试：
- 仿真不运行/出错： 检查模型库路径是否正确，激励源设置是否正确，节点名称是否拼写正确（区分大小写），电源/地是否连接。
- 输出波形不对（如逻辑错误或振荡）： 检查原理图连接（漏源极是否接反？栅极是否接在一起？电源/地是否接对？），MOS 管类型是否正确（PMOS vs NMOS），器件尺寸是否合理（特别是 NMOS 太弱会导致下拉困难）。
- DC VTC 曲线不理想： 调整 PMOS/NMOS 的比例（通常是增大 PMOS 宽度）。
- 版图 DRC/LVS 错误: 仔细阅读错误报告，根据工艺规则修正版图几何图形或连接关系。
使用 Cadence Virtuoso 设计反相器是学习 IC 设计的第一步。熟练掌握这个流程是理解更复杂电路的基础。
TTL反相器和CMOS反相器的区别
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2024-07-29 15:33:16
反相器的输出不对！
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gaochun11
2023-08-24 08:00:39
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为啥又看反相器呢，因为想做PLL，锁相环里有PD，PD里面有锁存器，锁存器里有NAND，而NAND里又是基于反相器。所以喽。
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fansz
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fuywyerwew
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卿小知1
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描述22/7 一个 CMOS 大罩 4049这是一个令人惊叹的 Big Muff，它围绕 CMOS 反相器构建，代替了传统的晶体管级。该项目最初由 RunOffGroove.com 创建。本板采用4049芯片。如果您想使用 4069 构建版本，请查找我的其他项目。
ldliu
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2019-12-28 11:06:28
工商网监
