華大九天Empyrean系列軟件在本科教學(xué)中的應(yīng)用

艾娉婷，賈秀紅，王東紅

（吉林大學(xué)珠海學(xué)院 電子信息系微電子教研室，廣東 珠海 519041）

華大九天Empyrean系列軟件在本科教學(xué)中的應(yīng)用

艾娉婷，賈秀紅，王東紅

（吉林大學(xué)珠海學(xué)院 電子信息系微電子教研室，廣東 珠海 519041）

基于華大九天Empyrean系列軟件，本文重點(diǎn)介紹了Empyrean系列軟件在微電子專業(yè)本科教學(xué)中實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與電子設(shè)計(jì)的應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證了該EDA工具的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用價(jià)值.

EDA；微電子；Empyrean；Aether

1 引言

目前電子技術(shù)已經(jīng)滲入到各個(gè)行業(yè)中，特別是高新產(chǎn)業(yè)，隨著科學(xué)研究與技術(shù)的日益市場(chǎng)化，集成電路功能也隨之越來(lái)越強(qiáng)，這就要求集成電路集成度更高，時(shí)效性更強(qiáng)，集成電路的設(shè)計(jì)難度也隨之提升.而20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的EDA技術(shù)的憑借其極高的電路設(shè)計(jì)效率和可操作性，很快發(fā)展成為集成電路設(shè)計(jì)中必要的輔助工具.

北京華大九天軟件有限公司（“華大九天”）致力于提供專業(yè)的EDA解決方案，包括數(shù)模混合信號(hào)IC設(shè)計(jì)全流程解決方案、高端數(shù)字SoC設(shè)計(jì)優(yōu)化解決方案、平板設(shè)計(jì)全流程解決方案和定制化顧問(wèn)服務(wù).華大九天也是國(guó)內(nèi)唯一的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDA軟件公司.

在微電子教學(xué)中，常用工具有QUTERS II、modelsim等可編程邏輯器件開(kāi)發(fā)工具和PSPISE、TINA等仿真工具，華大九天Empyrean系列軟件也是微電子專業(yè)本科教學(xué)中重要的設(shè)計(jì)工具之一，該系列軟件在芯片級(jí)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用.

2 集成電路設(shè)計(jì)EDA實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理

隨著集成電路技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)制造也逐漸成為熱門(mén)專業(yè)，基于集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)理論知識(shí)教學(xué)平臺(tái)上，芯片級(jí)EDA工具應(yīng)用也逐步的進(jìn)入了教學(xué)領(lǐng)域.我校為此特別開(kāi)設(shè)了重點(diǎn)學(xué)科微電子專業(yè)，設(shè)立了面積達(dá)160平方米的集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，配備35臺(tái)19寸顯示屏幕HP計(jì)算機(jī)，交換機(jī)一臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)局域網(wǎng)的組建，以及IBM服務(wù)器一臺(tái),該服務(wù)器提供實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)啟軟件license的權(quán)限.

本軟件基于Linux系統(tǒng)下安裝及操作.對(duì)于在服務(wù)器軟件安裝過(guò)程中，先將軟件包解壓，在terminal終端窗口中，輸入vilicense.dat命令，編輯license文件，修改需要指定軟件的安裝路徑、安裝license的server名稱和端口，修改之后輸入:wq命令保存退出后，啟動(dòng)license.dat命令lmgrd-clicense.dat.在普通用戶下安裝軟件，只需要通過(guò)vi編輯.cshrc環(huán)境文件，輸入source<$install_path>/setup.csh命令，進(jìn)行軟件的環(huán)境設(shè)置；當(dāng)再次啟動(dòng)終端窗口時(shí)，即可自動(dòng)完成軟件的環(huán)境設(shè)置，直接啟動(dòng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì).在華大九天公司提供的Empyrean系列軟件及技術(shù)支持的基礎(chǔ)上，我院開(kāi)展了一系列的理論、教學(xué)、課程實(shí)踐及綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng).通過(guò)結(jié)合相關(guān)集成電路設(shè)計(jì)等課程，使學(xué)生從理論出發(fā)，通過(guò)實(shí)踐更好的掌握知識(shí)，能夠獨(dú)立完成原理圖設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、版圖驗(yàn)證，并能通過(guò)后仿真波形圖對(duì)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化.

華大九天為我院微電子專業(yè)教學(xué)提供了原理圖設(shè)計(jì)(Aether SE)、功能驗(yàn)證仿真（Aeolus）、波形顯示（iWave）、版圖設(shè)計(jì)(Aether LE)、版圖驗(yàn)證(Argus DRC/LVS/FlashLVL)、寄生參數(shù)提取（RCExplorer）共六部分工具模塊.本文通過(guò)對(duì)原理圖設(shè)計(jì)階段、版圖設(shè)計(jì)及版圖物理驗(yàn)證階段和后仿真階段的教學(xué)應(yīng)用進(jìn)行分析論述.

圖1 實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)圖

3 AetherSE原理圖編輯器、Aeolus仿真工具和iWave波形顯示器在教學(xué)中的應(yīng)用方法及優(yōu)勢(shì)

在原理圖設(shè)計(jì)教學(xué)中，前期專門(mén)開(kāi)設(shè)基于Pspice電路設(shè)計(jì)工具課程，對(duì)原理圖功能驗(yàn)證基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)器件模型的認(rèn)識(shí)，在Aether SE原理圖編輯器中，常用器件模型直接在窗口中體現(xiàn)，不需要到器件庫(kù)中去查找，方便快捷.功能仿真直接調(diào)用模型文件，加深學(xué)生掌握模型文件的編譯語(yǔ)句及語(yǔ)法.該工具為教學(xué)提供了Aeolus，Spice3仿真器，以及OP、DC、AC、Tran等不同的類型分析.仿真波形監(jiān)控器，原來(lái)九天Zeni平臺(tái)主要使用的波形監(jiān)控器是ZENI自帶的Waveform Viewer，而Aether平臺(tái)基于iWave波形顯示器.此波形顯示器支持大規(guī)模和增量仿真結(jié)果顯示，支持模擬、數(shù)字和數(shù)模混合多種波形格式、波形比較、多波形疊加等功能.重點(diǎn)體現(xiàn)在前仿真與后仿真波形的對(duì)比，直觀的體現(xiàn)出了仿真結(jié)果對(duì)比.AetherSE兼容業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)入導(dǎo)出，包括 CDL、Verilog、EDIF200.

下圖2以CMOS運(yùn)放電路，在此窗口中學(xué)生可以直觀的得到提供了參考工藝庫(kù)、器件（Devices）、Nets、縮略圖、工藝庫(kù)名稱及層次.

原理圖檢查，運(yùn)行保存檢查命令后，check result直接在原理圖中顯示黃色框框，或者通過(guò)marker中提示錯(cuò)誤直觀的查看錯(cuò)誤，便于學(xué)生方便的查找錯(cuò)誤及修正.

圖2 原理圖檢錯(cuò)

4 AetherLE版圖編輯器在版圖設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

AetherLE工具平臺(tái)在版圖設(shè)計(jì)、驗(yàn)證應(yīng)用中，提供了SDL（Schematic Driven Layout）原理圖驅(qū)動(dòng)版圖功能，并通過(guò)Flyline飛線保證了器件與單元之間的連接關(guān)系，確保布線的正確性一致性.此窗口同時(shí)提供了庫(kù)、器件（Devices）、Nets、縮略圖、工藝庫(kù)名稱及層次）等可操作圖形化界面，方便學(xué)生版圖原理圖同時(shí)顯示，無(wú)需重新打開(kāi).SDL可以實(shí)現(xiàn)混合信號(hào)、模擬及數(shù)字電路等復(fù)雜電路的層次化版圖快速生成，使的設(shè)計(jì)效率提高10X.如下圖3所示：生成Guardring,自定義生成Via孔，進(jìn)入Realtime DRC等功能.如下圖4所示，在Technology Manager中設(shè)置Layer、Constraint、Via、Guardring、Metal Solt、Metal Fill等規(guī)則，可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)上述功能.

圖3 SDL原理圖驅(qū)動(dòng)版圖功能

該工具在版圖設(shè)計(jì)中，還提供了添加工藝設(shè)計(jì)庫(kù)、自動(dòng)

圖4 自動(dòng)生成通孔規(guī)則制定界面

5 Aether參數(shù)提取以及后仿真在教學(xué)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

參數(shù)提取（RCExplorer）工具完成后仿真，該模塊解決了大規(guī)模時(shí)序、信號(hào)完整性以及功耗問(wèn)題.RCExplorer可在納米級(jí)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)中進(jìn)行單元級(jí)的寄生參數(shù)提取，可以利用Argus進(jìn)行晶體管級(jí)的寄生參數(shù)提取.RCExplorer可提供寄生參數(shù)網(wǎng)表，能夠在multi-scenario環(huán)境下提供高速的寄生參數(shù)提取解決方案.其內(nèi)置布線引擎，支持未布線版圖或部分布線版圖的全芯片寄生參數(shù)提取方案；層次式提取方案以及任意線網(wǎng)端口間電阻分析，版圖任意兩點(diǎn)電阻分析提取方案.根據(jù)版圖提取寄生參數(shù)、器件參數(shù)網(wǎng)表代入仿真設(shè)置中，代替原理圖.netlist網(wǎng)表.與華大九天ZENI軟件相比較，此工具為學(xué)生提供了方便快捷的界面，后臺(tái)自動(dòng)生成網(wǎng)表，無(wú)需手動(dòng)在網(wǎng)表中添加激勵(lì)及端口名稱等，節(jié)約了操作步驟及時(shí)間，同時(shí)使學(xué)生的操作思路清晰.

6 結(jié)束語(yǔ)

基于華大九天公司提供的0.18微米工藝下模擬集成電路設(shè)計(jì)提供完整的解決方案.為檢證Empyrean系列工具對(duì)教學(xué)的促進(jìn)作用，根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)電路分析基礎(chǔ)，模擬電子及集成電路設(shè)計(jì)原理、工藝?yán)碚撜n程之后，安排學(xué)生開(kāi)展華大九天Empyrean系列軟件的實(shí)操以及一系列的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生更加深刻的理解設(shè)計(jì)，深化理論知識(shí)，達(dá)到了理想的教學(xué)效果.

〔1〕王志功，景為平.集成電路設(shè)計(jì)與九天EDA工具應(yīng)用[M].東南大學(xué)出版社，2004.

〔2〕張麗.全定制模擬電路設(shè)計(jì)平臺(tái)—熊貓EDA系統(tǒng)九天系列工具[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2009（11）.

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1673-260X（2012）10-0028-02