[Full Custom IC Design] 반도체 아날로그 설계에 대해 알아보자!(Feat.virtuoso)

안녕하세요

오랜만에

설명서같은 포트폴리오를 올리려고 합니다.

오늘 반도체 설계교육에서

반도체 아날로그 설계와

관련하여 간단한 팁을 작성하도록

하겠습니다.

 

먼저,

Full Custom IC Design이 저에게는

매우 생소한 과목이었습니다.

 

교수님께서 주신 자료에서

해당 과목이 무엇인지 알 수있었습니다.

 

 

설계에 대해서 2개로 나눌 수 있습니다.

아날로그 : Sin파와 같은 연속적인 신호들로 0 또는 1로

나타낼 수 없는 신호(목소리, 초음파 등) 

디지털 : 0,1(ON,OFF)가 명확한 신호(펄스신호)

입니다.

 

Full custom design은 회로의 모든 부분을 설계자가 직접 설계하는 방식입니다. 이는 가장 높은 성능과 전력 효율을 제공할 수 있지만, 설계 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 듭니다.

ASIC은 Full custom design과 달리, 설계자가 회로의 일부만 설계하고, 나머지는 반도체 제조업체에서 제공하는 표준 셀을 사용하여 설계하는 방식입니다. 이는 Full custom design에 비해 설계 시간이 단축되고 비용이 절감됩니다.

Semi custom design은 ASIC과 Full custom design의 중간 단계에 해당하는 방식입니다. 설계자가 회로의 일부를 표준 셀로 설계하고, 나머지는 직접 설계하는 방식입니다. 이는 ASIC에 비해 설계의 유연성을 높일 수 있지만, Full custom design에 비해 성능과 전력 효율이 떨어집니다.

Full Custom IC Design의

프로우 차트입니다.

 

이중에서

 

이렇게 윗부분이 FrontEnd 부분이고

아래쪽이

BackEnd부분입니다.

 

이런 이론적인 파트 다음으로

실전으로 저희는

강의실에 있는 linux 서버를 사용하여

실습을 진행하였습니다.

 

여기서

Windows 서버보다

Linux서버가 더 효율적인 부분이

Analog 반도체 설계에 필요한 다양한 도구 및 응용 프로그램을 실행하는 데

필요한 리소스를 줄일 수 있어

성능 및 효율성 향상되기

때문입니다.

 

그런 다음

저희는 설계하는데 있어

기본적인 리눅스 명령어를

배웠습니다.

 

ls : list

ls -al : 숨겨진 파일 포함 list

cd : change directory 해당 디렉토리로 이동

cd .. : 이전 디렉토리로 이동(..은 이전 / .은 현재)

mkdir (파일이름) : directory(폴더) 생성

cp (복사할 파일) (복사할 경로) : 복사

mv (현재 파일) (변경할 이름) : 이름 변경

mv (대상파일) (대상경로) : 잘라내기-붙여넣기

tar : 압축을 하는게 아니라 파일 자체를 유지하면서 하나로 만들어주기만 한 것.

(우리가 아는 Zip파일은 압축하면 파일 손실 생김.)

gzip : 압축 명령어

exit : 로그아웃하지않고 나가기

 

 

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그리고 당연하게 사용할 줄 알았던

Vi 편집기를 쓰지않고

nano를 사용했었습니다.

nano (파일이름)

 

아래 명령어들이 있습니다.

Ctrl + 원하는 기능 단축키를 눌리면

됩니다.

 

 

그리고 저희가 사용할

Virtualoso를 사용하기 위해

리눅스 창에

Virtualoso & 를 입력해 줍니다.

 

① 처음에 저희가 해야할것은

Library를 만들어 줍니다.

 

② 3번째 항목을 체크하는데.

그이유는

이 항목을 체크하면 기존의 기술 라이브러리를 참조할 수 있습니다.

기존의 기술 라이브러리는 이미 개발된 기술 정보를 포함하고 있습니다.

따라서 이 기술 라이브러리를 참조하면 새로운 기술 라이브러리를 생성하지 않고도

기존의 기술 정보를 활용할 수 있기 때문입니다.

 

③ 여기서 gpdk 090선택하고 OK

(45나노, 90나노, 180나노 공정이란 말. 즉, Length를 뜻함.)

 

④ New → Cell View를 클릭

 

설계순서 및 기능

1. Instance(단축키 i) : 소자를 불러오는 기능

2. Wire(단축키 w)

3. Wire Name(단축키L)

4.Pin(단축키 P)

 

부가 기능

단축키 F : 불러온 소자들을 화면중간에 고정시킴

단축키 Q : 소자를 선택하고 Q를 눌리면 속성창이 나옴

w + F3 : wire 설정

 

command

P : Pin

Direction을 inputoutput으로 두는 이유는 누군가의 입력이 누군가의 출력일 수도 있기에 통합시켜주는 것

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command

G : Marker를 찾는 tool. warning point를 쉽게 찾을 수 있음.

​

Net Highlighting. 연결된 선을 확인할 수 있음.

주의 사항. Check and save 후 진행.

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Instance할 때, 이미 net name이 확정된 경우 미리 wire을 연결 시켜서 가져올 수 있다.

사진은 Pmos의 경우.

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+ nmos와 pmos의 width와 length는 같으면 안됨.

NMOS와 PMOS의 전류 구동 능력이 같아집니다. NMOS는 전자, PMOS는 정공을 전류 캐리어로 사용합니다. 전자의 이동도는 정공의 이동도보다 약 2배 이상 크기 때문에, NMOS의 전류 구동 능력은 PMOS보다 약 2배 이상 큽니다. 따라서, NMOS와 PMOS의 width와 length가 같을 경우, NMOS가 PMOS보다 더 많은 전류를 흘릴 수 있습니다.
NMOS와 PMOS의 width와 length가 같을 경우, NMOS의 전류 구동 능력이 PMOS보다 더 크기 때문에, NMOS의 상승 시간은 PMOS보다 짧아지고, 하강 시간은 PMOS보다 길어집니다. 따라서, CMOS 회로의 전압 전달 특성이 좋지 않습니다.

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pmos와 nmos width 조절해주기

Note box 만들기

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PMOS의 length가 길어지면, PMOS의 전류 구동 능력이 감소합니다. 따라서, CMOS inverter transfer curve의 S자 모양이 더 완만해집니다.

NMOS의 length가 길어지면, NMOS의 전류 구동 능력이 감소합니다. 따라서, CMOS inverter transfer curve의 S자 모양이 더 완만해집니다.

PMOS의 width가 넓어지면, PMOS의 전류 구동 능력이 증가합니다. 따라서, CMOS inverter transfer curve의 S자 모양이 더 급격해집니다.

NMOS의 width가 넓어지면, NMOS의 전류 구동 능력이 증가합니다. 따라서, CMOS inverter transfer curve의 S자 모양이 더 급격해집니다.

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Symbol 만들기

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Tip. Pin 드래그 후 다른 핀에 휠버튼 클릭 시 복사 붙여넣기 가능

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Library에 Symbol이 생성됨을 확인할 수 있음.

인버터 심볼과 맞게 그리면 됨.

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확인하기

Cell view로 새롭게 INV_SIM schematic을 만든 후 인스턴스 생성

symbol 클릭 후 shift + e

내부 schematic 모습 확인 가능

ctrl + e 누를 시 다시 심볼 화면으로 복귀가능

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추가기능

instance할 때 registered terminals only 체크 후

만들어진 symbol 클릭 그리고 space 누를 시 아래 처럼 자동으로 선 연결

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여러 추가 기능들

Options Displayed When Commands start

시작할 때 마다 자동으로 옵션 창이 뜸

그러면 이런식으로 커맨드를 사용할 때마다 옵션창이 뜸.

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Editing Objects & Navigator

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command 사용 시 주의 사항

object를 클릭 후 command를 사용하면 그 대상에만 써짐

object 선택 없이 command 사용시 계속 써짐

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command

shift + m : object move

shift + Click : 여러개 선택

r : rotate

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실습 : NAND, NOR게이트 만들기

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(1) NAND GATE

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(2) NOR GATE

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