báo cáo cài đặt hđh ubuntu và sử dụng pdk để thiết kế mạch ldo

PHẦN 1: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT UBUNTUI.Tổng quan về phần mềmPhần mềm mã nguồn mở PDK 130nm được sử dụng trên hệ điều hành Linux, thích hợp nhất là Ubuntu 22.04.1.. Vì vậy với Microsoft user,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Mạnh Dũng

BÁO CÁO CÀI ĐẶT HĐH UBUNTU VÀ SỬ DỤNG PDK

ĐỂ THIẾT KẾ MẠCH LDO

Ngành: Thiết kế vi mạch

HÀ NỘI -2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Mạnh Dũng

BÁO CÁO CÀI ĐẶT HĐH UBUNTU VÀ SỬ DỤNG PDK

ĐỂ THIẾT KẾ MẠCH LDO

Ngành: Thiết kế vi mạch

Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Mai Anh Tuấn

MỤC LỤC

PHẦN 1: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT UBUNTU 4

I Tổng quan về phần mềm 4

II Hướng dẫn cài đặt 4

1 Cài đặt Ubuntu sử dụng WSL 4

2 Cài đặt Ubuntu sử dụng Virtual Box 5

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PDK 8

I Tổng quan về phần mềm 8

II Hướng dẫn cài đặt 8

1 Quy trình để cài đặt Tools và PDK cho Analog design flow 8

PHẦN 2: THIẾT KẾ LDO BẰNG PDK 11

I Mô hình LDO 11

II Hướng dẫn thiết kế 12

1 Các thông số kĩ thuật 12

2 LDO Schematic trong PDK 13

3

PHẦN 1: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT UBUNTU

I Tổng quan về phần mềm

Phần mềm mã nguồn mở PDK 130nm được sử dụng trên hệ điều hành Linux, thích hợp nhất là Ubuntu 22.04.1 Vì vậy với Microsoft user, cần cài đặt WSL và Ubuntu theo hướng dẫn

II Hướng dẫn cài đặt

1 Cài đặt Ubuntu sử dụng WSL

a, Trong TaskBar >> Search >> Windows PowerShell >> Run as administrator

Tại command prompt nhập: “wsl –install”

Sau đó đợi quá trình hoàn thành, restart máy tính để WSL activated

b, Tìm kiếm phiên bản Ubuntu thích hợp trong

Microsoft store app và cài đặt

Khi đó, bạn có thể mở ứng dụng từ Windows search bar

Sau khi Ubuntu hoàn thành những setup ban đầu, bạn

cần tạo username and password ( tạo tài khoản khác với

Windows user credentials)

Cuối cùng, install the latest updates bằng commands dưới đây ( nhập password nếu cần):

“sudo apt update” >> “ sudo apt upgrade” >> Nhấn “Y” để tiếp tục

Bạn có thể install bpython, một trình biên dịch python giúp bạn sử dụng một số

Để chạy chương trình nhấn : “bpython”

2 Cài đặt Ubuntu sử dụng Virtual Box

a, Hãy truy cập trang virtualbox.org và tải xuống trình cài đặt Double click vào file vừa tải về để bắt đầu quá trình cài đặt Nhấn “Next” đến khi hoàn thành cài đặt

b, Truy cập ubuntu.com/download/desktop, tải file Disc của Ubuntu 22.04

c, Khởi chạy Virtual Box, nhấp vào “New” để tạo một máy ảo mới.

d, Trong cửa sổ đầu tiên, đặt tên máy ảo tại “Name”, chọn đường dẫn đến file ISO vừa

tải tại “ISO Image” >> Next

e, Định cấu hình bộ nhớ RAM và Processors mà máy ảo sẽ sử dụng Tốt nhất là thiết lập cấu hình trong vùng màu xanh >> Next

f, Định cấu hình kích thước của đĩa (phần cứng) Đặt kích thước >> Next

g, Tiếp theo, chúng ta sẽ thấy một bản tóm tắt về những gì chúng ta sẽ tạo >> Finish.

Về cơ bản việc cài đặt Ubuntu đã hoàn tất, trong Menu Virtual Box, chọn Ubuntu(tên máy ảo vừa tạo) >> Start để khởi động hệ điều hành

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PDK

I Tổng quan về phần mềm

Open PDKs (Process Design Kits) là các bộ công cụ mô tả quy trình sản xuất bán dẫn được sử dụng để phát triển và kiểm tra mạch tích hợp trên cùng một quy trình sản xuất bán dẫn Pdks sky130A được cung cấp dưới dạng mã nguồn mở, sử dụng cho quy trình sản xuất bán dẫn 130 nm (sky130A)

II Hướng dẫn cài đặt

1 Quy trình để cài đặt Tools và PDK cho Analog design flow

a Yêu cầu phần cứng

- Sử dụng phần mềm Linux (tốt nhất là ubuntu 22.04.1)

- Windows users có thể install WSL2 với phiên bản Ubuntu 22.04 default

b Chạy các commands sau trong Terminal của Linux:

+ Cài đặt packages & Gaw cần thiết:

$ sudo apt-get install xterm gedit libgtk-3-dev

Nếu có lỗi: “package ‘xterm’ has no installation candicate”

Hãy thử: $ sudo apt-get update; and install xterm again

$ wget http://download.tuxfamily.org/gaw/download/gaw3-20220315.tar.gz

$ tar xvf gaw3-20220315.tar.gz

$ cd gaw3-20220315/

$ /configure

9

Nếu có lỗi “no acceptable C compiler found in $PATH”

Hãy thử: $sudo apt-get install build-essential; and configure again

$ make -j5

$ sudo make install

Cuối cùng, đặt gedit làm default editor:

$ xdg-mime default org.gnomne.gedit.desktop text/plain

Nếu có lỗi: “xdg-mime not found”,

Hãy thử: “$ sudo apt install xdg-utils” and default gedit again

+ Tải conda package:

$ wget https://github.com/proppy/conda-eda/releases/download/v0.0-1442-g552a51d/mixed-signal-0-Linux-x86_64.sh

+Cài đặt conda-eda environment cho eda/uniccass:

$ cd

$HOME

$ bash mixed-signal-0-Linux-x86_64.sh -b -p eda/uniccass

+ Activate the conda env:

$ source eda/uniccass/bin/activate

+ Tạo project directory:

$ export PDK=sky130A

+ Mở file project directory:

$ cd eda/project

$ cp -a $PDK_ROOT/$PDK/libs.tech/xschem/xschemrc

$ xschem &

+ Lưu ý:

- Trước khi mở “xschem” với câu lệnh “$ xschem &” bạn cần source xschem bằng “$ source eda/uniccass/bin/activate”

- Nếu bạn không muốn source mỗi lần mở xschem, hãy mở file “.bashrc” và viết source trong đó

11

- Khi “$ xschem &” , cửa sổ dưới đây sẽ hiện ra:

PHẦN 2: THIẾT KẾ LDO BẰNG PDK

I Mô hình LDO

Mạch LDO (Low Dropout Regulator) là một dạng của bộ ổn áp được thiết kế để cung cấp một áp lượng đầu ra ổn định ngay cả khi áp lượng đầu vào thay đổi Điểm đặc biệt của mạch LDO so với các loại bộ ổn áp khác là khả năng giảm áp lượng đầu vào (độ chênh lệch giữa áp đầu ra và áp đầu vào) một cách rất nhỏ hoặc "dropout" thấp Một mạch LDO đơn giản bao gồm một bộ điều chỉnh áp (Voltage Reference), một bộ khuếch đại sai số (Error Amplifier), transistor điều khiển (Pass Transistor) và mạch phản hồi (Feedback Network) Trong bài viết này, chúng ta sẽ thiết kế mạch LDO dựa theo mô hình của Chaithra T S Ashwini trong bài viết “Design Of A Low

Voltage,Low Drop-Out (Ldo) Voltage Cmos Regulator”

13

Figure 1:Design Of A Low Voltage,Low Drop-Out

II Hướng dẫn thiết kế

1 Các thông số kĩ thuật

Trong bài báo này, tác giả thực hiện một quy trình thiết kế mạch LDO sử dụng quy trình CMOS 0,25μm Bộ ổn áp điện áp tuyến tính CMOS sử dụng điện thế từ 3 đến 5V, dòng 50mA với một tụ 1pF Dòng tải tối đa là 50mA và điện áp đầu ra ổn định là 2,8V Các thông

số quan trọng được thể hiện ở hình dưới

a, Mạch Error Amplifier

Mạch two stage op amp sử dụng 8 FET với thông số W

L như trong hình.

b, Power transistor stage

Figure 2: Two stage op amp

MPT sử dụng power transistor có L = 2.5 μm và W = 0.625μm.

2 LDO Schematic trong PDK

a, Cách sử dụng PDK cơ bản

- Kéo màn hình nhấn chuột giữa, cuộn chuột để thu phóng màn hình

- Ấn phím “Insert” hoặc “Shift+ Insert” để mở cửa sổ Insert symbol >> xschem_library/devices >> chọn biểu tượng mong muốn

- Nhấn “c” để copy, lật biểu tượng nhấn “Shift+f”

- “w” để thêm dây dẫn, Spacebar để đổi hướng dây

- Thay đổi thông số biểu tượng click đúp chuột trái hoặc “click >> Q”

- Nhấn “m” để di chuyển biểu tượng đang được chọn

- Thêm title chọn title.sym

- Thêm Net label vào xschem_library/devices >> lab_pin.sym

- Generate symbol: vào symbol >> make symbol from schematic

b, Tạo symbol của LDO

Nhấp dấu “+” ở góc trái màn hình để tạo dự án mới Nhấn “Insert” >> xschem_library

>>devices >> ipin.sym để thêm đầu vào Chọn biểu tượng và nhấn Q để đổi tên biểu tượng Làm tương tự với đầu ra <opin.sym>

Nhấn “Insert” >> sky130A/libs.tech/xschem >> sky130_fd_pr >> chọn biểu tượng của pfet và nfet phù hợp đặt theo vị trí như trong Figure 2 Sử dụng phím “m” để di chuyển symbol, “Shift+f: để lật symbol, “c” để copy symbol

15

Để thay đổi thông số của FET, chọn symbol rồi nhấn Q Thay đổi tên, L,W của symbols như trong Figure 2

>>

Tương tự, ta nhấn “Insert” >> xschem_library >> devices chọn các symbol nguồn thế, điện trở, tụ điện phù hợp và thay đổi thông số cần thiết Nhấn “w” kết hợp SpaceBar để nối dây cho mạch như trong Figure 2 và 3

Để di chuyển symbol đến vị trí thích hợp, ấn “Ctrl” + kéo thả chuột trái để chọn vùng muốn di chuyển Nhấn “m” rồi thả chuột vào vị trí mong muốn Cách này đảm bảo cho các đường nối dây trên symbol cũng di chuyển theo symbol đến vị trí mới Muốn lưu lại schematic, vào File >> Save as >> lưu vào project >> tên file với đuôi sch

Trên đây là cách tạo schematic trên PDK Để tạo symbol của bản thiết kế từ bản schematic trên, vào Symbol >> Make symbol from schematic

Để mở file symbol vừa tạo, vào File >> Open >> eda/project >> tìm file trùng tên với schematic vừa lưu >> chọn file sym

Việc thay đổi vị trí của input, output, chỉnh sửa tên symbol tương tự các thao tác trước

đó Symbol này đóng vai trò quan trọng trong mô phỏng tính toán dữ liệu đầu ra dựa trên các

dữ liệu đầu vào (Test bench)

17