📚 课程目录第2章 LVS输入文件体系

2. LVS输入文件体系

LVS（Layout Versus Schematic）并不是一个“点一下按钮就出结果”的黑盒工具，它本质上是一次基于规则的图论比对：把版图提取出的器件与连接关系，和原理图网表描述的器件与连接关系，分别转换成同一种内部图结构，再逐节点、逐器件做匹配。要让这次比对成立，Calibre 必须同时拿到五类输入：版图数据、原理图网表、工艺规则文件、控制文件，以及一个组织这些文件的运行目录。理解它们的角色和相互关系，是排查 LVS 报错的第一课。

五类输入的分工

版图 GDS 是几何描述。它只告诉工具“某层上有一个矩形、某层上有一条路径”，并不直接说明这是 MOS 管还是电阻。Calibre 通过规则文件里的 LAYER 映射和器件识别语句，从这些几何图形中“提取”出器件与网络，形成版图侧的网表。因此 GDS 的层号、数据类型（datatype）必须与规则文件中的层定义严格对应，否则会出现“器件提取不到”或“多提取出寄生器件”的问题。

原理图网表 是电路描述。它通常由 Virtuoso、HSPICE 等工具导出为 SPICE 格式，明确给出器件类型、实例名、端口连接和参数（如 W/L、M 因子）。LVS 关心的是连接拓扑，参数比对（如 W/L 是否一致）通常由 LVS 选项或后续的寄生参数检查控制。网表里的器件模型名必须能通过规则文件中的 DEVICE 语句映射到版图提取出的器件类型，否则会出现“器件类型不匹配”。

工艺规则文件（通常以 .cal 或规则集形式存在）是 LVS 的“翻译字典”和“判定标准”。它包含：层定义与派生层、器件识别与提取语句、器件端子定义、器件属性提取、以及连接性判定规则。规则文件由工艺厂或 PDK 提供，一般不应随意修改；若确需修改，必须清楚每一处改动对提取结果的影响。

控制文件（runset）是“运行指令”。它告诉 Calibre：输入 GDS 是哪个、源网表是哪个、规则文件是哪个、输出报告写到哪里、采用哪些 LVS 选项（如 LVS REPORT、LVS SPICE、大小写敏感、电源地名称等）。控制文件通常由工程师根据项目定制，是日常调试中最常改动的部分。

运行目录是“工作台”。它决定了相对路径的解析基准、中间文件的落盘位置、日志与报告的归档方式。一个清晰的运行目录能让复现和回溯变得容易，而混乱的目录往往是“昨天能跑、今天报错”的根源。

运行目录的组织方式

一个可复现的 LVS 运行目录，通常按“输入—规则—控制—输出”分层。下面是一个可直接参考的目录结构示例：

/proj/blockA/lvs/
├── gds/
│   └── blockA.gds
├── netlist/
│   └── blockA.spi
├── rule/
│   └── lvs_rule.cal
├── runset/
│   └── lvs_runset
├── work/
│   ├── blockA.lvs.db
│   └── extracted.spi
└── report/
    ├── lvs.rep
    └── lvs.log

这样组织的好处是：runset 中所有路径都可以写成相对路径，例如 LAYOUT PATH "../gds/blockA.gds"、SOURCE PATH "../netlist/blockA.spi"、LVS REPORT "../report/lvs.rep"。当整个项目目录被复制或归档时，路径关系保持不变，不会因为绝对路径失效而报“文件找不到”。

建议把 work/ 和 report/ 视为可再生成的中间产物，不要手工编辑；真正需要版本管理的是 gds/、netlist/、rule/ 和 runset/ 四类输入。

控制文件中的关键设置

控制文件是连接五类输入的“胶水”。一个典型的 runset 片段如下（示例参数，实际以项目为准）：

// lvs_runset 示例
LAYOUT PATH "../gds/blockA.gds"
LAYOUT PRIMARY "blockA"
LAYOUT SYSTEM GDSII

SOURCE PATH "../netlist/blockA.spi"
SOURCE PRIMARY "blockA"
SOURCE SYSTEM SPICE

LVS REPORT "../report/lvs.rep"
LVS REPORT OPTION S
LVS POWER NAME "VDD" "VSS"
LVS GROUND NAME "VSS"
LVS CASE YES

其中 LAYOUT PRIMARY 与 SOURCE PRIMARY 必须指向同一个顶层单元名，否则 Calibre 会直接报“顶层单元不匹配”。LVS POWER NAME 和 LVS GROUND NAME 用于告诉工具哪些网络是电源地，避免把电源网络当作普通信号参与比对。LVS CASE YES 表示大小写敏感，若原理图网表与版图提取结果的大小写习惯不同，需要谨慎设置。

常见输入类报错与定位

当 LVS 无法正常启动时，问题往往不在比对算法，而在输入文件本身。下面这张对照表可以帮助快速定位：

报错现象	可能原因	检查点
Cannot open layout file	GDS 路径错误或文件不存在	runset 中 LAYOUT PATH 相对路径基准
Top cell not found	LAYOUT PRIMARY 与 GDS 顶层名不一致	用版图工具查看 GDS 顶层单元名
No device extracted	层号/datatype 与规则文件不匹配	规则文件 LAYER 定义与 GDS 层映射
Device type mismatch	网表器件模型名无法映射	规则文件 DEVICE 语句与网表模型名
Power/Ground short	电源地名称未正确声明	LVS POWER NAME / GROUND NAME

不要一遇到 LVS 报错就修改规则文件。规则文件来自 PDK，改动可能影响所有项目的提取一致性。优先检查 runset 路径、顶层名、电源地声明和网表导出设置，这些是最高频的输入类问题。

输入体系的一致性检查

在正式跑 LVS 之前，建议按以下顺序做一次输入一致性检查：

层映射检查：确认 GDS 中使用的层号、datatype 在规则文件中有对应定义，且派生层（如 COMP = DIFF AND POLY）逻辑正确。
顶层名检查：GDS 顶层单元名、网表顶层子电路名、runset 中两个 PRIMARY 必须完全一致（含大小写）。
器件映射检查：网表中的器件模型名（如 nch_mac、pch_mac）能在规则文件的 DEVICE 语句中找到对应提取规则。
电源地检查：确认 VDD、VSS 等全局网络已在 runset 中声明，且网表中这些网络名与版图提取结果一致。
路径检查：所有相对路径以 runset 所在目录为基准，确认 ../gds/、../netlist/ 等目录真实存在。