集成电路CAD 第一章 概述
第1单元集成电路基础ppt课件
产品
钢筋 小轿车 彩电 计算机 集成电路
单位质量对国民生产值（GNP： Gross National Product）的贡献
1 5 30 1000 2000
1. 集成电路概述
1965年，Intel联 合创始人戈登·摩尔提 出了他著名的理论： 半导体芯片上可集成 的元器件的数目每12 个月便会增加一倍。
品测试，由封装测试公司（Assemble & Test）完成。
IC芯片
引线框架冲制 局部镀金 粘接芯片 导线丝焊接
模塑料
制柸
高频预热
模具塑封
成品
打弯成型 去溢料
引线切筋
镀锡
2. 集成电路产业链
常见封装形式
2. 集成电路产业链
➢ 集成电路测试业
集成电路产业链中测试与产品的设计、芯片制造和封装 的关系如下所示
2. 集成电路产业链
➢ 集成电路芯片制造业 现代集成电路芯片制造业（Foundry）以订单加工为主业
，只负责利用企业现有成熟工艺进行芯片制造。
晶圆尺寸（mm）
Φ38→Φ50→Φ75→Φ100→Φ125→Φ150→Φ200→Φ300→Φ450→…
加工特征尺寸
μm：8.0→6.0→5.0→4.0→3.0→2.0→1.5→1.0→0.8→0.6→0.35→0.25 →0.18→0.13→
1956年，威廉·肖克莱（William Shockley）、约翰·巴丁 （John Bardean）、沃特·布拉顿（Walter Brattain）共同获得 诺贝尔物理学奖。
1. 集成电路概述
1952年5月，英国皇家研究所的达默（G. W. A. Dummer ）第一次提出“集成电路”的设想。
1958年9月，美国德州仪器（TI）公司的杰克·基尔比（ Jack Kilby）发明集成电路，1959年2月申请专利并于1964年 获得授权，2000年12月获得诺贝尔物理学奖。
第一章 电路CAD概论
IC CAD概论----第3 页
1.2 集成电路CAD的发展
目前，ICCAD系统已进入第三代
比较流行的主要包括Cadence、Mentor Graphics、View logic、 Synop sys、Compass及我国自行开发的Panda系统等 涵盖了集成电路设计的全过程，从寄存器传输级行为描述输入到版 图生成，主要特点是推出了包括VHDL、Verilog等硬件描述语言的 系统级设计工具和逻辑综合工具，系统的设计能力可达每个芯片几 十万到上百万门。
IC CAD概论----第9 页
1.3 集成电路CAD的系统组成
2、综合工具 综合工具可以把HDL转变成门级网表。在这方面Synopsys公司具有 较大的优势，它的DC Expert是事实上的工业标准。 另外还有cadence公司的Builder Gates、 Magma公司的Blast RTL、 Synpli city公司的Synplify PRO等。 3、布局和布线 3 较有名的是Cadence PKS和SE-PKS。Cadence PKS是将综合、时 序分析、布局和全局布线等功能集成到一起的综合工具； Synopsys公司的Physical Compiler是针对纳米级电路设计所面临的 时序收敛问题而开发的物理综合工具，将综合与布局算法有效地结 合在一起，实现从RTL到版图的自动化设计； Magma公司的Blast Fusion是一个针对深亚微米的从门级网表到芯 片的物理设计系统。
第一章 电路CAD概论 1.1 集成电路 集成电路CAD的概念 的概念 1.2 集成电路 集成电路CAD的发展 的发展 1.3 集成电路 集成电路CAD的系统组成 的系统组成 1.4 集成电路 集成电路CAD设计方法概述 设计方法概述 1.5 集成电路CAD软件简介 集成电路 软件简介 1.6 电子线路 电子线路CAD的概念 的概念
《集成电路CAD》大纲郭
《集成电路CAD》教学大纲Integrated Circuit CAD课程编号：0713315课程性质：专业限选课适用专业：微电子学先修课程：集成电路设计原理后续课程：综合设计，毕业设计总学分：3.0学分其中实验学分: 1.0教学目的与要求:本课程是微电子学专业的一门专业选修课，集成电路计算机辅助设计包括逻辑设计、电路设计、器件设计、版图设计以及工艺设计等阶段的CAD，本课程介绍集成电路CAD的各个阶段的CAD的基本原理，以及若干CAD软件包的使用方法。
通过本课程的学习，使学生了解并掌握集成电路CAD技术的基本原理和内容，并要求同学能通过上机实践，熟悉主要设计环节中的一些CAD软件的使用方法。
教学内容与学时安排序号1234章目名称第一章概述第二章电路基础第三章Spectre电路模拟第四章版图设计学时分配24410序号567章目名称第五章版图验证第六章自动布局布线第七章UNIX知识及基本操作学时分配642第一章概述（2学时）第一节集成电路的发展史第二节集成电路的发展趋势第三节集成电路的设计方法第四节集成电路的辅助设计工具基本要求：了解集成电路的发展趋势和设计工具第二章CMOS电路基础（4学时）第一节理想开关与布尔运算第二节MOSFET开关第三节基本的CMOS逻辑门第四节CMOS复合逻辑门第五节传输门（TG）电路重点：基本的CMOS逻辑门；CMOS复合逻辑门。
难点：CMOS复合逻辑门。
基本要求：掌握基本的CMOS逻辑门的电路特征第三章电路模拟（4学时）第一节电路模拟引入第二节电路模拟分析重点：模拟测试电路的搭建；模拟类型分析。
难点：模拟类型分析。
基本要求：掌握电路模拟的分析方法第四章版图设计（10学时）第一节基本概念第二节基本工艺层版图第三节CMOS版图入门第四节FET版图尺寸的确定第五节CMOS版图设计方法第六节版图设计规则第六节其他类型版图简介第九节版图的识别重点：基本工艺层版图；CMOS版图设计方法；版图设计规则。
超大规模集成电路CAD 第一章 VLSI设计的概述教材
差））
1952 年，英国皇家雷达研究所的达默第一次提出“集成电 路”的设想； 1958年美国德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出世 界上第一块集成电路了双极性晶体管（由12个器件组成的 相移振荡和触发器集成电路），并于1959年公布—这就是 世界上最早的集成电路，是现代集成电路的雏形或先驱 ； （基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖） 1960年成功制造出MOS管集成电路； 1965年戈登· 摩尔发表预测未来集成电路发展趋势的文章， 就是“摩尔定律”的前身； 1968年Intel公司诞生。
2019/4/12 4
第1章 VLSI概述
集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的 发明：
50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺； 56年美国人富勒发明的扩散工艺； 60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺； 60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管； 70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺，使晶体管从点接触 结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。 因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。
图1 – 1 “点接晶体管放大器” 2019/4/12 3
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
第1章 VLSI概述
1948年，威廉· 肖克莱（William Shockley)—“晶体管之 父” ，提出结型晶体管的想法； 1951年，威廉· 肖克莱领导的研究小组成功研制出第一个可 靠的单晶锗NPN结型晶体管；（温度特性差、提纯度差、表面防护能力差(稳定性
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
第一章(上篇)电子电路CAD概述
科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术
计算机平台
CAD 系统的硬件构成
大容量存储设备
图形输出设备
图形输入设备
通信与网络设备
EDA 技术
什么是电子设计自动化？（Electronic Design Automation ,简称EDA)
是在电子CAD技术基础上发
Protel DXP 的发展过程
• Altium（前称Protel International Limited）奥腾 有限公司1985年成立之初是来开发基于计算机的 软件来辅助进行印制电路板（PCB）设计。
(TANGO——美国ACCEL Technologies 公司，于1988年推出。)
公司所推出的第一套dos版本pcb设计工具被 澳大利亚电子行业广泛接受。 • Altium公司于1991年发行了世界上第一套基于 windows的PCB设计系统Advanced PCB。在接下 来的数年里，Altium公司也开始建立了EDA软件 的创新开发商的地位。
频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。
还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电
阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数
码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常
用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列
集成电路、等等还支持自制元器件。同时它还能进行
码头等
水利工程设计—大坝、水渠、河海工程等 其他设计及管理—房地产开发及物业管理、施工控制及
管理、旅游景点设计及布置、智能大厦设计等
仿真模拟和动画制作
仿真模拟——机械零件的加工处理过程
chapter1-集成电路cad设计
这种运动称为电子的共有化运动。
因为各原子中相似壳层上的 电子才有相同的能量，电子只能 在相似壳层中转移。
黑龙江大学集成电路与集成系统
2、能带产生的原因
集成电路CAD设计
定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用，使能级 分裂形成能带。 定量理论（量子力学）：电子在周期场中运动，其能量不连续 形成能带。 允带：允许电子能量存在的能量范围。 禁带：不允许电子存在的能量范围。
第一章
半导体和半导体器件基础
集成电路CAD设计
半导体及其基本特性 杂质对半导体导电性能的影响 半导体的电阻率 非平衡载流子 PN结及其特性
MOS场效应晶体管
黑龙江大学集成电路与集成系统
半导体及其基本特性
集成电路CAD设计
自然界的物质可分为4种基本形态——固体、液体、气 体、等离子体。 在固体材料中，根据其导电性能的差异，又可分为金属、
半导体的导电机理
硅锗的晶体结构 目前，半导体材料大部分是共价键晶体。
共价键 由同种晶体组成的元素半 导体，其原子间无负电性差， 它们通过共用一对自旋相反而 配对的价电子结合在一起。
共价键的特点
①
②
饱和性；
方向性。
黑龙江大学集成电路与集成系统
本征激发
集成电路CAD设计
共价键上的电子激发成为准自由电子，亦即价带电子
空带：不被电子占据的允带。 满带：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。 导带：电子未占满的允带（有部分电子。） 价带：被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。
黑龙江大学集成电路与集成系统
3、能带理论与共价键理论的对应关系
集成电路CAD设计
能带理论 价带中电子 导带中电子 — —
第1章 电路CADEDA技术基础
第1章 电路CAD/EDA技术基础
仿真通过后，根据电路原理图产生的电气连接信 号网络表进行 PCB板的手动或自动布局布线 ，生成 PCB产品的版图文件，以供PCB生产厂家生产使用； 有条件的还可以进行PCB后分析，其中包括热分析、 噪声及串扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并 可将分析后的结果参数反馈回电路原理图，进行第二 次仿真。第二次仿真也称作后仿真，主要用来检验 PCB板在实际工作环境中的可行性。
第1章 电路CAD/EDA技术基础
(1) 有些软件，如PCAD及PADS，原本就是在PC机 中发展，一直秉持着易学易用、售价合理的设计理念。
第1章 电路CAD/EDA技术基础
(2) 有些软件，如Mentor及Cadence等公司的软件， 原本均只在运行UNIX系统的工作站等级的计算机上发 展，例如：Sun、IBM及HP等工作站(workstation)，借 助其强大的运算能力，得以实现复杂的功能，但售价 相对高。由于这几年PC机在运算能力上的长足进步， 已可与工作站的运算能力相抗衡(着眼于功能/价格比)， 再 加 上 运 行 了 广 泛 使 用 的 Windows 操 作 系 统 ， 这 些 EDA大公司软件供货商已于1998年开始将其产品线逐 渐移植至PC机，其中又以Cadence的转移步伐较快且稳 定、成熟，所以目前电子企业界比较倾术基础
由此可见，EDA软件是一种专门为IC/电子设计企 业提供设计和生产方案的专业辅助软件。根据不同设 计模式，EDA软件又可分为综合软件、模拟软件和验 证软件，它是电子/IC产业不可或缺的重要工具。没有 EDA技术的支持，设计工作将会非常困难，特别是想 要完成超大规模集成电路的设计制造是不可想象的。 反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术 提出新的要求。由于现代电子设计技术的核心就是 EDA技术，电子设计师可以利用EDA技术方便地实现 IC设计、电子电路设计和PCB设计等工作。
第一章集成电路EDA设计概述PPT课件
➢ 效率高——所有这一切，几乎都是借助计算机利 用EDA软件自动完成！
➢ 容易检查错误，便于修改； ➢ 设计周期短、成功率很高 ； ➢ 产品体积小。
i- 7
数字系统的两种设计方法比较
特点 采用器件 设计对象 设计方法 仿真时期 主要设计文件
传统方法 通用型器件（如74系列）
电路板 自下而上 系统硬件设计后期 电路原理图
17
i- 17
EDA技术的发展方向
（1）将沿着智能化、高性能、高层次综合方向发展
（2）支持软硬件协同设计
芯片和芯片工作所需的应用软件同时设计，同时完成。 采用协同设计，可以及早发现问题，保证一次设计成功，缩
短开发周期，这在设计大系统时尤为重要。
（3）采用描述系统的新的设计语言
这种语言统一对硬件和软件进行描述和定义，从开始设计功 能参数的提出直至最终的验证。
➢ 标准化：随着设计数据格式标准化→EDA框架标准化，即在同一 个工作站上集成各具特色的多种EDA工具，它们能够协同工作。
i- 16
EDA技术的发展现状
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几 个方面：
使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表 达和确认成为可能；
在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的功能 强大的EDA软件不断推出。
EDA软件 +
HDL +
(Verilog)
空白PLD 编程
数字系统
首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者自动 完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD芯片，可 以在一片芯片中实现整个数字系统。
6
i- 6
现代的数字系统设计方法
• 通常采用自上而下（Top Down）的设计方法 • 采用可编程逻辑器件 • 在系统硬件设计的早期进行仿真 • 主要设计文件是用硬件描述语言编写的源程序 • 降低了硬件电路设计难度
大学集成电路CAD教案
大学集成电路CAD教案大学集成电路CAD教案一、教学目标通过本课程的学习，学生应该能够掌握以下知识和能力：1. 理解集成电路设计流程和CAD工具；2. 学习电路原理和电路设计的基础知识；3. 掌握基本的EDA软件工具；4. 熟悉数字电路和模拟电路设计方法；5. 掌握电路仿真和电路调试技能；6. 大量实践项目实践；二、教学内容第一章：介绍1. 课程综述2. 电路设计流程3. CAD工具4. 学习计划第二章：电路原理和设计基础知识1. 微电子学基础知识2. 半导体器件3. 电路元器件和电路参数4. 基本电路5. 信号处理和功率放大器第三章： EDA软件工具1. 常用EDA软件工具2. 详细介绍特定软件的界面和使用方法3. 电路的概念和基础4. 在EDA工具中创建和完成设计第四章：数字电路设计1. 数字逻辑设计理论和技术2. 组合逻辑电路3. 时序逻辑电路4. 静态存储器第五章：模拟电路设计1. 模拟电路的基础2. 放大器电路3. 滤波电路4. 模拟混合电路设计第六章：电路的仿真与调试1. 仿真软件工具 ~模拟仿真和数字仿真~2. 仿真电路的搭建和参数调整3. 仿真结果分析和优化4. 调试和验证设计第七章：项目实践1. 项目流程安排2. 项目的选题和具体设计3. 必要的EDA软件4. 仿真和调试5. 结果分析和报告撰写三、教学方法1. 理论讲授与实践教学相结合；2. 重视实际项目实践；3. 激发学生的研究兴趣；4. 鼓励自学；5. 培养学生的创新意识和团队合作精神。
四、教学评估方法1. 日常考核：课堂问题解答、小作业；2. 实验报告；3. 课堂设计和项目演示；4. 其他。
五、参考教材1. 微电子电路设计和分析， D.A. Neamen2. 集成电路设计， T. A. Fjeldly和O. H. Saevdal3. 数字电路设计， M. Wakerly4. 电子电路仿真与分析， R. Jacob Baker5. CMOS数字IC设计， J. Rabaey、A. Chandrakasan和B. Nikolic总结大学集成电路CAD教案主要是通过教学目标确定课程的重点和难点，由于IEEE标准的到来，EDA的软件目前已经成为了半导体产业前沿技术的代表。
集成电路CAD复习提纲(ending)
I DS
KP
W
2 L0 2LD
V
GS
V T H 1 λV DS
2
25.模型参数提取技术 电路模拟的精确度不仅与器件模型本身有关，还与给定的器件模型参数值是否正确密切有关。所以准确地获取模型 参数是电路分析的重要工作。 26.模型参数提取方法 （1）用仪器直接测量 （网络分析仪测试 S 参数，晶体管特性图示仪 I-V 特性） （2）从工艺参数获得模型参数（根据工艺条件、样品测试图及设计参数 ） （3）模型参数的计算机优化提取（测量较少的器件电特性，采用最优化的曲线拟合）
第的时间内，用最低的成本，获得最佳的设计指标，且所用的芯片面积/功耗最小. 8.设计方法的种类 ·全定制设计方法 ·半定制设计方法 ·定制设计方法 ·可编程逻辑器件（PLD）设计方法 ·逻辑单元阵列设计方法 (FPGA) 【这两种自己制作】 9.全定制设计方法 适用范围：要求获得最高速度、最低功耗和最小芯片面积的设计 设计方法：利用人机交互式图形编辑系统，由版图设计人员进行版图中各个器件的设计和器件之间的互连设计。 特点：对每个晶体管进行电路参数和版图优化，以获得最佳的性能（包括速度和功耗）以及最小的芯片面积。 10.半定制设计方法 适用范围：要求成本低、周期短、生产批量比较小的芯片设计 设计方法：对门阵列芯片作“单独处理” ，即根据网络的要求，考虑如何进行门的布局和门之间的连线，也就是对用 于接触孔和连线的掩膜版（一般为 2~4 层掩膜）进行单独的设计和制作；然后再次进行工艺加工完成芯片的未完工 序。
电子科技大学中山学院—2— 厚德 博学 求是 创新
《超大规模集成电路设计方法学导论》 授课/张华斌 提纲/王嘉达
教材/杨之廉 申明 授课/张华斌 考核方式/日常作业 3 次 10% | 实验上机 5 次 30% 提纲/王嘉达 | 期末笔试 60%
集成电路设计的CAD系统的讲解(ppt 103页)
Architecture behavioral of half _adder is
component XOR
元件的外观说明（表示符号，与实体不同）
port(
I1: in std_logic
I2: in std_logic
O1: out std_logic );
end component;
component AND2
end behavioral;
Architecture behavioral of half _adder is
构
begin SUM <=A+B; CO <= A and B;
end behavioral;
行为描述：描述外部行
数据流描述，未涉及具体结
Architecture behavioral of half _adder is
高级综合
设计的算法级描述转换为RTL级描述 核心：分配（ALLOCATION）和调度
u2: half_adder PORT MAP (c_in,b,sum,c);
u3: or_gate PORT MAP (c, a, c_out);
End structural_view;
Configuration parts of full_adder IS For structural_view For u1,u2 : half_adder
第六章
集成电路设计的CAD系统
ICCAD系统概述
ICCAD系统的发展
第一代：60年代末：版图编辑和检查 第二代：80年代初：原理图输入、逻辑模拟向下 第三代：从RTL级输入向下，包括行为仿真、行
为综合、逻辑综合等
流 行 的 CAD 系 统 ： Cadence, Mentor Graphics, Viewlogic, Compass，Panda等
第 一章 电子电路CAD 绪论部分
第一章 绪 论
焊接专业—电路图绘制
2、 OrCAD9.1的安装
运行安装光盘中OrCAD9.1子目录下的 Setup.exe文件，根据提示信息进行相应的 操作。看演示。。。。
第一章 绪 论
焊接专业—电路图绘制
五.我们的学习内容
以ORCAD9.2为学习对象 学习内容： 第一篇 Capture CIS电路图设计基础 学习目的及要求： 了解电子CAD的发展及应用特点
第一章
绪
论
一、电子电路设计方法及其发展： 1.人工设计 方案的提出、验证和修改都是人工完成 的。其中设计方案的验证采用搭接实验电路 的方式进行。 这种传统的设计法方，成本高、效率低。
第一章 绪 论
焊接专业—电路图绘制Fra bibliotek• 2.计算机辅助设计CAD • 就是在电子电路设计过程中，借助于计算 机来迅速准确地完成设计任务的设计模式， 称为“计算机辅助设计” （Computer Aided Design，简称 CAD）
OrCAD/Layout Plus （PCB设计软件）
第一章 绪 论
说明：OrCAD各部分的功能特点
焊接专业—电路图绘制
OrCAD/Capture CIS:
电路原理图设计软件，除可生成各类模拟电路、 数字电路和数/模混合电路的电路原理图外，还配备 有 元 器 件 信 息 系 统 CIS （ Component Information System）
绘文件。
OrCAD/Express Plus：
这是CPLD/FPGA器件的设计软件。
第一章 绪 论
四、ORCAD的安装
焊接专业—电路图绘制
• 1. 运行环境要求： 软件环境：要求运行在Windows98/2000或者更
集成电路CAD 第一章 概述
集成电路CAD 东南大学李冰参考资料• 1.电子电路的计算机辅助分析与设计发展汪蕙，王志华等清华大学出版社。
• 2.电子系统及专用集成电路CAD技术李玉山等西安电子科技大学出版社。
• 3.模拟电路的计算机分析与设计PSPICE程序应用高文焕，汪蕙等清华大学出版社。
• 4.VHDL简明教程乔长阁等译清华大学出版社。
• 5.Tanner Pro集成电路设计与布局实战指导廖裕评、陆瑞强编著，科学出版社第一章概述•* 集成电路的发展•* 电子设计自动化的发展•* 各种设计工具的发展•* 设计方法的发展•本课程主要内容：电路分析，逻辑模拟，版图设计，工艺模拟。
•集成电路是半导体微电子学的一分子，微电子学从属固体电子学。
•20世纪初，人们就知道半导体这种物质（矿石检波器）•1930，氧化铜整流器（晶体二极管）•1948，点接触三极管•1949，建立P-N结理论•1951，合金结制出了结型三极管•1958，第一块IC发明•1965，DTL•40多年来，IC经历了小规模集成SSI 几个•中规模集成MSI 几十个•大规模集成LSI 几百个～二千多个•超大规模集成VLSI 千～万•特大规模集成ULSI 百万个(108)§1.集成电路的发展•1、发展动力•2、发展方向•3、本世纪初微电子技术的展望1、发展动力•世界的信息化加速了微电子技术的发展•随着信息的多媒体、网络化、个体化，计算机、通信和消费电子融为一体，人们要求更快的存贮处理速度、通信传输，更大量的存贮数据。
（运算、存贮、通信速度）“3G”→“3T”•信息产业值占国民经济总值的40%~60%•如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡献为1来计算，则小轿车为5，彩电为30，计算机为1000，而集成电路则高达20002、发展方向•亚0.1微米（纳米）技术：低功耗、高速度、高集成度•系统的芯片集成（SOC）•IC－>IS3、本世纪初微电子技术的展望•纳米电子学的单元子存贮技术•MEMS也被认为是21世纪的革命性技术•第二代半导体材料是化合物半导体（SiC,GaAs）•第三代半导体材料（宽禁带）GeSi异质结器件，高频率、大功率•半导体的封装和组装技术的发展使（MCM）多芯片模块有很大发展•生物工程、基因工程的发展不可能代替微电子学的发展§2.电子设计自动化•顺应集成电路发展的要求，集成电路CAD，确切的说是整个电子设计自动化必须要有大的发展。
《集成电路设计导论》课件
IC设计的测试和验证
探讨IC设计的测试和验证技术， 以确保设计的正确性和可靠性。
总结与展望
集成电路设计的现状与未来趋势
总结集成电路设计的现状并展望未来的发展趋 势，如人工智能芯片和物联网应用。
集成电路设计中的挑战与机遇
探讨集成电路设计中面临的挑战和机遇，如功 耗优化和设计验证等。
《集成电路设计导论》 PPT课件
这是一套《集成电路设计导论》的PPT课件，针对集成电路的概念、分类和历 史发展等主题进行介绍，通过丰富的内容和精美的图片，让学习更加生动有 趣。
第一章：集成电路概述
集成电路的定义
介绍集成电路的基本概念和定义，以及其在电子领域中的重要作用。
集成电路的分类
分析不同类型的集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和混合集成电路。
探讨集成电路设计中常用的仿真 技术，如时序仿真、噪声仿真和 功耗仿真等。
CMOS工艺的基本原理和特点，以及其在集成电路设计中的应用。
2
CMOS电路设计基础
讨论CMOS电路设计的基本原则和技巧，包括逻辑门设计和布局。
3
CMOS电路的布局与布线
解释CMOS电路布局与布线的重要性，以及如何进行最佳布局和布线。
第五章：模拟电路设计
模拟电路设计基础
介绍模拟电路设计的基本原理和 技术，包括信号放大、滤波和稳 压等。
模拟电路的建模与仿真
讨论模拟电路的建模方法和仿真 技术，以验证电路设计的准确性 和性能。
模拟电路的测试和调试
探讨模拟电路的测试和调试方法， 以保证电路的可靠性和稳定性。
第六章：数字电路设计
1
数字电路的逻辑设计
第四章：数模转换电路设计
数模转换电路的种类
集成电路CAD第一章概述资料
集成电路CAD第一章概述资料1.集成电路（Integrated Circuit，IC）是现代电子技术的重要组成部分。
在电子产品中，IC扮演着控制、存储和处理信号的关键角色。
而集成电路的设计和制造需要借助计算机辅助设计（Computerded Design，CAD）技术。
本章将介绍集成电路CAD的概念、发展历程以及其在电子设计领域的应用。
2. 集成电路CAD的定义集成电路CAD是指通过计算机辅助设计工具和方法，对集成电路进行设计、验证、优化和制造的过程。
它是利用计算机技术来提高集成电路设计与制造效率的一种方法。
集成电路CAD主要包括：•电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）工具：用于辅助设计和验证集成电路的软件工具，包括原理图设计工具、布局设计工具、电路模拟工具、时序分析工具等。
•集成电路制造自动化（Integrated Circuit Manufacturing Automation，ICMA）工具：用于辅助集成电路制造的软件工具，包括掩膜制作工具、曝光工艺模拟工具、电子束曝光工具、湿法刻蚀工艺模拟工具等。
3. 集成电路CAD的发展历程集成电路CAD起源于20世纪60年代，当时主要使用通过硬线连接的离散器件来设计电路。
随着集成电路技术的发展，人们意识到需要更高效、更可靠的设计方法来实现复杂的电路功能。
，集成电路CAD技术应运而生。
•早期阶段（1960年代1970年代）：集成电路CAD 主要用于辅助原理图设计和电路模拟。
主要工具是计算器和电路仿真软件。
•发展阶段（1980年代1990年代）：随着计算机性能的提升和EDA工具的发展，集成电路CAD技术逐渐成熟并广泛应用。
电路布局、布线和时序分析等功能逐步引入。
•现代阶段（2000年至今）：随着集成度和复杂度的增加，集成电路CAD技术也在不断进化。
高级EDA工具和集成电路制造自动化工具成为主流，实现更高效、更精确的电路设计与制造。
电子线路CAD第1部分：概述
第一部分 概述
如何学好Protel软件？ Protel软件 1.1 如何学好Protel软件？ 1.2 电子线路CAD 电子线路CAD 1.3 Protel 99SE简介 99SE简介 99SE初识 1.4 Protel 99SE初识
如何学好Protel软件？ Protel软件 1.1 如何学好Protel软件？
如何学好Protel软件？ Protel软件 1.1 如何学好Protel软件？
• 3）养成良好的使用软件的习惯。 养成良好的使用软件的习惯。 • 对于应用开发类软件的常见问题是： 对于应用开发类软件的常见问题是： • 不注意保存。 不注意保存。 • 用的时候只管开，却不管关。 用的时候只管开，却不管关。 • 对于生成文件不注意管理，形成系统垃圾。 对于生成文件不注意管理，形成系统垃圾。 如何学好Protel软件？
• 学习中注意的几个问题： 学习中注意的几个问题： • 1）动手的时候胆子大一点，心眼细一点。 动手的时候胆子大一点，心眼细一点。 • 不要怕弄坏机器，从软件上一般是不会破坏硬 不要怕弄坏机器， 件的，高层的应用软件更是如此。 件的，高层的应用软件更是如此。所以胆子大一 点，多试，多重复操作，这样才能熟练。 多试，多重复操作，这样才能熟练。 • 误操作不会弄坏机器，但是有可能弄坏系统， 误操作不会弄坏机器，但是有可能弄坏系统， 所以大家在使用的时候要细心一点， 所以大家在使用的时候要细心一点，在没有把握 的地方，注意保留改动前的原始状态资料， 的地方，注意保留改动前的原始状态资料，以恢 复系统。 复系统。 • 有时候这样来回改个几次，印象反而会更深。 有时候这样来回改个几次，印象反而会更深。
99SE简介 1.3 Protel 99SE简介
(完整版)1-1集成电路版图设计概述
二、按集成度分类
集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
类别
数字集成电路
模拟集成电路
MOS IC
双极IC
SSI
<102
<100
<30
MSI
102103
100500
30100
LSI
103105
5002000
100300
VLSI
105107
>2000
>300
ULSI
107109
GSI
❖ 专用集成电路 根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的集成 电路简称ASIC，其特点是集成度较高功能较多，功耗较 小，封装形式多样。玩具狗芯片； 通信卫星芯片；计算 机工作站CPU中存储器与微处理器间的接口芯片
第一章 集成电路设计概述
1.3 无生产线集成电路设计技术 Fabless IC Design Technique
IDM与Fabless集成电路实现
• 集成电路发展的前三十年中，设计、制造和封装都 是集中在半导体生产厂家内进行的，称之为一体化 制造 (IDM，Integrated Device Manufacture)的集 成电路实现模式。
• 近十年以来，电路设计、工艺制造和封装开始分立 运行，这为发展无生产线（Fabless）集成电路设计 提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条 件。
第一章 集成电路设计概述
1.1 集成电路（IC）的发展
芯片，现代社会的基石
内存条
PDA：掌上电脑
手机
数码相机
主板
计算机
集成电路
Integrated Circuit ，缩写IC IC是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管 、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源 器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半 导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳 内，执行特定电路或系统功能的一种器件。
【骨灰版】集成电路CAD
杨之廉申明/编著张华斌/主讲第一章：设计过程的概述一：集成电路设计方法和工具的变革1.集成电路技术经历了小规模（SSI）中规模（MSI）大规模（LSI）超大规模（VLSI）阶段，目前进入特大规模（ULSI）阶段2.第一代EDA称为计算机辅助设计CAD系统，第二代EDA系统常称为计算机辅助工程系统，第三代EDA中，引入了行为硬件描述语言HDL，一般采用两种语言即VHDL语言和VerilogHDL语言；此外引入行为综合和逻辑综合工具二：设计系统的结构和框架统一的数据库操作的协同性结构的开放性系统的可移植性三:“自顶向下”与“由底向上”设计步骤芯片设计通常分为正向设计与逆向设计两大类。
正向设计通常用来实现一个新的设计，而逆向设计是在剖析别人设计的基础上进行某种修改或改进步骤方法自顶向下由底向上正向设计行为设计结构设计逻辑设计电路设计版图设计系统划分，分解单元设计功能块设计子系统设计系统总成逆向设计版图解析电路图提取功能分析结构修改逻辑设计电路设计版图设计版图解析电路图提取功能分析单元设计功能块设计子系统设计系统设计四、几个知识点1.深亚微米电路设计对设计流程的影响在微米级电路设计时，习惯上吧设计分成前后两个阶段：（1）前一阶段系统成逻辑设计，这是进行系统和功能设计以及结构和电路设计；（2）后一阶段称为版图设计，注意进行布局，布线以及物理验证和掩膜生成。
2.定制法它适用于芯片性能指标比较高而生产批量又比较大的芯片设计，通常分为两大类：、（1）标准单元法电路中各单元高度相等，宽度有所差别（2）通用单元法又分为积木块法和混合法两种，在设计中各单元高度和宽度各不相等以上两类方法中，所有单元事先经过精心设计并存在单元中，在设计是根据电路要求从库中调出所需单元及压焊块，进行自动布局和布线，最后得到被设计电路的掩膜版图，因而又统称为库单元法。
定制法的特点是设计上自由度比较大，芯片没有无用的单元或晶体管，芯片面积较小，但建立一个物理单元库需很大的初始投资，制造周期长，成本高第二章：各种设计方法1.全定制版图设计的特点是针对美国晶体管进行电路参数和版图优化。
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功能
Tanner Pro的设计流程
首先用 S-Edit 编辑要设计电路的电路图，再将 该电路图输出成 SPICE文件。接着利用T-Spice将 电路图模拟并输出成 SPICE 文件，如果模拟结果 有错误，再回 S-Edit 检查电路图，如果 T-Spice 模 拟结果无误，则以 L-Edit 进行布局图设计。用 LEdit 进行布局图设计后要以 DRC功能做设计规则 检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直 到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转 化成SPICE文件，再利用T-Spice模拟，若有错误， 再回到 L-Edit 修改布局图。最后利用 LVS 将电路 图输出的 SPICE 文件与布局图转化的 SPICE 文件 进行对比，若对比结果不相等，则回去修正 LEdit或S-Edit的图。直到验证无误后，将L-Edit设 计好的布局图输出成 GDSII 文件类型，再交由工 厂去制作半导体过程中需要的的光罩。
代表产品
• • • • • • • 1、全线产品 PC：Tanner pro；Workstation：Cadence 2、专用产品 Analog：Spice(H-spice、P-spice) Digital&Logic：Modelsim Process：Suprem Device&Electrical：Medici
三、Tanner pro CAD工具包
• 集成电路版图编辑器 L-Edit(Layout-Editor) 在 国内已具有很高的知名度。 Tanner EDA Tools 也是在L-Edit的基础上建立起来的。 • 整个设计工具总体上可以归纳为电路设计级和 版图设计级两大部分。 • 即以S-Edit为核心的集成电路设计、模拟、验 证模块和以L-Edit为核心的集成电路版图编辑 与自动布图布线模块。
• 电路级规范：EDIF • 版图级规范：CIF • 规范实现了继承和共享
EDIF
（Electronic Design Interchanged Format） • 现在的CAD工具在电路设计完成以后，可以生 成EDIF网表。 • EDIF在电路图绘制，电路的行为及结构文本描 述、逻辑描述、PCB设计、ASIC版图设计和其 它分析综合工具之间建立起一个公共的标准， 即一个共同确认的桥梁和媒介，而且这个桥梁 是双向的。 • EDIF以ASCⅡ字符为基础，是一种公开的非专 有的互换格式，可向上兼容，不同设计系统的 设计数据可以通过EDIF格式互相转换。
• 版图设计级包括集成电路版图编辑器L-Edit和 用于版图检查的网表比较器LVS等模块。 • L-Edit本身又嵌入设计规则检查DRC、提供用 户二次开发用的编辑界面UPI、标准版图单元 库及自动布图布线 SPR、器件剖面观察器 Cross Section Viewer)版图的SPICE网表和版 图参数提取器Extract(LPE)等。 • 网表比较器LVS则用于把由L-Edit生成的版图 反向提取的SPC网表和由S-Edit设计的逻辑电 路图输出的SPC网表进行比较实现版图检查、 对照分析。
2、发展方向
• 亚0.1微米（纳米）技术：低功耗、高速 度、高集成度 • 系统的芯片集成（SOC） • IC－>IS
3、本世纪初微电子技术的展望
• • • • 纳米电子学的单元子存贮技术 MEMS也被认为是21世纪的革命性技术 第二代半导体材料是化合物半导体（SiC,GaAs） 第三代半导体材料（宽禁带）GeSi异质结器件， 高频率、大功率 • 半导体的封装和组装技术的发展使（ MCM ）多 芯片模块有很大发展 • 生物工程、基因工程的发展不可能代替微电子 学的发展
ASIC的设计流程图－1
ASIC的设计流程图－2
ASIC的设计流程图－3
§3.VLSI CAD的软件内容
• 各阶段均有不同的CAD软件。 • 逻辑设计阶段：逻辑综合、逻辑模拟、 逻辑图的自动输入； • 电路设计阶段：电路分析、时域分析； • 版图设计阶段：逻辑划分、自动布局布 线； • 工艺设计阶段：工艺模拟、器件分析。
• Tanner Pro是一套集成电路设计软件，包 括 S － Edit ， T － Spice ， W-Edit,L-Edit 与 LVS。缺少NetTran和GateSim。
软件
S-Edit T-Spice W-Edit L-Edit LVS 编辑电路图 电路分析与模拟 显示T-Spice模拟结果 编辑布局图、自动配置与布线、设计规则检查、截面观察、 电路转化 电路图与布图结果对比
集成电路CAD
东南大学 李冰
参考资料
• 1.电子电路的计算机辅助分析与设计发展 汪蕙， 王志华等 清华大学出版社。 • 2.电子系统及专用集成电路CAD技术 李玉山等 西安电子科技大学出版社。 • 3.模拟电路的计算机分析与设计PSPICE程序应 用 高文焕，汪蕙等 清华大学出版社。 • 4.VHDL简明教程 乔长阁等译 清华大学出版 社。 • 5.Tanner Pro集成电路设计与布局实战指导 廖 裕评、陆瑞强编著，科学出版社
符合全定制电路的设计流程
四、Cadence简介
• Cadence是一个大型的CAD软件 ,与Synopsys的 结合可以说是EDA设计领域的黄金搭档。 • Cadence包括：Verilog HDL仿真工具Verilogxl, 电路图设计工具Composer,电路模拟工具 Analog Artist,版图设计工具Virtuoso Layout Editor,版图验证工具Dracula和Diva 以及自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble。 •
• 电路设计级包括电路图编辑器 S-Edit 、 电路模拟器T-Spice和高级模型软件、波 形编辑器W-Edit、NetTran网表转换器、 门电路模拟器 GateSim, 以及工艺映射库、 符合库SchemLib、Spice元件库等软件包， 构成一个完整的集成电路设计、模拟、 验证体系，每个模块互相关联又相对独 立，其中 S-Edit 可以把设计的电路图转 换成SPICE,VHDL， EDIF和TPR等网表文件 输出，提供模拟或自动布图布线。
CIF，加州理工中介格式
（Caltech Intermediate Format ）
• CIF语言以ASCⅡ字符为基础，是一种由字符组成的可 读文件。 • CIF采用的是层次式结构的图形描述，基本的描述功能 以命令形式出现。 • 命令的内容包括矩形、多边形、圆形、线条；图形符 号定义开始、结束、图形符号调用、删除；掩膜层说 明、结束、注释等等。 • 设计师容易阅读、修改、组合和跟踪。通过反复循环 调用这些图形符号，可以完整的描述一个复杂的VLSI 电路版图。 • 设计师根据IC生产厂家提供的设计参数和设计规则芯 片版图按照CIF格式将设计结果送到IC生产线上加工投 片。
§1.集成电路的发展
• 1、发展动力
• 2、发展方向
• 3、本世纪初微电子技术的展望
1、发展动力
• 世界的信息化加速了微电子技术的发展 • 随着信息的多媒体、网络化、个体化，计算机、 通信和消费电子融为一体，人们要求更快的存 贮处理速度、通信传输，更大量的存贮数据。 （运算、存贮、通信速度）“3G”→ “3T” • 信息产业值占国民经济总值的40%~60% • 如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡 献为1来计算，则小轿车为5，彩电为30，计算 机为1000，而集成电路则高达2000
• 自顶向下（Top-Down）设计-层次性设计 • 系统级 算法 • 寄存器级 有限状态机 • 门级 布尔方程 • 网表 连接关系 • 版图 器件布局
二、设计中的新技术
• 1、Frame work • 2、并行工程 • 3、逻辑综合优化
1、Frame work
• 框架结构是一种规范（协议） • 目前各CAD厂商共同遵守由国际CAD框架协会 （CFI-CAD Framework Initiative）制定的框架 标准，各CAD厂商都是建立一个符合CFI标准 的开放式框架结构。
• • • • 人工设计的周期以人年为单位 人工设计着重局部优化 计算机CAD着重全局优化 现在普遍采用人机交互式设计方式
VLSI设计思想
• 分层分级 • 每层、级间均有严格的接口定义
VLSI的主要设计方法
• 自底向上（Bottom_Up） • 自顶向下（Top_Down） • 两种设计方法均体现了VLSI的设计思想； • 实际上VLSI由LSI组成，LSI由MSL组成 ， MSL由LSL组成； • 复杂电路总可以分解为较简单的电路。
本节的内容
• • • • • • 一、集成电路CAD的发展 二、设计中的新技术 三、Tanner pro CAD工具包 四、Cadence简介 五、SOC的设计方法 六、可测性和可靠性
一、集成电路CAD的发展
• 第一代：20世纪70年代以Applicon, Calma, CV为代 表的版图设计工具（版图编辑+DRC）,PC上的代 表是Tanner L_Edit； • 第二代： 20世纪80年代以Mentor, Daisy, Valid为代 表的仿真和自动布线CAD系统，从原理图输入、 模拟、分析、到自动布图及验证； • 第三代： 20世纪90年代以Cadence, Synopsys， Avanti等为代表的高级语言描述的ESDA系统，包 括有系统级的设计工具，使仿真、综合等高度自 动化； • 第四代：正在研制面向VDSM + System-On-a-Chip 的新一代CAD系统，正逆向设计相结合的设计集 成系统（DI- design integrated）。
教育CAD市场
• 代表产品 • Synopsys • Viewlogic(Workview office)
产品平台
• • • • • 代表产品 Workstation： Cadence, synopsys PC：Tanner pro, Workview office Both：Hspice