浙大讲义-专用集成电路设计基础ASIC
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专用集成电路Chapter4_IC数字版图设计方法
栅极 沟道 源极 CSB 衬底 耗尽层
CG S CG B CG D
栅氧化层 漏极 CD B
CGD G CGS D S
CD B 衬底 CSB
CGB (a) (b )
图2 - 19 MOS器件电容 (a) 寄生电容示意图； (b) 寄生电容电路符号示意图
ASIC Chapter 4 34/71
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栅极 栅极 C0 P-Si 栅氧化层 to x 栅极 C0 Cd ep
栅极
d P-Si
to x 耗尽层
(a ) C 栅极 C0 Cd ep d P-Si 反型层 耗尽层 0 .2 0 (c) 栅极 积累 to x
(b )
耗尽 C0
反型 低频
高频 UT (d ) UG
图2 - 18 MOS电容特性 (a) 积累层； (b) 耗尽层； (c) 反型层； (d) 电容特性
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2) 耗尽层 • 当0<UG<UＴ 时， 在正的栅电压ＵG 的作用下， 衬底中的空穴受到排斥而离 开表面， 形成一个多数载流子空穴耗尽 的负电荷区域， 即耗尽层（见图 2 -18 （b））。 耗尽层电容由下式来计算： 0 Si （2 -16） Cdep A d
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W1
W1
L
L
L
L
W
RL W
W
(a)
RL W (b )
W2 R 4 L ( L 4W1 ) (c)
W2
R 2 L ( L 2W1 ) (d )
课程名称专用集成电路设计
课程名称：专用集成电路设计课程编码：7119401课程学分：3学分课程学时：48学时适用专业：微电子学《专用集成电路设计》Application Specific Integrated Circuits Design教学大纲一、课程性质与目的《专用集成电路设计》是微电子学专业的专业方向选修课，该课程在《电路分析》、《电子器件》、《超大规模集成电路设计基础》等课程的基础上，全面系统的介绍专用集成电路的基础知识和设计方法与原则，全部内容分为三部分：第一部分介绍专用集成电路的基础知识和概况；第二部分介绍专用集成电路的逻辑设计方法和设计原则；第三部分介绍专用集成电路的物理设计方法.二、教学基本内容及基本要求第一章专用集成电路简介1、教学基本内容1.1 ASIC类型1.2 ASIC设计流程1.3 ASIC的设计举例分析1.4 ASIC经济学1.5 ASIC单元库2、教学基本要求了解: 专用集成电路的分类。
熟悉: 专用集成电路的设计流程。
第二章CMOS逻辑1、教学基本内容2.1 CMOS晶体管2.2 CMOS工艺2.3 CMOS设计规则2.4 组合逻辑单元2.5 时序逻辑单元2.6 数据通路逻辑单元2.7 I/O单元2.8 单元编译器2、教学基本要求了解：CMOS逻辑构成原理。
熟悉: CMOS晶体管的电学特性和工艺对电路设计的影响。
掌握: 组合逻辑单元和时序逻辑单元设计的方法和原则。
第三章专用集成电路库设计1、教学基本内容3.1 晶体管电阻3.2 晶体管寄生电容3.3 逻辑作用力3.4 库单元设计3.5 库结构3.6 门阵列设计3.7 标准单元设计3.8 数据通路单元设计2、教学基本要求了解: 专用集成电路库的重要性。
熟悉：专用集成电路库设计的一般流程和方法。
掌握: 逻辑作用力的计算。
第四章可编程专用集成电路1、教学基本内容4.1 反熔丝4.2 静态RAM4.3 EPROM与EEPROM工艺4.4 PREP基准程序4.5 FPGA经济学2、教学基本要求了解: 可编程电路的一般原理和规则。
ASIC第一讲
字面意义：ASIC——专用集成电路 （ Application Specific Integrated Circuit） 想对ASIC给出确切定义是很困难的，相对于 市场上通用的集成电路而言，ASIC一般指面 向特定的用户或特定用途而设计制造的集成 电路。但现在各个领域都需要专用集成电路， 要明显地划分对于某个用户或专业来说比较 特殊、性能比较好的集成电路不太容易。
这里我们举一些例子帮助大家深入理解 ASIC这一术语。
不属于ASIC的IC例子包括：标准部件，比 如作为商品出售的存储器芯片——ROM、 DRAM、SRAM；微处理器；SSI、MSI、LSI 等各种集成规模的TTL或等效TTL IC。 属于ASIC的IC例子包括：会说话的玩具熊 芯片；卫星芯片；工作站CPU中存储器与 微处理器之间的接口芯片；微处理器与其 他逻辑一起作为一个单元的芯片等。
二、集成电路概述
最早的IC使用双极型工艺，多数的逻辑IC使用 晶体管-晶体管逻辑（Transister-Transister Logic,TTL)或发射极耦合逻辑（EmitterCouple Logic,ECL)。 20世纪70年代出现了金属栅N沟道MOS工艺，MOS IC的密度大、功耗小，比双极型IC更便宜，市 场越来越大。 20世纪80年代初，多晶硅作为栅材料的引入使 得在同一IC上很容易制造N沟道MOS和P沟道MOS 两种类型的晶体管—CMOS技术，即互补型MOS。 其主要优点是功耗较低，生产工艺更为简单， 便于器件尺寸按比例缩小。
课程考核办法
采用期末考试和平时考核相结合的考核方式。 总成绩为100分，其中期末考试成绩占总成 绩的70%，平时成绩（包括作业、出勤、课堂 小测验等）占总成绩的30%。
课程主要内容
专用集成电路概述
这里我们举一些例子帮助大家深入理解 ASIC这一术语。
不属于ASIC的IC例子包括：标准部件，比 如作为商品出售的存储器芯片——ROM、 DRAM、SRAM；微处理器；SSI、MSI、LSI 等各种集成规模的TTL或等效TTL IC。 属于ASIC的IC例子包括：会说话的玩具熊 芯片；卫星芯片；工作站CPU中存储器与 微处理器之间的接口芯片；微处理器与其 他逻辑一起作为一个单元的芯片等。
二、集成电路概述
最早的IC使用双极型工艺，多数的逻辑IC使用 晶体管-晶体管逻辑（Transister-Transister Logic,TTL)或发射极耦合逻辑（EmitterCouple Logic,ECL)。 20世纪70年代出现了金属栅N沟道MOS工艺，MOS IC的密度大、功耗小，比双极型IC更便宜，市 场越来越大。 20世纪80年代初，多晶硅作为栅材料的引入使 得在同一IC上很容易制造N沟道MOS和P沟道MOS 两种类型的晶体管—CMOS技术，即互补型MOS。 其主要优点是功耗较低，生产工艺更为简单， 便于器件尺寸按比例缩小。
课程考核办法
采用期末考试和平时考核相结合的考核方式。 总成绩为100分，其中期末考试成绩占总成 绩的70%，平时成绩（包括作业、出勤、课堂 小测验等）占总成绩的30%。
课程主要内容
专用集成电路概述
专用集成电路设计技术基础第一讲
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中国半导体产业主要集聚地区
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05-11中国大陆IC设计业按区域发展状况
区域/相应市 单位：亿元
上海
长 三 角
2005
企业数 销售额 产出率 企业数
2010
销售额 产出率 企业数
2011
销售额 产出率
锡 /苏 /南 杭 /绍 其它
204 占总数 42.6%
51.7 占总数 34.5%
0.25 /企业
224 占总数 38.5%
242 占总数 44.1%
1.03 /企业
208 占总数 39%
301 占总数 43.8%
1.45 /企业
京 津/ 渤 海 湾
珠 三 角
北京
济 /津 /大 /青 其它 深圳
85 占总数 17.7%
42.0 占总数 28.0%
0.49 /企业
132 占总数 22.7%
专用集成电路设计技术基础
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第一讲 内容
一、基本概念
二、课程的重要性及与行业 /产业的对应情况
三、需掌握哪些专业背景知识
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一、基本概念
• • • • • • • • IT业 集成电路、半导体、微电子学及之间的关系 硅含量 摩尔定律 3C概念 IC产业链 产业分工 国内IC设计 \ 制造 \ 封装产业现状
• 厂房、动力、材料（硅片、化合 物半导体材料）、专用设备、仪
集成电路制造
器（光刻机、刻蚀机、注入机…
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集成电路封装
• 划片机、粘片机、键合机、包封 机、切筋打弯机、芯片、塑封料、 引线框架、金丝………
• 测试设备、测试程序、测试夹
《ASIC库设计》课件
安全系统ASIC库设计
要点一
安全系统ASIC库设计 概述
安全系统是保障信息安全的重要基础 设施，而ASIC库设计则是安全系统中 的关键技术之一。通过ASIC库设计， 可以实现高速、高可靠性的安全系统 。
要点二
安全系统ASIC库设计 流程
安全系统ASIC库设计流程包括算法分 析、硬件描述语言编写、电路设计、 仿真验证和版图绘制等步骤。其中， 算法分析和硬件描述语言编写是关键 步骤，需要充分考虑算法的硬件实现 和性能优化。
ASIC库的分类与特点
总结词
介绍ASIC库的分类方法、各类ASIC库的 特点和适用场景。
VS
详细描述
ASIC库可以根据不同的分类方法分为多 种类型，如按功能可以分为数字ASIC库 和模拟ASIC库；按工艺可以分为标准逻 辑ASIC库和全定制ASIC库。不同类型的 ASIC库具有不同的特点和使用场景。标 准逻辑ASIC库适用于快速原型设计和验 证，全定制ASIC库则能够提供更高的性 能和集成度。模拟ASIC库适用于信号处 理和传感器接口等应用，而标准单元库适 用于大规模生产和通用集成电路设计。
通信系统ASIC库设计
通信系统ASIC库设计概述
通信系统是实现信息传输和交换的重要基础设施，而ASIC库设计则是通信系统中的关键技术之一。通过ASIC库设计 ，可以实现高速、低误码率、低功耗的通信系统。
通信系统ASIC库设计流程
通信系统ASIC库设计流程包括协议分析、硬件描述语言编写、电路设计、仿真验证和版图绘制等步骤。其中，协议 分析和硬件描述语言编写是关键步骤，需要充分考虑协议的硬件实现和性能优化。
自动化布局布线技术
用计算机辅助设计工具自动完成集 成电路版图布局和布线的设计技术。
ASIC的版图设计方法
❖ 简单、规模较小而又有一定批量的专用电路
在设计者力所能及的情况下做到最优 ( 时间与正确性把
2020/6/2握4 的折中)
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最基本的CMOS IC制作工艺流程
1、P阱 (或N阱)
2、有源区 (制作MOS晶体管的区域)
3、N-场注入 ( 调整P型MOS管场区的杂质浓度,减小寄生效应 )
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多晶硅栅（GT） ZDLX-1H
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P+源漏区（SP） ZDLX-1H
2020/6/24
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N+源漏区（SN） ZDLX-1H
取P+源漏区的反版
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金属1（A1） ZDLX-1H
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❖ 先将IC设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元(包括 I/O单元)的版图用全定制的方法设计好后存入库中
按照最佳设计原则(速度、面积)
遵照一定的外形尺寸约束
❖ 实际设计ASIC时
从单元库中调出所要的单元版图
按照一定的拼接规则拼接
留出平行且宽度可调的布线通道（水平与垂直走线分层）
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硕士生梁筱、杨伟伟（2009.9-2012.3）
2020/6/24
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MPW Multi-Purpose Wafer
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二、半定制设计方法（标准单元法）
Semi-Custom Design Approach
❖ 标准单元法也叫库单元法，用在数字IC设计中。
ASIC导论第一讲
1.7.2 半导体工业的步伐
年代 1970 1971 CD尺寸(微米) 7 CPU 4004 DRAM 晶体管数目 2300 年代 1980 1981 CD尺寸(微米) 3 CPU DRAM 晶体管数目 年代 1990 1991 CD尺寸(微米) CPU DRAM 1M 晶体管数目 年代 2000 2001 CD尺寸(微米) 0.15 CPU 奔IV DRAM 128M 晶体管数目 4200000 1972 6 8008 3500 1982 1.8 80286 134000 1992 0.5 1973 1974 5 8080 6000 1984 1.6 1975 1976 1977 4 1978 8086 4K 1985 386 64K 1993 1994 0.35 275000 1995 奔I 16M 2004 0.09 5500000 2005 2006 0.065 256K 1996 0.25 1997 1998 0.18 奔II 1200000 1999 1986 1.2 1987 29000 1988 0.8 1979 8088 16K 29000 1989 486 1K 1983
1.7.5中国半导体产业主要集聚地区
1.7.6长三角地区半导体企业概况
长三角占中国2.2%的陆地面积，10.6%的人口，创造 了中国22.1%的GDP、24.5%的财政收入、60%的外商投资 和28.5%的进出口总额。
据不完全统计，江浙沪共有各类微电子企业489家：
省市
上海市 江苏省 ห้องสมุดไป่ตู้江省 总计
120 103 90 76 63 60 51 41 40 25 20 11 2.2 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 14 2.3 18 4.3 6.6 7.9 9.7 12.1 15.4 19.3 35 24.2
第2章 ASIC设计基础
1、全定制设计简述
全定制ASIC是利用集成电路的最基本设计 方法（不使用现有库单元），对集成电路中所 有的元器件进行精工细作的设计方法。全定制 设计可以实现最小面积，最佳布线布局、最优 功耗速度积，得到最好的电特性。该方法尤其 适宜于模拟电路，数模混合电路以及对速度、 功耗、管芯面积、其它器件特性（如线性度、 对称性、电流容量、耐压等）有特殊要求的场 合；或者在没有现成元件库的场合。
• 什么是集成电路？ 把组成电路的元件、器件以及相互间的 连线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片 上，把这个芯片放到管壳中进行封装，电路与 外部的连接靠引脚完成。 • 什么是集成电路设计？ 根据电路功能和性能的要求，在正确选择 系统配臵、电路形式、器件结构、工艺方案和 设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低 设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化， 设计出满足要求的集成电路。
MGA门阵列可以分为： • 通道式门阵列－基本单元行与行之间留有固定 的布线通道，只有互连是定制的。 • 无通道门阵列（门海）－无预留的布线区，在 门阵列掩膜层上面布线。 • 结构式门阵列－结合CBIC和MGA的特点，除了 基本单元阵列外，还有内嵌的定制功能模块。芯片 效率高，价格较低，设计周期短。 由于MGA的门阵基本单元是固定的，不便于实 现存储器之类的电路。在内嵌式门阵列中，留出一 些IC区域专门用于实现特殊功能。利用该内嵌区域 可以设计存储器模块或其它功能电路模块。
表1-1 集成电路不同发展阶段的特征参数主要特征 主要特征 元件数/片 特征线宽 μm 氧化层厚 nm 结深 μm 硅片直径 inch SSI
<102
MSI
102-103
LSI
103-105
VLSI
105-107
第一章 ASIC概述
基本特性：无定制掩 膜板；基本逻辑单元和互 连采用编程的方法；其核 心是规则的可编程基本逻 辑单元阵列，可实现组合 逻辑和时序逻辑；基本逻 辑单元被可编程互连矩阵 围绕；可编程I/O单元围 绕着核心；设计周期为几 小时。
1.2 设计流程
给出ASIC的设计步骤： 1.设计输入 采用硬件描述语言或电路原理图把设计输入 给ASIC设计系统。 2.逻辑综合 采用HDL和逻辑综合工具产生网表—描述 逻辑单元及其之间的连接关系。 3.系统划分 将大型系统分成几个ASIC。 4.布图前的仿真 检查设计功能是否正确。 5.布局规划 在芯片上排列网表的模块。 6.布局 决定模块中单元的位臵。 7.布线 单元与模块之间互连。 8.提取 确定互连的电阻和电容。 9.布图和后仿真 加上互联线负载后检查设计是否能正常 工作。
1.1.7 现场可编程阵列
现场可编程门阵列FPGA。他和PLD之间的差别很小— 通常FPGA只是比PLD更大、更复杂。事实上，有些制造可 编程ASIC的公司把他们的产品称之为FPGA，有些则称之为 复杂PLD。FPGA是ASIC系列中的最新成员，其重要性与日 俱增，正在取代微电子系统中TTL电路。
1.1.3 基于门阵列的ASIC
在门阵列或给予门阵列的ASIC中，晶体管在硅原片上 时预先设定好的。门阵列上预先确定的晶体管图案即为基本 阵列，基本阵列由最小单元重复排列组成，最小单元即为基 本单元。
1.1.4 通道式门阵列
主要特性：只有互联是定制的。 互联使用预先确定的基本单元的行之 间的空间。生产周期在2天到2周之内。
近代的亚微米CMOS工艺和亚微米双极型或BiCMOS工艺 同样复杂，但CMOS IC更容易大批制造。从规模经济考虑， CMOS IC的成本要比同功能的双极型或BiCMOS德成本低。 因此CMOS IC已经确立了其主导地位。但双极型或BiCMOS 仍应用在特殊要求的场合。 有些数字逻辑IC或模拟IC式标准部件或标准IC，他们可 在目录手册中查找，并从经销商处买到。系统制造商和设计者 可以讲同样的标准部件用在各种不同的微电子系统中。 随着20世纪80年代VLSI的出现，工程师意识到在特殊系 统或应用中设计定制IC比单纯的选用标准IC更为有效，于是 微电子系统设计就变为：确定哪些功能可以用标准IC实现，而 余下的功能（有时成为粘贴逻辑）用一个或几个定制IC实现。 VLSI的出现使很多的标准IC可以组合在一些定制IC中，因此 可用较少量的IC，从而使微电子系统成本低，可靠性提高。
《集成电路基础》课件
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目录
• 集成电路简介 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的设计与仿真 • 集成电路的可靠性分析 • 集成电路的发展趋势与挑战
01
集成电路简介
Chapter
集成电路的定义
01
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微 型电子部件。
02
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个 管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
包括测试机、探针台、分选机等 。
封装类型 测试目的 测试方法 测试设备
根据封装材料和结构的不同，可 以分为塑料封装、陶瓷封装、金 属封装等。
包括功能测试、参数测试、可靠 性测试等。
03
集成电路的设计与仿真
Chapter
集成电路设计的基本概念
集成电路设计是将电子系统或电路集成在一块芯片上的 过程，包括电路设计、布局设计和版图生成等步骤。
01
金属化与互连
在芯片表面形成金属互连线，实现芯 片内部元件之间的连接。
05
03
光刻与刻蚀
通过光刻技术将电路图形转移到晶圆 表面，然后进行刻蚀，将图形转移到 薄膜上。
04
掺杂与离子注入
通过掺杂或离子注入的方法，改变薄 膜的导电性能，形成不同元件的PN结 、电极等。
集成电路的制程技术
制程技术分类
分为平面型集成电路和立体型集 成电路，其中平面型集成电路占 据主导地位。
02
仿真工具可以模拟实际制造过 程中的各种条件，如温度、电 压和制造工艺的变化，以评估 设计的性能和可靠性。
03
目录
• 集成电路简介 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的设计与仿真 • 集成电路的可靠性分析 • 集成电路的发展趋势与挑战
01
集成电路简介
Chapter
集成电路的定义
01
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微 型电子部件。
02
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个 管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
包括测试机、探针台、分选机等 。
封装类型 测试目的 测试方法 测试设备
根据封装材料和结构的不同，可 以分为塑料封装、陶瓷封装、金 属封装等。
包括功能测试、参数测试、可靠 性测试等。
03
集成电路的设计与仿真
Chapter
集成电路设计的基本概念
集成电路设计是将电子系统或电路集成在一块芯片上的 过程，包括电路设计、布局设计和版图生成等步骤。
01
金属化与互连
在芯片表面形成金属互连线，实现芯 片内部元件之间的连接。
05
03
光刻与刻蚀
通过光刻技术将电路图形转移到晶圆 表面，然后进行刻蚀，将图形转移到 薄膜上。
04
掺杂与离子注入
通过掺杂或离子注入的方法，改变薄 膜的导电性能，形成不同元件的PN结 、电极等。
集成电路的制程技术
制程技术分类
分为平面型集成电路和立体型集 成电路，其中平面型集成电路占 据主导地位。
02
仿真工具可以模拟实际制造过 程中的各种条件，如温度、电 压和制造工艺的变化，以评估 设计的性能和可靠性。
03
《集成电路基础知识培训》讲义
后工序
5、成测
电力工程技术（china-dianli）
集成电路制造流程
电力工程技术（china-dianli）
掩膜版加工
在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到wafer制造中 间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关 键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。 现代光刻依靠的一种类似于放大照片底片的投影印刷。图是简化的曝光过 程。透镜系统校准一个强UV光源，称为光罩的金属盘子会挡住光线。UV 光穿过光罩中透明的部分和另外的透镜在wafer上形成图像。
3、前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流 片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后, 其切割、封装等工序被称为后工序。
电力工程技术（china-dianli）
中测（硅片的测试）
中测（Wafer test）是半导体后道封装测试的第一站。 中测有很多个名称，比如针测、晶圆测试、CP（Circuit Probing）、 Wafer Sort、Wafer Probing等等。 中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，然后打上红点或者是黑点。 所用到的设备有测试机（IC Tester）、探针卡（Probe Card）、探针台 （Prober）以及测试机与探针卡之间的接口（Mechanical Interface）。
• 半定制(Semi-Custom)”是一种约束性ASIC设计方式。半定制ASIC 通常是包含门阵列(Gata Array)和标准单元(Standard Cell)设计法， 这两种方法都是约束性的设计方法，其主要目的就是简化设计，牺 牲芯片性能为代价来缩短开发时间。
电力工程技术（china-dianli）
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第一次课2005年5月11日下午 紫金港西 -312教室 年 月 日下午 紫金港西2- 教室 第一次课
第一章 ASIC概述 概述
1.1 绪论: 绪论: 专用集成电路ASIC ASIC( 专用集成电路ASIC(Application Specific Circuits)技术是在集成电路发展的 Integrated Circuits)技术是在集成电路发展的 基础上,结合电路和系统的设计方法,利用 ICCAD/EAD/ESDA等计算机辅助技术和设计工具 等计算机辅助技术和设计工具, ICCAD/EAD/ESDA 等计算机辅助技术和设计工具 , 发展而来的一种把实用用电路或电路系统集成化 的设计方法. 的设计方法. 定义: 定义:将某种特定应用电路或电路系统用集成 电路的设计方法制造到一片半导体芯片上的技术 称为ASIC技术. ASIC技术 称为ASIC技术. 特点:体积小,成本低,性能优,可靠性高, 特点 :体积小 ,成本低 ,性能优 ,可靠性高, 保密性强,产品综合性能和竞争力好. 保密性强,产品综合性能和竞争力好.
表1-1 集成电路不同发展阶段的特征参数主要特征
主要特征 SSI MSI
102-103
LSI
103-105
VLSI
105-107
ULSI
107-109
GSL
> 109
元件数/ 元件数/片 <102 特征线宽 μm 氧化层厚 nm 结深 μm 硅片直径 inch 5-10 >120
3-5 >100 1.2-2
1.原始手工设计: 原始手工设计: 设计过程全部由手工操作, 设计过程全部由手工操作,从设计原理 硬件电路模拟, 图 , 硬件电路模拟 , 到每个元器件单元的 集成电路版图设计, 集成电路版图设计 , 布局布线直到最后得 到一套集成电路掩膜版, 全部由人工完成. 到一套集成电路掩膜版 , 全部由人工完成 . 设计流程为: 设计原理图, 硬件电路, 设计流程为 : 设计原理图 , 硬件电路 , 电 路模拟, 元器件版图设计, 版图布局布线, 路模拟 , 元器件版图设计 , 版图布局布线 , 分层剥离, 刻红膜, 初缩精缩, ( 分层剥离 , 刻红膜 , 初缩精缩 , 分步重 制版,流片,成品. 复)制版,流片,成品.
3.用计算机辅助工程CAE的电子设计自动化EDA: 用计算机辅助工程CAE的电子设计自动化EDA: CAE的电子设计自动化EDA CEA配备了成套IC设计软件 配备了成套IC设计软件, IC设计提供了完 CEA配备了成套IC设计软件,为IC设计提供了完 统一, 高效的工作平台. 使利用EDA 设计LSI EDA设计 LSI和 备 , 统一 , 高效的工作平台 . 使利用 EDA 设计 LSI 和 VLSI成为可能 ICCAD和EDA以及半导体集成电路技 成为可能. VLSI 成为可能 . ICCAD 和 EDA 以及半导体集成电路技 术的发展使IC设计发生两个质的飞跃: IC设计发生两个质的飞跃 术的发展使IC设计发生两个质的飞跃: 版图设计方面: ( 1 ) 版图设计方面 : 除了传统的人机交互式方法 对全定制版图进行编辑, 绘图外, 定制, 对全定制版图进行编辑 , 绘图外 , 定制 , 半定制设 计思想的确立使自动半自动布局成为可能. 计思想的确立使自动半自动布局成为可能. 逻辑设计方面: 逻辑综合软件的开发, ( 2 ) 逻辑设计方面 : 逻辑综合软件的开发 , 使系 统设计者只要用硬件描述语言( VHDL语言 语言) 统设计者只要用硬件描述语言 ( 如 VHDL 语言 ) 给出 系统行为级的功能描述, 系统行为级的功能描述 , 就可以由计算机逻辑综合 软件处理, 得到逻辑电路图或网表, 软件处理 , 得到逻辑电路图或网表 , 优化了逻辑设 计结果. 计结果. EDA设计流程 系统设计,功能模拟,逻辑综合, 设计流程: EDA设计流程:系统设计,功能模拟,逻辑综合, 时序模拟,版图综合,后模拟. 时序模拟,版图综合,后模拟.
2.计算机辅助设计: 计算机辅助设计:
从70年代初开始,起初仅仅能够用个人计算 70年代初开始, 年代初开始 机辅助输入原理图,接着出现SPICE SPICE电路模拟软 机辅助输入原理图 , 接着出现 SPICE 电路模拟软 逐渐开始ICCAD的发展, ICCAD的发展 件 , 逐渐开始 ICCAD 的发展 , 后来越来越多的计 算机辅助设计软件, 算机辅助设计软件,越来越强的计算机辅助设计 功能,不但提供了先进的设计方法和手段, 功能,不但提供了先进的设计方法和手段,更推 动ICCAD技术向自动化设计发展.初期的ICCAD功 ICCAD技术向自动化设计发展.初期的ICCAD功 技术向自动化设计发展 ICCAD 能较少,只能对某些功能进行辅助设计, 能较少,只能对某些功能进行辅助设计,现在利 用计算机辅助设计可以实现的功能大致包括: 用计算机辅助设计可以实现的功能大致包括:电 路或系统设计,逻辑设计,逻辑,时序, 路或系统设计,逻辑设计,逻辑,时序,电路模 版图设计,版图编辑,反向提取, 拟,版图设计,版图编辑,反向提取,规则检查 等等. 等等.
1.1.1 集成电路的发展历程 1947年12月Bell实验室肖克莱 巴丁, 实验室肖克莱, @ 1947 年12 月Bell实验室肖克莱,巴丁, 布拉顿发明了第一只点接触金锗晶体管, 布拉顿发明了第一只点接触金锗晶体管 , 1950年肖克莱 斯帕克斯, 年肖克莱, 1950年肖克莱,斯帕克斯,迪尔发明单晶锗 NPN结型晶体管 结型晶体管. NPN结型晶体管. 52年 @ 52年5月英国皇家研究所的达默提出集 成电路的设想. 成电路的设想. 58年德克萨斯仪器公司基尔比为首的 @ 58 年德克萨斯仪器公司基尔比为首的 小组研制出第一块由12 12个器件组成的相移振 小组研制出第一块由12个器件组成的相移振 荡和触发器集成电路. 荡和触发器集成电路. 这就是世界上最早的集成电路, 这就是世界上最早的集成电路,也就是 现代集成电路的雏形或先驱. 现代集成电路的雏形或先驱.
课程简介: 课程简介:
《专用集成电路》教程共有17章,从浅到深 全面地介绍了专用集成电路的设计方法和过程, 是学习ASIC设计方法比较合适的教材.但由于 本课程的课时有限,无法全面对该教材的内容作 系统介绍.因此,对整本教程的内容进行选择和 取舍,根据专业方向和学时限制,选择了第一, 二,三章全部,第九,十一,十三,十四章部分 内容组成《专用集成电路设计基础》作为本课程 的教学内容. 希望通过本课程的学习,使非微电子专业 的同学对ASIC的设计方法有一个基本的认识. 为今后从事与该方向相关的工作打下一个基础.
1-3 >40
< 1 >15
0.3-0.5 .12-0.18 1010-15
0.5-1.2 0.2-0.5 0.1-0.2 4-5 6 8 12
2
2-3
1.1.2.集成电路的分类
可以按器件结构类型,集成电路规模, 可以按器件结构类型,集成电路规模,使用 基片材料,电路功能以及应用领域等方法划分. 基片材料,电路功能以及应用领域等方法划分.
4.电子系统设计自动化ESDA 电子系统设计自动化ESDA
ESDA的目的是为设计人员提供进行系统级 ESDA的目的是为设计人员提供进行系统级 设计的分析手段,进而完成系统级自动化设计 完成系统级自动化设计, 设计的分析手段,进而完成系统级自动化设计, 最终实现SOC芯片系统. ESDA仍处于发展和 SOC芯片系统 最终实现 SOC 芯片系统 . 但 ESDA 仍处于发展和 完善阶段, 完善阶段,尚需解决建立系统级仿真库和实现 不同仿真工具的协同模拟. 不同仿真工具的协同模拟. 利用ESDA工具完成功能分析后, ESDA工具完成功能分析后 利用ESDA工具完成功能分析后,再用行为 级综合工具将其自动转化成可综合的寄存器级 RTL的HDL描述 最后就可以由EDA 描述, EDA工具实现最 RTL 的HDL 描述 ,最后就可以由 EDA 工具实现最 终的芯片设计. 终的芯片设计. ESDA的流程 系统设计,行为级模拟, 的流程: ESDA的流程:系统设计,行为级模拟,功 能模拟,逻辑综合,时序模拟,版图综合, 能模拟,逻辑综合,时序模拟,版图综合,后 模拟.然后由生产厂家制版,流片,成品. 模拟.然后由生产厂家制版,流片,成品.
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: 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; 50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺; 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; 年美国人富勒发明的扩散工艺 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; 年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺 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 研制出第一个硅MOS 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等等 年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺等等, 70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺等等, 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, 70年代开 路工艺提供了基本的技术支持.因此,从70年代开 第一代集成电路才开始发展并迅速成熟. 始,第一代集成电路才开始发展并迅速成熟. 此后40多年来,IC经历了从 40多年来 经历了从SSI(Small 此后40多年来,IC经历了从SSI(Small Scale ntegreted)-MSI-LSI-VLSI-ULSI的发展历程 的发展历程. ntegreted)-MSI-LSI-VLSI-ULSI的发展历程.现在 的IC工艺已经接近半导体器件的极限工艺.以CMOS IC工艺已经接近半导体器件的极限工艺. 工艺已经接近半导体器件的极限工艺 数字IC为例,在不同发展阶段的特征参数见表1 IC为例 数字IC为例,在不同发展阶段的特征参数见表1-1.
数字电路 按功能分类 模拟电路 数模混合电路
1.1.3 ASIC的设计手段 ASIC的设计手段 一,设计手段的演变过程 IC的设计方法和手段经历了几十年的 IC 的设计方法和手段经历了几十年的 发展演变, 发展演变 , 从最初的全手工设计发展到现 在先进的可以全自动实现的过程. 在先进的可以全自动实现的过程 . 这也是 近几十年来科学技术, 近几十年来科学技术 , 尤其是电子信息技 术发展的结果. 从设计手段演变的过程划 术发展的结果 . 设计手段经历了手工设计 手工设计, 分 , 设计手段经历了 手工设计 , 计算机辅 助设计(ICCAD) 电子设计自动化EDA EDA, 助设计 ( ICCAD ) , 电子设计自动化 EDA , 电子系统设计自动化ESDA 以及用户现场可 ESDA以及 电子系统设计自动化 ESDA 以及 用户现场可 编程器阶段. 编程器阶段.