集成电路第1章全解
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17
一、全定制方法
全定制IC：硅片没有经过加工 ，其各掩模层都要 按特定电路的要求进行专门设计
适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积 的芯片设计
版图设计时采用人工设计，对每个器件进行优化， 芯片性能获得最佳，芯片尺寸最小
设计周期长，设计成本高，适用于性能要求极高 或批量很大的产品，模拟电路
2
集成电路设计与九天EDA工具应用 第1章 集成电路设计导论
1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路的分类 1.3 集成电路设计步骤 1.4 集成电路设计方法 1.5 电子设计自动化技术概论
3
集成电路
Integrated Circuit ，缩写IC 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。
9
按器件结构类型分类
双极集成电路：主要由双极晶体管构成
NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路
金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS 晶体管(单极晶体管)构成
NMOS PMOS
CMOS(互补MOS)
双 极 -MOS(BiMOS) 集 成 电 路 ： 同 时 包 括 双 极 和 MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合 了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂
VLSI数字IC的设计流图
功能要求
系统建模 （Matlab等）
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真 满足
流片、封装、测试
模拟IC的设计流图
16
1.4 集成电路设计方法
➢ 全 定 制 方 法 （ Full-Custom Design Approach）
➢ 半 定 制 方 法 （ Semi-Custom Design Approach）
13
按应用领域分类
❖ 标准通用集成电路： 通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大的 标准系列产品。这类产品往往集成度不高，然而社会需 求量大，通用性强。
❖ 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。
集成电路设计技术与工具
1
主要内容
集成电路简介 集成电路材料与器件物理基础 集成电路制造工艺 集成电路版图设计与工具 集成电路元器件及其SPICE模型 集成电路仿真软件SPICE 模拟集成电路晶体管级设计 数字集成电路晶体管级设计 集成电路模块级设计 集成电路系统级设计简介 集成电路封装 集成电路测试
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二、半定制方法
半定制的设计方法分为门阵列（GA：Gate Array）法和门海（GS：Sea of Gates）； 标准单元（SC: Standard Cell）法；积木 块（BB：Building Block Layout）；可编 程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。
其设计步骤与“自底向上”步骤相反。设计者首先进行行
为
设计；其次进行结构设计；接着把各子单元转换成逻辑图
或电路图；最后将电路图转换成版图。
15
功能要求
行为设计 （Verilog/VHDL）
不满足 行为仿真
满足 综合、优化
网表 不满足
时序仿真 满足
版图自动 布局、布线
不满足 后仿真
满足
流片、封装、测试
出世界上第一块集成电路—双极型晶体管集成 电路 1960年: 世界上成功制造出第一块MOS集成电路
7
1.1 集成电路的发展
年份 1989年 特征尺寸 1.0µm 水平标志 微米（M）
1993年
0.6µm
亚微米 （SM）
源自文库
1997年
0.35µm
深亚微米 （DSM）
2001年
0.18µm
超深亚微米 （VDSM）
按晶体管数目划分的集成电路规模
11
按使用的基片材料分类
• 单片集成电路：
它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半 导体基片上的集成电路 在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅， 除此之外还有GaAs等
• 混合集成电路：
厚膜集成电路 薄膜集成电路
12
按电路的功能分类
➢ 数字集成电路(Digital IC)： 它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进 行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路。
10
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
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC 双极IC
<102
<100
102103 100500
103105 5002000
105107 >2000
107109
>109
模拟集成电路
<30 30100 100300 >300
表1 CMOS工艺特征尺寸发展进程
在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十年，集成电路芯片
的集成度每三年翻两番 ，而加工特征尺寸缩小 2 倍。 这就是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总
结的规律，被称为摩尔定律。
8
1.2 集成电路的分类
器件结构类型 集成度 使用的基片材料 电路的功能 应用领域
➢ 模拟集成电路(Analog IC)： 它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路，通 常又可分为线性集成电路和非线性集成电路 ： 线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、 电压比较器、跟随器等。 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路。
➢ 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ： 例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。
14
1.3 集成电路设计步骤
❖ “自底向上”（Bottom-up）
“自底向上”的设计路线，即自工艺开始，先进行单元设
计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块、子系统 设计直至最终完成整个系统设计。在模拟IC和较简单的数 字IC设计中，大多仍采用“自底向上”的设计方法 。
❖ “自顶向下”（Top-down）
4
集成电路芯片显微照片
集成电路芯片键合
5
各种封装好的集成电路
6
1.1 集成电路的发展
集成电路的历程:
1947-1948年: 世界上第一只晶体三极管面世 1950年: 成功研制出结型晶体管 1952年: 英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路”
的设想 1958年: 在美国德州仪器公司工作的Jacky Killby制造
一、全定制方法
全定制IC：硅片没有经过加工 ，其各掩模层都要 按特定电路的要求进行专门设计
适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积 的芯片设计
版图设计时采用人工设计，对每个器件进行优化， 芯片性能获得最佳，芯片尺寸最小
设计周期长，设计成本高，适用于性能要求极高 或批量很大的产品，模拟电路
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集成电路设计与九天EDA工具应用 第1章 集成电路设计导论
1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路的分类 1.3 集成电路设计步骤 1.4 集成电路设计方法 1.5 电子设计自动化技术概论
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集成电路
Integrated Circuit ，缩写IC 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。
9
按器件结构类型分类
双极集成电路：主要由双极晶体管构成
NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路
金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS 晶体管(单极晶体管)构成
NMOS PMOS
CMOS(互补MOS)
双 极 -MOS(BiMOS) 集 成 电 路 ： 同 时 包 括 双 极 和 MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合 了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂
VLSI数字IC的设计流图
功能要求
系统建模 （Matlab等）
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真 满足
流片、封装、测试
模拟IC的设计流图
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1.4 集成电路设计方法
➢ 全 定 制 方 法 （ Full-Custom Design Approach）
➢ 半 定 制 方 法 （ Semi-Custom Design Approach）
13
按应用领域分类
❖ 标准通用集成电路： 通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大的 标准系列产品。这类产品往往集成度不高，然而社会需 求量大，通用性强。
❖ 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。
集成电路设计技术与工具
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主要内容
集成电路简介 集成电路材料与器件物理基础 集成电路制造工艺 集成电路版图设计与工具 集成电路元器件及其SPICE模型 集成电路仿真软件SPICE 模拟集成电路晶体管级设计 数字集成电路晶体管级设计 集成电路模块级设计 集成电路系统级设计简介 集成电路封装 集成电路测试
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二、半定制方法
半定制的设计方法分为门阵列（GA：Gate Array）法和门海（GS：Sea of Gates）； 标准单元（SC: Standard Cell）法；积木 块（BB：Building Block Layout）；可编 程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。
其设计步骤与“自底向上”步骤相反。设计者首先进行行
为
设计；其次进行结构设计；接着把各子单元转换成逻辑图
或电路图；最后将电路图转换成版图。
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功能要求
行为设计 （Verilog/VHDL）
不满足 行为仿真
满足 综合、优化
网表 不满足
时序仿真 满足
版图自动 布局、布线
不满足 后仿真
满足
流片、封装、测试
出世界上第一块集成电路—双极型晶体管集成 电路 1960年: 世界上成功制造出第一块MOS集成电路
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1.1 集成电路的发展
年份 1989年 特征尺寸 1.0µm 水平标志 微米（M）
1993年
0.6µm
亚微米 （SM）
源自文库
1997年
0.35µm
深亚微米 （DSM）
2001年
0.18µm
超深亚微米 （VDSM）
按晶体管数目划分的集成电路规模
11
按使用的基片材料分类
• 单片集成电路：
它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半 导体基片上的集成电路 在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅， 除此之外还有GaAs等
• 混合集成电路：
厚膜集成电路 薄膜集成电路
12
按电路的功能分类
➢ 数字集成电路(Digital IC)： 它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进 行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路。
10
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
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC 双极IC
<102
<100
102103 100500
103105 5002000
105107 >2000
107109
>109
模拟集成电路
<30 30100 100300 >300
表1 CMOS工艺特征尺寸发展进程
在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十年，集成电路芯片
的集成度每三年翻两番 ，而加工特征尺寸缩小 2 倍。 这就是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总
结的规律，被称为摩尔定律。
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1.2 集成电路的分类
器件结构类型 集成度 使用的基片材料 电路的功能 应用领域
➢ 模拟集成电路(Analog IC)： 它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路，通 常又可分为线性集成电路和非线性集成电路 ： 线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、 电压比较器、跟随器等。 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路。
➢ 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ： 例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。
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1.3 集成电路设计步骤
❖ “自底向上”（Bottom-up）
“自底向上”的设计路线，即自工艺开始，先进行单元设
计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块、子系统 设计直至最终完成整个系统设计。在模拟IC和较简单的数 字IC设计中，大多仍采用“自底向上”的设计方法 。
❖ “自顶向下”（Top-down）
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集成电路芯片显微照片
集成电路芯片键合
5
各种封装好的集成电路
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1.1 集成电路的发展
集成电路的历程:
1947-1948年: 世界上第一只晶体三极管面世 1950年: 成功研制出结型晶体管 1952年: 英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路”
的设想 1958年: 在美国德州仪器公司工作的Jacky Killby制造