电子科学与技术专业英语(微电子学,大四)

Chapter 4 集成电路

4.1 简介

本章的简介将表明设计自动化在应对目前集成电路复杂度的令人瞩目的增长中扮演着一个重要的角色。设计一个百万级别的晶体管电路并且确保其能够在第一个硅片被生产出来时正确地运作，是一项令人却步的在没有电脑助手和已确定的设计方法的帮助下是几乎不可能完成的任务。一般而言，可供设计者选择的工具广泛的范围可被细分为几个大类。

•分析和验证工具是用于检查一个电路的响应并且帮助判定该响应是否符合规范范围。

•执行和综合的方法在生产及优化电路图或者是电路布局上帮助设计者。

•可测试性技术为一个装配式的设计的功能验证提供了一种设计方法和CAD工具的组合。

本章呈现的是对在上述那些分类之中的领军技术的简要概述。由于其领域的广泛性，我们不打算如此广泛地去进行描述。因为这样做的话，本章将会成为一本独立的教科书。

取而代之的是，我们将介绍一种用户的观点从而提供一种基本的看法并洞察这些不同的设计方法提供了什么以及我们可以从中期待些什么。这些信息必须足够令一个新手设计师能够开个好头。对深入讨论各种工具和环境的技术感兴趣的读者们可以参考相关话题的参考书，这些参考书有部分被列在参考文献里。

4.2 设计分析与仿真

一个设计师对设计自动化的最首要的期待是精确高速的分析工具的有效性。第一个获得广泛接受的CAD工具是SPICE电路仿真器，而且这毫无疑问的是目

前最有效益的数字电路的电脑辅助工具。然而，电路仿真会考虑一个半导体器件的所有的特性以及二阶效应以至于变得很耗时。当设计复杂电路的时候它就快速地变得笨重了起来，除非有人愿意在计算时间上花上好几天。设计师可以通过放弃建模精度以及诉诸于更高的描述水平来解决这复杂的问题。对于设计师们可用的不同抽象层次以及这些层次对仿真精度的影响的讨论是本节的主题。

就此，区分仿真和验证是十分有用的。在仿真方法中，设计参数的值，例如噪声容限、传输延迟、或者是耗散能，都是通过向电路模型施加一组激励向量，并且从所获得的波形信号中选择和提取参数得来的。尽管这种方法非常的灵活，但是它也有着缺点，那就是其结果非常依赖于所选取的激励。例如，一个脉冲进位加法器的延迟变化极大地依赖于输入信号。确定延迟的最坏情况需要仔细选择激励向量，从而使得完整的脉冲进位路径可以运作。不这么做的话将会得到毫无意义的结果。另一方面，验证则试图从电路描述中直接提取系统参数。例如，一个加法器的电路路径可以从一次对于电路图或是电路模型的检查中识别出来。这种方法有着结果不受激励向量的影响并且被一般认为是极其简单的。而说到其缺点，这种方法常常需要对电路设计风格有着内在理解。就如脉冲加法器的例子那样，传输延迟的测定需要对构成电路的逻辑运算（例如动态逻辑或者静态逻辑）以及传播延迟的定义的理解。以此作为另一个例子，在同步电路的最大时钟速度被确定下来之前优先识别出寄存器元件是非常重要的。

区分众多的模拟方法和抽象层次的最佳方式是确认数据以及时间变量是如何被表现为模拟、连续变量，表现为离散信号，或是表现为抽象数据模型的。

五、微机械系统

在过去的十年里，许多促进微机械系统推广普及的新的制造技术已经发展起

来，在工程和科学的不同领域的大量新器件（制造）被报道。其中一个领域就是微波和毫米波系统。针对于微波应用的微机械系统技术能够解决很多关于高频无线通信技术的有趣的难题。个人通信设备的现代极速的发展迫使得市场寻求小型化而高效的设备，这种设备随着射频微机系统的发展将成为可能。

术语射频微机系统涉及到射频集成电路的微机械系统的设计和制造。它不应该只是被理解为工作于射频电路的传统微机械系统器件。在射频微机械系统（领域）的微机械系统器件被运用于分立射频器件或元件的使用和调节，如可变电容器、开关、和滤波器。传统微机械系统可以分为两类:微机械系统驱动器和微机械系统传感器。第一个是一种可动机械装置被一个电信号所激活如微电机。微传感器在目前有大规模的应用。从历史上看,由于其易于制造,微传感器是最早的微系统。这样的小系统没有变得流行的另一个原因是大量的能量被消耗在一个微小系统上却不会引起相关的系统的太大影响。然而,从长远来看,对微波和毫米波系统,这些力量是足以改变整体系统的性能。无源器件包括大容量微型机械输电线路、滤波器和耦合器。有源微机械系统器件包括开关,调谐器和可变电容器。被使用于移动晶片表面上的结构的电动势是典型的通过磁,热量，甚至基于已开发的微调动器结构的气体来实现静电吸引。

随着布朗(1998年)发表的论文后，射频微机械系统迄今的发展，基于是否需要一个射频或微机械系统观点，可以分为以下几类:(1)射频外在是微机械系统结构位于射频电路外并且执行或控制射频电路中的其他设备。在这个类中,将考虑一个例子关于可调频微带传输线和相关的相位移器和数组。微带线是广泛用于互连高速电路和组件,因为它们可以通过简单的自动化技术制作的。(2)射频内在是微机械系统结构坐落在射频电路中并且具有驱动和射频电路功能。在这个类中,

可以考虑传统悬臂和膜片式微机械系统可以用作静电微动开关和梳式电容器(布朗,1998)。随着电活性聚合物(eap)的发明,多功能智能聚合物和显微立体光刻,这些类型的射频微机械系统很容易联系到聚合物系统。他们也灵活,稳定而持久的。此外,他们可以与有机薄膜晶体管集成。射频微机械系统结构的活性坐落在里面,在那里有一个射频耦合的衰减函数。在这个类中,电容耦合可调谐滤波器和谐振器提供必要的射频电路功能。位于薄介电质膜上的微波和毫米波平面滤波器表现出低损耗,并适合于低成本、高性能毫米波,单芯片的集成电路。

最早的关于应用硅于射频微机械系统的微波技术的报道是在利用表面微型机械执行器来实现微波开关的应用领域。这些拥有很高的线性度,低直流备用电源和低插入损耗(拉尔森,1999)。这些开关是基于静电吸引来平衡开关梁上适当的机械力使得开关拉到正确的位置。这个开关可以设计成当其关闭，呈现出近50欧姆宽频阻抗；当其没有连接，电路形同开路。这个特性使微波应用成为很有吸引力的选择。一些新的开关结构也被报道,包括空中桥梁结构(eshelman和dennston戈德史密斯,1998)。这种结构利用很高的电容变化来实现转换作用。,然而这个方案却面临着相对较高的切换电压要求。

微机械系统技术也用于可变电容器领域的射频应用,作为变容二极管和调谐器的替代品, (吴等等。,1998)。这里,使用合适的制造方法，无论是横向者是平行板可变电容都可以被得到。平行板电容变化值的是大于3:1，这使它们能够引起单片压控振荡器的宽带调谐。然而它们的范围通常被结构的低频机械共振所限制。

六、科学技术文献的例子

6.11