专用集成电路

• ASIC设计实例
• ASIC测试与可测性设计 -----测试部分
• ASIC的设计工具
-----设计实现部分
本课程与其他课程的区别与联系
• 基础课程 数字电路设计
• 与集成电路设计课区别与联系 偏重系统设计
课程的实施办法
• 课堂讲授 • 上机实验 • 考核方法：70%笔试，大作业30%
第一章 绪 论
• 大圆盘直径（Wafer size）
大圆盘的直径决定了每个大圆盘上可 生产的集成电路管芯的数目，大圆盘直 径越大，每个大圆盘上可生产的集成电 路管芯越多，每个芯片的生产成本就会 越低，所以随着集成电路工艺水平的不 断提高，大圆盘的直径也在不断地增加， 从4 inch增加到现在的12 inch(300mm)。
混合（Mixed）集成电路：既可处理模拟信 号也可处理数字信号的集成电路称为混合集成 电路。如AD、DA变换器等集成电路。
2、双极型、CMOS、BiCMOS 工艺
3、VLSI：Very Large Scale Integration or Very Large Scale Integrated circuit。指大 规模集成电路。
• 铝连接技术与铜连接技术
以前的集成电路的金属连线一般采用 铝连接技术，由于铜比铝的导电性能更 好，所以新技术采用铜连接技术（copper interconnects）。
• 供电电压（Supply voltage） 芯片的供电电压越来越低，现在管芯电压
已达到1.5V以下
• 目前芯片制造业发展的三大趋势：采用更大尺 寸的大圆片（硅晶片）；采用铜互连技术替代 铝互连技术；进一步缩小ຫໍສະໝຸດ Baidu片内部电路尺寸， 采用0.045μm甚至0.032μm制造技术。
• 金属层层数（Number of wiring levels）
金属层用来连接芯片中的基本单元 电路，金属层越多，器件的集成度越高。 集成电路的金属层已从最早的一层金属 布线发展到现在的6层金属布线，不久可 能会出现8层金属布线。
• 管芯面积（Die Size）
管芯面积一般指芯片在大圆盘上所 占的表面面积。通常是用mm2为单位来 衡量的。芯片管芯面积越小，则每个大 圆盘制造出的芯片就越多。管芯面积与 电路的复杂程度、制造工艺及电路设计 有关。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
什么是ASIC？ ASIC的分类 ASIC的设计方法 ASIC的设计层次 ASIC的设计流程
第一节 什么是ASIC？
一、微电子技术及集成电路的发展史
1、集成度
晶体管：1949年出现
门电路：1956年出现。
SSI集成电路：1960年出现，指集成度〈100门/芯片的集成电路。
4、SOC：System On Chip，指系统集成电 路。
5、IP：Intelligent Property，指知识产权模 块，是一种预先开发好的、经过验证的、 可完成特定功能的电路模块。用户可购 买这种IP，用于自己的设计中，以加快 设计速度。
三、什么是专用集成电路（ASIC）？
ASIC是英语Application Specific Integrated Circuit 的缩写，它是相对通用集成电路而言的， 是为某个或某些用户专门用途而设计生产的芯 片。
数字专用集成电路设计
2011年9月
主要内容
• 绪论 • CMOS集成电路工艺与版图 • FPGA原理 • Actel生产的FPGA • 基于RAM型FPGA • CPLD的基本原理与结构
设计基础
主要内容
• ASIC设计基础
• 同步设计方法
• 接口电路与存贮器
----设计方法部分
• VHDL语言简介
3、制造工艺
l 特征尺寸（feature size）
所谓特征尺寸是指器件中最小线条宽 度，对MOS器件而言，通常指器件栅电 极所决定的沟通几何长度，是一条工艺 线中能加工的最小尺寸，也是设计中采 用的最小设计尺寸单位（设计规则）， 常常作为技术水平的标志。
缩小特征尺寸从而提高集成度是提高产品
MSI集成电路：1966年出现，指集成度在100门~1000门/芯片的 集 成电路。
LSI集成电路：1970年出现，指集成度在1000门~10000门/芯片 的集成电路。
VLSI集成电路：1975年出现，指集成度在10000门~100000/芯片 的集成电路。
ULSI 集成电路（ultralarge scale integration ）：1M–10M门/芯 片。
4、Moore 定律：集成电路上的晶体管数每 18个月翻一翻而性能提高一倍。
IC发展
• 特征尺寸 • 大圆盘直径
集成度 性能
• 设计手段与设计技术
二、有关集成电路设计的几个名词
1、模拟、数字、混合集成电路
模拟（Analog）集成电路：处理模拟信号 的集成电路。
数字（Digital）集成电路：处理数字信号的 集成电路。
1、通用IC与ASIC的区别：
• 每批生产量: 通用1万片以上
• 电路设计者
用户或用户委托ASIC设计公司 厂家设计
• 设计思想
面市快 芯片面积最小
• 设计方法
2、采用ASIC的优点 1) 减少电路板面积； 2) 减少电路板上引脚数； 3) 减少功耗； 4) 减少热量 5) 降低成本 6) 提高性能 7) 提高可靠性； 8) 增强可测性； 9） 增加安全性，保护知识产权。
性能/价格比最有效手段之一。只有特征尺寸缩 小了，在同等集成度的条件下，芯片面积才可
以做得更小，同等直径的大圆盘产出量才可以
提高。当然，加大大圆盘的直径，同样也可以
提高产出量，而集成度的提高不仅可以提高产 出量，而且可以使产品的速度、可靠性都得到
提高，相应地成本可以降低。目前最高水平的 几何尺寸为0.045μm(45nm) ，不久将出现特征 尺寸为0.032μm(32nm)的生产工艺。
1971年Intel 公司的4004芯片只有2300 个晶体管，现在PIII 芯 片的集成度为9.5 million transistors, P4具有42 million transistors。
第一节 什么是ASIC？
2、工作速度
集 成 电 路 的 工 作 频 率每两 年 翻一翻 ， 下图表 示 INTEL CPU 工作频率随时间增长情况。