数字集成电路设计版图设计PPT课件
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《数字集成电路》课件
1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模
集成电路设计3版图设计PPT课件
N阱
P型衬底
24.09.2020 4
硅芯片上的电子世界--电阻
• 电阻：具有稳定的导电能力（半导体、导体）； • 芯片上的电阻：薄膜电阻；
薄膜电阻
宽度：微米
厚度：百纳米 硅片
24.09.2020 5
电阻的版图设计
• 能与CMOS工艺兼容的电阻主要有四种：
• 扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻、MOS电阻
22
硅芯片上的电子世界—晶体管
• 三级管：pnp，npn • 硅芯片上的三极管：
24.09.2020
P+ …N…+. P+
N阱
P型衬底
23
三极管的设计
CMOS工艺下可以做双极晶体管。 以N阱工艺为例说明PNP, NPN如何形成。
（1）多晶硅电阻 最常用，结构简单。在场氧（非薄氧区域）。
多晶硅电阻（poly）
辅助标志层： res_dum
24.09.2020
P型衬底
为什么电阻要做在 场氧区？
6
（2）扩散电阻
在源漏扩散时形成，有N+扩散和P＋扩散电阻。在CMOS N阱 工艺下，N+扩散电阻是做在PSUB上，P＋扩散是在N阱里。
24.09.2020 13
平板电容
辅助标志层： cap_dum
比例电容的版图结构
P型衬底
24.09.2020
C2=8C1
14
平板电容
常见结构：MIM, PIP, MIP；
PIP、MIP结构，传统结构；
MIM结构，使用顶层金属与其下一层金属；
精度好；
下极板与衬底的寄生电容小；
钝化层
第n层金属
MIM 上电级
集成电路CAD设计
P型衬底
24.09.2020 4
硅芯片上的电子世界--电阻
• 电阻：具有稳定的导电能力（半导体、导体）； • 芯片上的电阻：薄膜电阻；
薄膜电阻
宽度：微米
厚度：百纳米 硅片
24.09.2020 5
电阻的版图设计
• 能与CMOS工艺兼容的电阻主要有四种：
• 扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻、MOS电阻
22
硅芯片上的电子世界—晶体管
• 三级管：pnp，npn • 硅芯片上的三极管：
24.09.2020
P+ …N…+. P+
N阱
P型衬底
23
三极管的设计
CMOS工艺下可以做双极晶体管。 以N阱工艺为例说明PNP, NPN如何形成。
（1）多晶硅电阻 最常用，结构简单。在场氧（非薄氧区域）。
多晶硅电阻（poly）
辅助标志层： res_dum
24.09.2020
P型衬底
为什么电阻要做在 场氧区？
6
（2）扩散电阻
在源漏扩散时形成，有N+扩散和P＋扩散电阻。在CMOS N阱 工艺下，N+扩散电阻是做在PSUB上，P＋扩散是在N阱里。
24.09.2020 13
平板电容
辅助标志层： cap_dum
比例电容的版图结构
P型衬底
24.09.2020
C2=8C1
14
平板电容
常见结构：MIM, PIP, MIP；
PIP、MIP结构，传统结构；
MIM结构，使用顶层金属与其下一层金属；
精度好；
下极板与衬底的寄生电容小；
钝化层
第n层金属
MIM 上电级
集成电路CAD设计
《数字集成电路设计》PPT课件
② x和z值 在数字电路中，x代表不定值，z代表高阻值。 例如： 8’b1001xxxx 表示位宽8的二进制数第四位为不定值。
ⅱ. Parameter常数
在Verilog中，用parameter定义一个标识符代表一个常量，称为符 号常量。采用标识符代表一个常量可提高程序的可读性和可维护 性。其定义结构如下：
Verilog HDL程序模块包括模块名、输入输出端口说明、 内部信号说明、逻辑功能定义等几部分。
程序模板如下：
module <模块名>(<输入、输出模块列表>); /*端口描述*/ input <输入端口列表>; output <输出端口列表>;
/*内部信号说明*/ wire //nets型变量 reg //register变量 integer //常数
位运算是对两个操作数相应位进行运算操作数的位数是不变的而缩减运算时针对单个操作数先将操作数的第一位于第二位进行运算再将结果与第三位进行运算以此类推直到最后一位其结果是一个一位二进制数
数字集成电路设计
FPGA结构与设计流程
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵 列，是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，即 解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
wire[n:1] 变量名1，变量名2，……，变量名n；
ⅱ. register型变量
register型变量对应于具有状态保持作用的电路元件，如触发器，锁 存器等。它只有明确地赋值后才能对其他变量赋值，重新赋值前一 直保持原值。在设计中，此类变量必须放在块语句(always语句)中， 通过过程语句赋值。同一个register型变量只能在一个块语句中重复 赋值，而不能同时在多个块语句中重复赋值使用。register型变量包 括reg型和integer型。
数字集成电路 数字集成电路设计流程和设计方法PPT课件
pmos p2 (i2, il, b); pmos p3 (i3, i2, c); pmosp4 (il, vdd, b); pmos p5 (i2, il, c); pmos p6 (i3, i2, a); pmos p7 (co, vdd, i3); end module
第16页/共58页
第17页/共58页
pmos p4 (i4, vdd, b); pmos p5 (i4, vdd, a); pmos p6 (co, vdd, en); pmos n6 (co, vss, en); end module
第18页/共58页
2.2 设计描述
• 四、物理描述
•
电路的物理描述是用来定义在硅表面的物理实现，并由物理实现
数字集成电路设计总体上可分为
1.电路设计（前端设计）
电路设计是指根据对ASIC的要求或规范，从电路系统的行为描述开 始，直到设计出相应的电路图，对于数字系统来说就是设计出它的 逻辑图或逻辑网表
2.版图设计（后端设计）
版图设计就是根据逻辑网表进一步设计集成电路的物理版图，也就 是制造工艺所需的掩膜版的版图。
Verilog-HDL 描述进位算法描述
module carry (co,a,b,c); output co; input a,b,c;
wire #10 co=(a&b)|(a&c)|(b&c) end module
第11页/共58页
2.2 设计描述
• 三、结构描述
•
结构描述规定了电路系统的结构，规定了元件之间的连接关系，
第4页/共58页
2.1 设计流程
• 二、Top-Down设计
•
从电路行为到逻辑结构的转换是由逻辑综合这一步骤自动进行的。逻辑综合
数字电路版图设计PPT课件
4
2.2 命令行选项
L-Edit还可以用Windows任务栏上的Start（开始）按 钮打开的菜单上的Run（运行）命令启动。在Run（运行） 对话框中用Browse（浏览）按钮选择ledit.exes所在目录。 在ledit.exes命令后面加TDB文件名称将打开该TDB文件。 在命令行还可以命令行选项实现一些特殊目的：例如选项 -f1忽略配置文件（见应用参数设置）；选项-f1忽略注册 信息；选项-n隐藏L-Edit的标题屏幕；选项-d防止当前默 认目录的变化，保持上次使用的目录为默认目录（如不同 该标志，L-Edit设置上次在命令行指定的TDB文件的目录 为当前目录）；选项-s防止L-Edit命令与命令行中的TDB文 件连接等。
启动L-Edit后，L-Edit会寻找初始化文件ledit.tdb.该文件内含有
L-Edit的各种设置信息。L-Edit先在当前目录查找。如在当前目录中不
存在该文件，L-Edit会接着在L-Edit执行文件所在目录寻找。如不能找到
这个文件，L-Edit会给出警告。 .
3
不管能否找到初始文件，L-Edit窗口都打开，同时创建一个 新TDB文件Layouto以及一个新单元Cello.
另一种打开L-Edit窗口途径是使用某个特殊文件的设置 信息：双击文件目录或资源管理器中TDB文件的图标。TDB 文件是L-Edit的设计文件或数据库文件，内含L-Edit的设置信 息，也可能有版图数据。用这种方式打开L-Edit，同时打开 该TDB文件和它的单元。TDB文件图标的例子如图2所示：
.
实验五 数字电路版图设计（LEDIT）
集成电路设计通常需要经历三个阶段：系统设计、 电路设计和版图设计。版图设计是IC设计的重要一环， 这也是IC设计的最后一个环节。版图编辑一般只能在 大型计算机和工作站上进行，因而硬件造价高，操作 复杂，维护困难。当然对于规模不是很大的电路，也 有一些微机版的版图编辑软件可以采用。在微机上使 用最为普通的是Tanner Tools中的L-Edit。其设计结 果的输出格式通常为标准的CIF格式，版图可以人工 布局布线，也可以根据电路设计完成后生成的EDIF
集成电路版图设计 ppt课件
WW
top-metal (18 mOhm/sq)
MMeetatal -l1
WW
ILD WW
WW
A-Si
PSD
PSD
PSD
NSD
NSD
VTP PAPT
NAPT
Nwell
Pwell
WW
WW
MMeetatal-l3 WW
WW WW
Poly
NSD
Trench oxide
P Substrate 6
8.2 版图几何设计规则
导电层作为下电极 绝缘层作为平板电容两电极间的介质 导电层作为上电极 电容计算公式：
Ctotal [ fF ] Carea [ fF / m2 ]* area[ m2 ] C fringe[ fF / m ]* perimeter[ m ]
电阻的可变参数：电阻宽度(width)、电阻值(R)。
19
多晶硅电阻
2.0
3.0
2.0
2.0
2.0
Poly
Metal1
Xd
Xd
1.0
1.5
Contact
图8.7 第一层多晶硅电阻俯视图
3.0
Electrode
Metal1
Contact
Xd 1.0
2.0
图8.8 第二层多晶硅电阻俯视图
20
多晶硅电阻（续）
MOS管的可变参数为：栅长(gate_length)、栅宽(gate_width) 和栅指数(gates)。
栅长(gate_length)指栅极下源区和漏区之间的沟道长度，最 小值为2lambda=0.4μm。
栅宽(gate_width)指栅极下有源区(沟道)的宽度，最小栅宽为 3 lambda=0.6μm。
《数字集成电路设计》课件
加法器和减法器
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
《集成电路版图设计》课件
元器件工作原理
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶 体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如 电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确 性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、 掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重 要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电 路版图设计
案例一
某数字集成电路版 图设计
案例三
某射频集成电路版 图设计
案例五
某可编程逻辑集成 电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、 高复杂度、高一致性的特点，需 要综合考虑电路功能、性能、可 靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电 路设计转化为实际产品的 关键环节，是实现电路功 能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高 集成电路的性能和可靠性 ，确保产品在长期使用中 保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证 ，确保版图设计的正确性和可 制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节， 进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导 体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶 体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如 电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确 性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、 掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重 要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电 路版图设计
案例一
某数字集成电路版 图设计
案例三
某射频集成电路版 图设计
案例五
某可编程逻辑集成 电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、 高复杂度、高一致性的特点，需 要综合考虑电路功能、性能、可 靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电 路设计转化为实际产品的 关键环节，是实现电路功 能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高 集成电路的性能和可靠性 ，确保产品在长期使用中 保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证 ，确保版图设计的正确性和可 制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节， 进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导 体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。
《集成电路版图设计》(第二章)PPT课件
方式二：选择Attach
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
三、显示文件准备
LSW窗口：
✓ nwell是N 阱，PMOS管做在N阱中； ✓ ndiff是N型扩散区，也叫N型有源区（active），用来做NMOS管； ✓ pdiff是P型扩散区，也叫P型有源区，用来做PMOS管； ✓ nimp是N型扩散区注入层； ✓ pimp是P型扩散区注入层； ✓ poly是多晶层，主要用来做管子的栅极； ✓ cont是接触孔contact； ✓ metal1是一铝层； ✓ via1是一铝层和二铝层之间的连接孔，称为通孔； ✓ metal2是二铝层； ✓ pad是压焊点所在的层； ✓ 其它还包括一些特殊器件上的标识层等等
3、单元的宽长比设 置原则——最常见 宽长比的设置
逻辑图中每一 个管子宽长比 的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长 比设置原则— —最常见宽长 比的设置（续）
单元符号的建立和 Label的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长比 设置原则——其它 宽长比的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
第一部分、D508项目逻辑图的准备
一、逻辑图输入工具启动
二、一个传输门逻辑图及符 号的输入流程
三、D508项目单元逻辑图的准备 四、D508项目总体逻辑图的准备
第二部分、D508项目版图输入准备
一、设计规则准备 二、工艺文件准备 三、显示文件准备
第三部分、版图设计步骤及操作
三、显示文件准备（续）
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
Display Resource Editor 窗口：
集成电路版图设计-59页PPT资料
3.5 dracula验证流程
• 使用Dracula 和Diva 的第一步是编写与自己的工艺一致 的命令文件，包括DRC、 ERC、 LVS、 LPE 文件。
3.6 dracula验证流程
3.7 dracula验证流程
3.8 参考及帮助
• 与版图验证有关的在线文档主要有以下 几个。InQuery 是用来显示验证结果的：
版图设计师的工作是将所设计的电路转换为图形描述格 式，即设计工艺过程需要的各种各样的掩膜版，定义这 些掩膜版几何图形的过程即Layout；
层次化、模块化的布局方式可提高布局的效率；
1.1 人工版图设计必要性
• 需要人工设计版图的场合 1、数字电路版图单元库的建立 2、绝大部分的数模混合电路 3、其它自动布线不能满足要求的设计
1.14电源线
1.15 掩蔽技术
• 掩蔽技术可以防护来自于或者去向衬底的电容耦 合。可以减小两条金属线之间的cross-talk
第二部分 Cadence版图设计工具 Virtuoso Layout Editor 介绍
2.1 版图规划与步骤
• 版图设计通常包括：模块化分；模块布局 (Pin的位置 和方向)；器件的布局和连接；块之间连结；I/O的位置 和连接
• 显示对于版图设计也很重要因此一定要有自己 的显示文件display.drf
2.4启动
• 启动版图大师的指令有： • Icfb：Full IC design environment • LayoutPlus: layout editor+diva • Layout: layout editor • 通过上述方法启动版图大师后，就会出
2.24 Layout (Design) Rules (VI)
《集成电路版图设计》课件
布局原则
在布局时，应遵循一些基本原则，如模块化、层次化、信号流向清晰等，以提高 布局的可读性和可维护性。
优化方法
可以采用一些优化方法来提高布局的效率和可读性，如使用自动布局算法、手动 调整布局、考虑布线约束等。
布线优化
布线原则
在布线时，应遵循一些基本原则，如 避免交叉、减少绕线、保持线宽一致 等，以提高布线的可靠性和效率。
04
集成电路版图设计技巧与优化
布图策略与技巧
布图策略
根据电路功能和性能要求，选择合适的布图策略，如层次化、模块化、对称性 等，以提高布图的效率和可维护性。
技巧
在布图过程中，可以采用一些技巧来提高布图的效率和可读性，如使用标准单 元、宏单元等模块化设计，以及合理利用布局空间、避免布线拥堵等。
布局优化
用于实现电路中的电阻功能，调节电流和电 压。
电感器
用于实现电路中的电感功能，用于产生磁场 和感应电流。
版图设计规则
几何规则
规定了各种几何元素的使用方法和尺寸 ，以确保版图的准确性和一致性。
器件规则
规定了各种器件的尺寸、形状和排列 方式，以确保器件的性能和可靠性。
连线规则
规定了各种连线元素的宽度、间距和 连接方式，以确保电路的可靠性和稳 定性。
直线
用于连接集成电路中的不同部 分，实现电路的导通。
弧线
用于表示不同层之间的过渡， 以平滑电路。
折线
用于表示复杂电路中的分支或 连接点。
点
用于表示电路中的节点或连接 点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 器件元素
晶体管
用于实现电路中的逻辑功能，是集成电路中 的基本元件。
电容器
用于实现电路中的电容功能，用于存储电荷 和过滤信号。
《集成电路设计》课件
掺杂与刻蚀
在晶圆表面进行掺杂和刻蚀， 形成电路元件和互连结构。
晶圆制备
将高纯度硅晶棒进行切片，得 到晶圆片，作为集成电路制造 的基础材料。
图案转移
将设计好的电路图案通过光刻 技术转移到晶圆表面，形成电 路图形。
金属化与封装
在晶圆表面沉积金属，形成电 路的互连线路，并将单个芯片 封装成最终的产品。
集成电路工艺材料
详细描述
数字集成电路设计案例通常包括门电路设计、触发器设计、寄存器设计等，这些基本单元是构成复杂数字系统的 基石。此外，数字系统级的设计案例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器等，这些系统级芯片广泛应用于 计算机、通信、控制等领域。
模拟集成电路设计案例
总结词
模拟集成电路设计案例主要涉及放大器、滤波器、比较器等模拟电路单元的设计，以及模拟系统级的 设计。
电视、音响、游戏机 等。
工业控制
PLC、DCS、机器人 等。
汽车电子
发动机控制、ABS、 ESP等。
02
集成电路设计基础
集成电路设计流程
需求分析
对产品需求进行调研，明确设计目标、性能 指标和限制条件。
规格制定
根据需求分析结果，制定出具体的规格说明书 ，包括芯片功能、性能参数等。
架构设计
根据规格说明书，设计出芯片的总体结构，包括 各个模块的组成和相互关系。
电路仿真工具
用于模拟电路的行为和性能， 常用的有ModelSim和 Matlab Simulink。
物理设计工具
用于将电路设计转换为版图， 常用的有Cadence和 Synopsys。
测试工具
用于测试芯片的性能和功能， 常用的有JTAG和Boundary Scan。
数字集成电路设计流程ppt课件
半定制设计方法又分成基于规范单 元的设计方法和基于门阵列的设计方法。
基于规范单元的设计方法是：将预 先设计好的称为规范单元的逻辑单元， 如与门，或门，多路开关，触发器等， 按照某种特定的规那么陈列，与预先设 计好的大型单元一同组成ASIC。基于规 范单元的ASIC又称为CBIC(Cell based IC)。
组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
按功能分类 模拟电路 线性电路 非线性电路
数模混合电路
集成电路的设计过程：
设计创意
功能要求
+
行为设计〔VHDL〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿真验证
否 行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 规划布线——幅员
后仿真
是
否
—设计业—
Sing off 集成电路芯片设计过程框架
设计的根本过程 〔举例〕 功能设计 逻辑和电路设计 设计验证 幅员设计 集成电路设计的最终输出是掩膜幅员，经过制版
系统级算法级寄存器传输级也称rtl逻辑级与电路级5354系统级行为性能描述cpu存储器控制器芯片电路板子系统算法级算法硬件模块数据结构部件间的物理连接rtl状态表alu寄存mux微存储器芯片宏单逻辑级布尔方程门触发器单元布图电路级微分方程晶体管电阻电容管子布图层次行为域结构域物理域55分类内容语言描述verilog语言等功能描述与逻辑描述功能设计功能图逻辑设计逻辑图电路设计电路图版图设计符号式版图版图举例
数字集成电路 设计流程
一、集成电路设计引见
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电 路而言)
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展封装，电路 与外部的衔接靠引脚完成。
基于规范单元的设计方法是：将预 先设计好的称为规范单元的逻辑单元， 如与门，或门，多路开关，触发器等， 按照某种特定的规那么陈列，与预先设 计好的大型单元一同组成ASIC。基于规 范单元的ASIC又称为CBIC(Cell based IC)。
组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
按功能分类 模拟电路 线性电路 非线性电路
数模混合电路
集成电路的设计过程：
设计创意
功能要求
+
行为设计〔VHDL〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿真验证
否 行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 规划布线——幅员
后仿真
是
否
—设计业—
Sing off 集成电路芯片设计过程框架
设计的根本过程 〔举例〕 功能设计 逻辑和电路设计 设计验证 幅员设计 集成电路设计的最终输出是掩膜幅员，经过制版
系统级算法级寄存器传输级也称rtl逻辑级与电路级5354系统级行为性能描述cpu存储器控制器芯片电路板子系统算法级算法硬件模块数据结构部件间的物理连接rtl状态表alu寄存mux微存储器芯片宏单逻辑级布尔方程门触发器单元布图电路级微分方程晶体管电阻电容管子布图层次行为域结构域物理域55分类内容语言描述verilog语言等功能描述与逻辑描述功能设计功能图逻辑设计逻辑图电路设计电路图版图设计符号式版图版图举例
数字集成电路 设计流程
一、集成电路设计引见
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电 路而言)
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展封装，电路 与外部的衔接靠引脚完成。
集成电路工艺和版图设计参考ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
微电子制造工艺
23.02.2024
Jian Fang
1
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
23.02.2024
Jian Fang
10
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
Process Specialties has developed the world's first production 300mm Nitride system! We began processing 300mm LPCVD Silicon Nitride in May of 1997.
23.02.2024
Jian Fang
12
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
Currently our PS300A and PS300B diffusion tools are capable of running both 200mm & 300mm wafers. We can even process the two sizes in the same furnace load without suffering any uniformity problems! (Thermal Oxide Only)
微电子制造工艺
23.02.2024
Jian Fang
1
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
23.02.2024
Jian Fang
10
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
Process Specialties has developed the world's first production 300mm Nitride system! We began processing 300mm LPCVD Silicon Nitride in May of 1997.
23.02.2024
Jian Fang
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认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
Currently our PS300A and PS300B diffusion tools are capable of running both 200mm & 300mm wafers. We can even process the two sizes in the same furnace load without suffering any uniformity problems! (Thermal Oxide Only)
第10章数字集成电路基本单元与版图精品PPT课件
（1） CMOS反相器的具体电路
（2） CMOS反相器物理结构的剖面图
（3）开关特性
我们希望反相器的上升时间和下降时间近似相等，
则需要使PMOS管的沟道宽度必须加宽到NMOS管沟道
宽度的 n / p倍左右。
Vi(t)
+VDD
0
Vo(t) +VDD 0.9VDD 0.1VDD
0
td tf
t
t tr
（10）以上有关尺寸的设计必须符合版图设计规则。
TTL与非门的版图设计
• 评价版图好坏的几个因素： ① 符合原电路设计指标； ② 面积最小； ③ 成品率高； ④ 可靠性高； ⑤ 具有可测试性。
TTL与非门的版图设计
• 双极型集成电路版图设计步骤： （1）划分隔离区 （2）元器件的版图设计 （3）元器件的布局 （4）布线
10.2 TTL基本电路及版图实现
10.2.1 TTL基本电路
• TTL反相器电路
VCC（5V）
Rb1 Rc2
Rc4
＋
T1
υ1
－
T2 Re2
T4
D ＋
T3 负 v0 载 －
GND
TTL基本电路及版图实现
（1）电路组成 该电路由三部分组成：
1）由双极型晶体管T1和电阻Rb1组成电路的输入级； 2）由T2、Re2和Rc2组成的中间驱动电路，将单端信号 υB2转换为双端信号υB3和υB4； 3）由T3、T4、Rc4和二极管D组成的输出级。 （2）工作原理 输入为高电平时，输出为低电平。 输入为低电平时，输出为高电平。
(b)为三输入端TTL与非门的代表符号
TTL基本电路及版图实现
• 或非门路
VCC
R1A
（2） CMOS反相器物理结构的剖面图
（3）开关特性
我们希望反相器的上升时间和下降时间近似相等，
则需要使PMOS管的沟道宽度必须加宽到NMOS管沟道
宽度的 n / p倍左右。
Vi(t)
+VDD
0
Vo(t) +VDD 0.9VDD 0.1VDD
0
td tf
t
t tr
（10）以上有关尺寸的设计必须符合版图设计规则。
TTL与非门的版图设计
• 评价版图好坏的几个因素： ① 符合原电路设计指标； ② 面积最小； ③ 成品率高； ④ 可靠性高； ⑤ 具有可测试性。
TTL与非门的版图设计
• 双极型集成电路版图设计步骤： （1）划分隔离区 （2）元器件的版图设计 （3）元器件的布局 （4）布线
10.2 TTL基本电路及版图实现
10.2.1 TTL基本电路
• TTL反相器电路
VCC（5V）
Rb1 Rc2
Rc4
＋
T1
υ1
－
T2 Re2
T4
D ＋
T3 负 v0 载 －
GND
TTL基本电路及版图实现
（1）电路组成 该电路由三部分组成：
1）由双极型晶体管T1和电阻Rb1组成电路的输入级； 2）由T2、Re2和Rc2组成的中间驱动电路，将单端信号 υB2转换为双端信号υB3和υB4； 3）由T3、T4、Rc4和二极管D组成的输出级。 （2）工作原理 输入为高电平时，输出为低电平。 输入为低电平时，输出为高电平。
(b)为三输入端TTL与非门的代表符号
TTL基本电路及版图实现
• 或非门路
VCC
R1A
chapter2数字部分集成电路cad设计PPT课件
Cmos数字电路
CMOS反相器 MOS传输门 静态CMOS门电路 动态CMOS电路 MOS其它单元电路
集成电路CAD设计
参考书目：
集成电路CAD设计
1、半导体集成电路，朱正涌 编著。清华大学
出版社。
2、数字集成电路电路-电路、系统与设计，[ 美]Jan M.Rabaey.周润德 译。电子工业出 版社。
MOS基本逻辑单元电路
集成电路CAD设计
MOS集成电路具有集成度高、功 耗低的特点，是当今大规模集成电路 的主流产品，尤其是CMOS集成电路。
静态MOS反相器
集成电路CAD设计
MOS反相器特性的分析是MOS基 本逻辑门电路分析的重要基础。
CMOS反相器
集成电路CAD设计
1. 结构和工作原理
MP 为PMOS,VTP <0, MN 为NMOS,VTN >0
实际存在漏电流（表面漏电， PN结漏电），有漏电功耗：
PD = IosVDD
设计时应尽量减小PN结面积
集成电路CAD设计
Vi
CI
Vi 0 IT 0
VDD MP Vo
MN CO
(2)交流功耗PA 由于节点都存在寄生电
容，因而状态转换时输入波 形有一定的斜率，使NMOS 和PMOS都处于导通态，存 在瞬态电流，产生功耗：
饱和 饱和 截止
MN VDVDO
0
VTN
VDD+VTP VDD Vi
3.噪声容限
(1)指定噪声容限
VOVHmDDin VO
集成电路CAD设计
Slope=-1
VDD
VOHmin 1
VOLmax
1
VNMHmax VIHmin
0
CMOS反相器 MOS传输门 静态CMOS门电路 动态CMOS电路 MOS其它单元电路
集成电路CAD设计
参考书目：
集成电路CAD设计
1、半导体集成电路，朱正涌 编著。清华大学
出版社。
2、数字集成电路电路-电路、系统与设计，[ 美]Jan M.Rabaey.周润德 译。电子工业出 版社。
MOS基本逻辑单元电路
集成电路CAD设计
MOS集成电路具有集成度高、功 耗低的特点，是当今大规模集成电路 的主流产品，尤其是CMOS集成电路。
静态MOS反相器
集成电路CAD设计
MOS反相器特性的分析是MOS基 本逻辑门电路分析的重要基础。
CMOS反相器
集成电路CAD设计
1. 结构和工作原理
MP 为PMOS,VTP <0, MN 为NMOS,VTN >0
实际存在漏电流（表面漏电， PN结漏电），有漏电功耗：
PD = IosVDD
设计时应尽量减小PN结面积
集成电路CAD设计
Vi
CI
Vi 0 IT 0
VDD MP Vo
MN CO
(2)交流功耗PA 由于节点都存在寄生电
容，因而状态转换时输入波 形有一定的斜率，使NMOS 和PMOS都处于导通态，存 在瞬态电流，产生功耗：
饱和 饱和 截止
MN VDVDO
0
VTN
VDD+VTP VDD Vi
3.噪声容限
(1)指定噪声容限
VOVHmDDin VO
集成电路CAD设计
Slope=-1
VDD
VOHmin 1
VOLmax
1
VNMHmax VIHmin
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23
23
6.2 设计规则
最小宽度与最小间距(1)
多晶线最小宽度
多晶线最小间距
24
24
6.2 设计规则
最小宽度与最小间距(2)Sme PotentialWell Active
0 or 6 10
3
Select
3 2
Different Potential
9
2
Polysilicon
2
Metal1
3
Contact
Metal1
nWell
pSelect
pWell
nSelect
有些工艺层的尺寸可以从其它层中运算得到。如nSelect减去poly即得n+， pSelect减去poly即得p+，故无需n+、p+7版
7
6.1 版图设计入门
N 阱 双 层 金 属 化 C M O S 工 艺 版 次
8
CMOS掩模版次
8
6.1 版图设计入门
0.25umCMOS掩模版次
9
9
6.1 版图设计入门
2个nFET串联
两个串联的nFET（有1个n+区被共享）
10
10
6.1 版图设计入门
3个nFET串联
三个串联的nFET（有2个n+区被共享）
技巧：能共用的区域一定要共用，共用n+或p+区优先于共用栅区
11
11
6.1 版图设计入门
两个并联的nFET
Polysilicon Aluminum
22
22
由于工艺不可避免地存在误差，所以设计者必须为之留出余量，设计规则即是这种余量的反映
6.2 设计规则
设计规则的分类
最小宽度 拓扑设计规(则绝对值）最 最短 小露 间头 距
离周边最短距离
最小宽w度 m 设计规(相 则对值最 最）短 小露 间ts头 距 ln
or Via
2
Hole
3
2
Metal2
4
3
25
25
6.2 设计规则
有源区接触窗口距离有 源区周边的最小距离
距周边最小距离
若不规定最小距离，就会导致n+p结短路
26
26
6.2 设计规则
多晶硅栅的最短 露头长度
最短露头
若无露头或露头过短，可能会在工艺允许误差范围之内导致漏与源之间短路
请观察AND与OR电路与版图的对称性
仔细观察NAND3和NOR3版图，就会发现除金属布线之外，两者是完全相同的，而将NAND3 21
21
的金属布线做垂直翻转，就能得到NOR3的金属布线，这是AND-OR的对称性在版图上的反映
6.2 设计规则
什么是设计规则
设计规则（DR，Design Rules） 因IC制造水平及物理极限效应对版图几何尺寸提出的限制要求 设计人员与工艺人员之间的接口与“协议” 版图设计必须无条件服从的准则
λ由IC制造厂提供，与具体的 工艺类型有关，m、n、l、h为 比例因子，与图形类型有关。
离周边最短d距 h离
1.拓扑规则也称Micron rules，lamda规则也称Scalable rules。
mda规则使用于不同工艺流程具有同样的设计规则，只要规定好不同工艺的lamda值即可。
Lamda规则只能在有限的尺寸范围内进行。（如在0.25um～0.18um之间）。
6.1 版图设计入门
带反相驱动器的传输门
传输门
18
18 左上角的pFET和左下角的nFET构成共栅的非门，右下部分为传输门，连接x的金属同时跨越了多晶和n+条
6.1 版图设计入门
NAND2
特点是“n串p并”
19
19
6.1 版图设计入门
NOR2
特点是“p串n并”
20
20
6.1 版图设计入门
NOR3/NAND3
▪ 尽可能缩短连线，以减少复杂度，缩短延时、
改善可靠性
4
4
6.1 版图设计入门
EDA工具的作用
版图编辑 规定各个工艺层上图形的形状、尺寸、位置 （Layout Editor）
规则检验 版图与电路图一致性检验（LVS，Layout Versus Schematic） 设计规则检验（DRC，Design Rule Checker） 电气规则检验（ERC，Electrical Rule Checker）
6.1 版图设计入门
非门:方案2
输入、输出上下出
14
14
6.1 版图设计入门
非门:方案3
最右端的n+区将n阱接电源VDD；最左端的p+区将p衬底接地。n阱通过 n+引出，p衬底通过p+引出，是为了减少接触电阻，改善接触线性
GND
In
VDD
A
A’
A 15
Out (a) L ayout
p - su b st ra te n+
布局布线 Place and route，自动给出版图布局与布线
5
5
6.1 版图设计入门
曼哈顿形状
EDA工具允许画各种形状的 图形，但大多数版图设计成 为直角三角形的组合，称之 为“曼哈顿几何形状”。
6
6
6.1 版图设计入门
Poly
Polycontact Metal2
CMOS工艺层
Via
ActiveContact
方案1：有1个n+区被共 享，有源区面积较小，但 互连线较长
2个nFET并联
方案2：n+区全部被分开， 有源区面积较大，但互连 线较短
12
原理图的画法最好与版图相对应
12
6.1 版图设计入门
非门:方案1
输入、输出左右出
13
1C3MOS版图的典型布局是：VDD在上方平行走线，GND在下方平行走线，门内部走线在其中分布，n阱及pFET在上半部分，nFET在下半部分
n p+
(b) C ross -S ection along A -A ’
电源、地左右出
A’
F ield
O xide
15
6.1 版图设计入门
16
非门相邻
两个独立非门相邻
共享电源、 共享地
16
6.1 版图设计入门
两个非门串联
非门串联
共享电源、地、源、漏
17
非反相缓冲门，无逻辑功能，用于信号整形、恢复电平、高输出驱动强度 17
集成电路设计基础
第6章 CMOS版图设计基础 p65
1
本章概要
版图设计入门 设计规则 基本工艺层版图
FET版图尺寸的确定 版图设计方法 标准单元版图
2
2
6.1 版图设计入门
版图设计的定义
设计目的
Layout design：定义各工艺层图形的形状、尺寸以及不同工艺 层的相对位置。
设计内容
布局：安排各个晶体管、基本单元、复杂单元在芯片上的 位置
布线：设计走线，实现管间、门间、单元间的互连 尺寸确定：确定晶体管尺寸（W、L）、互连尺寸（宽度）
以及晶体管与互连之间的相对尺寸等
3
3
6.1 版图设计入门
版图设计的目标
▪ 满足电路功能、性能指标、质量要求 ▪ 尽可能节省面积，以提高集成度，降低成本