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第二十二章集成电路计算机辅助设计简介.ppt
第二十一章 集成电路计算机辅助设计简介 信息工程学院 李薇薇 liweiwei@hebut.edu.cn 22.1 概述 首先根据用户提出的系统的功能(或系统的指标)要求,将该系统划分成若干个子系统,称为功能设计(或系统划分)它规定了各子系统之间的功能关系。然后对构成子系统的网络进行逻辑设计。 逻辑设计的任务是用已有的基本单元来确定满足逻辑功能的逻辑电路结构,这些逻辑单元可以是逻辑门,也可以是具有一定逻辑功能的功能块。 功能设计和逻辑设计在整个设计过程中是最为复杂的。在逻辑设计完成后,逻辑模拟是很重要的,因为任何逻辑设计上的错误如果一直到芯片做出来之后才能发现(有时往往很难分消是否是逻辑设计上的错误),就要花费很多的时间和费用去纠正,而且每纠正一次都带重新进行电路设计、版图设计和工艺流水。 如果逻辑模拟验证了所设计的系统或网络实现了预期的要求,就可直接进行电路设计,将逻辑网络变换成电子电路。电路设计的要求是根据已验证的逻辑网络,确定能满足电路性能(如直流特性、开关特性和频率响应等)的电路结构和元件参数,并考虑由于工作环境变化(如温度变化、电压拉偏等)和制造工艺偏差所引起的性能变化。再用电路模拟程序(如SPICE2)进行电路模拟,在模拟的基础上修正电路。当电路设计基本满足要求后,可着手进行版图设计。 版图设计是根据设计规则把经验证的电路设计成制造芯版所用的掩模版图。在标准单元的器件设计、电路设计、逻辑设计以及布局布线设计中,每一步都要用计算机进行验证。 1、器件设计 器件设计的目的是根据现实的工艺水平和电学性能要求确定晶体管、电阻等各器件的结构和尺寸,如发射极宽度、发射区面积、基极尺寸、发射结深度、基区宽度、MOSFET的W/L等。 通常采取的方法是,以基本特性已被确认的制造工艺和器件结构为前提,依据直接将器件结构和电特性联系起来的器件模型,通过近似计算来确定设计参数。当引进新的制造工艺或器件结构,或想求得精密的电特性时,则若限于确定半导体器件电特性的基本偏激微分方程组(连续方程、电流方程、泊松方程),利用计算机进行模拟确定器件特性。 2、电路设计 电路设计的目的是确定可以满足所期望的电学参数的那种电路结构(元件的连接关系)和元件特性(电阻阻值、晶体管模型的参数等)。通常是用电路分新程序进行模拟,对人工设计的结果作性能评价,并根据这种评价来改进电路构成和元件特性。 3、逻辑设计 逻辑设计的目的是最终通过门电路级(由AND,OR,NOT等基本门构成)来确定可以满足所期望的逻辑规格的那种逻辑构成。这时,逻辑信号作为数值1,0来处理,设计结果用逻辑电路团、布尔公式或特定的语言来表示。通常,以设计者为主体进行逻辑设计,并通过逻辑模拟程序对设计好的逻辑电路图进行逻辑模拟,以确定逻辑功能,改进设计,通常就是这样反复进行设计。 4、布局布线设计和原图处理 布局布线设计(亦称版图设计)是根据电路图来决定LSI芯片内的元件如何配置,并确定这些元件之间的布线路径。这时,需要尽量缩小功能块面积或集成电路芯片面积。整个系统的电路设计和总版图的设计过程及CAD技术的利用,与设计标准单元时相似,但在总版图设计完成后,应对其进行验证和后模拟,以确定所设计版图的正确性。 IC设计流程 IC设计典型的是采用Top-down的设计方法,主要包括三个主要的阶段: 系统功能设计; 逻辑和电路设计; 版图设计; 集成电路设计的最终输出是掩膜版图,通过制版和工艺流片可以得到所需的集成电路。 设计与制造之间的接口:版图 典型的实际IC设计流程 需要较多的人工干预; 某些设计阶段无自动设计软件,需要人工进行干预,通过模拟分析软件来帮助完成设计; 各级设计需要验证,包括系统设计验证、逻辑验证、电路验证、版图验证等; 验证方法:仿真(系统设计/数字电路/模拟电路) 形式验证(数字电路) DRC/ERC/LVS/LPE(版图) 实际电路验证(FPGA/PCB) 22.2 集成电路CAD中常用的工具简介 22.2.1 器件设计 器件模拟——在给定半导体器件的物理结构和杂质分布的条件下,通过软件直接求解在适当的边界条件下半导体器件的基本方程,从而求得器件的电学特性,如伏安特性和一些电学参数。器件模拟在按照新的器件结构或制造工艺确定器件特性的情况下是很有用的。 集成电路按其制造材料分为两大类:一类是Si(硅),另一类是GaAs(砷化镓)。目前用于ASIC设计的主体是硅材料。但是,在一些高速和超高速ASIC设计中采用了GaAs材料。用GaAs材料制成的集成电路,可以大大提高电路速度,但是由于目前GaAs工艺成品率较低等原因,所以未能大量采用。 1、双极型晶体管大
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