ASIC的基本概念.PPT

模拟电路设计例子 提出系统设计需求； 设计指标为：低频小信号增益为2，消耗的电流小于2mA，-3dB带宽为100MHz，容性负载CL为10pF，电源电压VDD为2V。 选择电路拓扑结构，比如选择了一个如图所示的电阻作负载的共源放大器； 根据对该放大器的分析，可以计算其参数； 负载电阻RL为159?，晶体管的跨导为12.6mS，晶体管的跨导效率为6.3V-1，晶体管的沟道宽度为87um，晶体管栅极所加偏置电压VB应为0.85V。 根据所计算出来的参数，利用HSPICE进行仿真，看其性能是否满足设计需求； 晶体管的跨导效率为6.37V-1，低频小信号增益约为1.97，稍低于指标要求，放大器的-3dB带宽略低于100MHz。 调整、修改； 版图设计、验证、制作芯片。 模拟电路设计困难的原因 （1）模拟集成电路处理的信号是在时间轴和幅度轴上都连续的信号，对电路处理的精度要求高；模拟电路除了关注速度和功耗之外，还需要关注增益、线性度、精度、电源电压等很多指标，设计必须在这种多维的空间中进行优化。 （2）模拟电路对噪声、串扰和其他电路引入的干扰更加敏感，因此在设计中必须将外围环境的影响考虑在内； 模拟电路设计困难的原因 （3）模拟电路的性能会受到元器件的二阶效应的影响，特别是工艺进入深亚微米之后，二阶效应的影响更加显著； （4）模拟电路的建模和仿真还不够成熟，由于模拟电路要考虑的因素很多，因此对较复杂系统的建模存在很大的困难，仿真时间也会很长； 模拟电路设计困难的原因 （5）计算机辅助设计工具对模拟电路的支持力度不如数字电路，到目前为止，还没有可以商用的模拟电路综合工具； （6）现代工艺主要是针对数字电路进行优化的，对模拟电路的支持和优化力度远不如数字电路。 2.5 IP复用方法 2.5.1 系统结构的层次式设计 为了使一个复杂的系统的设计更加有序、容易，可以将其分解成多个子系统，每个子系统又可以分为若干个模块。 一个子系统或者一个模块可以分给一位工程师，并行设计。下层设计完成后，作为元件被上层调用。 层次式设计便于设计工作的开展，也便于项目管理。 系统结构的层次式划分 元件与IP模块 元件：简单的通用的模块程序； IP: Intelligent Property (知识产权)； IP模块：或称为IP Core、IP内核，复杂的模块，如处理器； TI公司：TMS320DM6446 工程师 控制 2.5.2 IP模块的分类 软IP：以HDL代码形式存在的IP； 固IP：完成了综合的功能块，以网表文件的形式提交； 硬IP：物理掩膜布局已经得到证明的IP，以版图形式提交。 软IP 以HDL代码形式存在，为后续设计留有很大的发挥空间。 IP的设计灵活性和适应性强，成本较低。 需要设计人员深入理解HDL代码，并将其转换成掩膜布局，以产生合理的物理层设计结果。 固IP 以网表文件的形式存在，具有一定的设计深度； 完成功能验证、时序分析等过程； 如果客户与固IP使用同一个IC生产线的单元库，则IP应用的成功率会很高。 硬IP 提供设计的最终结果，灵活性最小； 在使用具有不同语义环境的设计或由另一个设计者完成的设计时，硬IP是最安全的途径。 基于移植的设计复用使用硬IP，是一种最省时省力的复用方法。 需要布局移植工具解决新、旧工艺技术不同的问题。 成功的设计复用 在尽可能短的时间里，以尽可能小的代价，把可预测其性能、功能和面积的现有IP结合进一个新的系统中。 2.5.3 基于IP模块的设计方法 IP模块的三种设计方法 全定制设计方法 用户只提出设计要求，系统设计和IP的复用都由专门的芯片厂商完成。 设计时间较长，设计完成后不易修改。 部分集成法 用户负责专用电路的设计，IP复用和系统的集成由芯片厂商完成。 有一定的灵活性。 桌面设计法 用户自己设计专用电路和IP模块的复用，最后由芯片厂商生产芯片。 设计灵活性最大。 2.6 印刷电路板设计 PCB板设计是电路级设计，对组成系统的元器件及芯片进行连接、测试； 提供电源及输入信号，驱动输出信号； PCB设计要满足系统的电磁兼容要求。 PCB板设计流程 2.6.1 印刷电路板布局设计 选择合适的印刷电路板； 合理安排不同类型的电路模块； 合理排列各类元器件； 合理安排电源和地线的分布。 2.6.2 印刷电路板布线设计 首先设计电源线和地线； 这些线要连接到每一个器件，走线距离最长，宽度比其他信号都宽； 至少采用一个电源/地平面对作为高速电容，对电磁干扰（EMI）产生的共模电流有抑制作用； 按信号的传输方向，顺序设计各个电路模块的走线； 每条信号走线尽可能与其相关的地线（或地线层）距离紧凑一些，最小化回路面积； 避免地平面上的缝隙； 避免在不相关的层面上布线； 避免