大規(guī)模集成電路

1、超大規(guī)模集成電路課程論文題目：超大規(guī)模集成電路的設(shè)計方法院系：物理與電子工程學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)年級：1011電科學(xué)號：2010111148姓名：-葉春梅指導(dǎo)老師：.張婧婧完成時間：一2013、5、2超大規(guī)模集成電路的設(shè)計方法作者：葉春梅指導(dǎo)老師：張婧婧（襄樊學(xué)院，物理與電子信息工程學(xué)院）摘要：本文在概述超大規(guī)模集成電路設(shè)計步驟上，詳細(xì)的論述了各種設(shè)計集成電路的方法，討論了全定制法、標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計方法、積木塊設(shè)計方法、門陣列設(shè)計方法以及可編程邏輯器件設(shè)計方法的特點和適用范圍。關(guān)鍵詞：集成電路；全制定法；標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計法Abstracts:OnthebasisofVLSIdesignmeth

2、od,thisthesisdetailedexpoundsthemethodsofdesignofintegratedcircuits,discussesthecustomlaw,fullcustomizationmethod,standardunitdesignmethod,buildingblockdesign,gatearraymethodanddesignmethodofprogrammablelogicdevices'scharacteristicsandapplicability.Keywords:integratecircuit;fullcustomizationmeth

3、od;standardunitdesignmethod1引言所謂集成電路就是將晶體管、電阻、電容、等各種電子元器件以相互聯(lián)系的狀態(tài)集成到半導(dǎo)體材料（主要是硅）或者絕緣體材料薄層片子上，再用一個管殼將其封裝起來，構(gòu)成一個完整的、具有一定功能的電路或系統(tǒng)。自1959年以來，集成電路技術(shù)發(fā)生了驚人的變化。第一個設(shè)計出來的集成電路只有四個晶體管，而三十年以后的今天，在1989年，一個芯片上集成的晶體管數(shù)目已超過一千萬個。集成電路經(jīng)歷了SSI（小規(guī)模）、MSI（中規(guī)模）、LSI（大規(guī)模）、VLSL（超大規(guī)模）階段，目前已開始進入特大規(guī)模集成電路ULSI（UltraLargeScaleIntegratio

4、n）階段。2集成電路設(shè)計流程圖集成電路的設(shè)計過程：設(shè)計創(chuàng)意+仿真驗證集成電路芯片設(shè)計流程圖框架如下：圖一設(shè)計流程圖3設(shè)計的基本過程功能設(shè)計邏輯和電路設(shè)計版圖設(shè)計（1）系統(tǒng)功能設(shè)計目標(biāo)：實現(xiàn)系統(tǒng)功能，滿足基本性能要求過程：功能塊劃分，RTL級描述，行為仿真其中功能塊劃分的原則是既要使功能塊之間的連線盡可能的少，接口清晰，又要功能各自獨立設(shè)計。同時在功能塊最大規(guī)模的選擇時要考慮設(shè)計軟件可處理的設(shè)計級別。（2）邏輯和電路設(shè)計概念：確定滿足一定的邏輯或電路功能的由邏輯或電路單元組成的邏輯或電路結(jié)構(gòu)。過程：A數(shù)字電路：RTL級描述邏輯網(wǎng)表邏輯模擬與驗證，時序分析和優(yōu)化B模擬電路：尚無良好的綜合軟件RTL

5、級仿真通過后，根據(jù)經(jīng)驗進行電路設(shè)計電路模擬與驗證電路模擬與驗證原理圖輸入模擬單元庫圖二邏輯和電路設(shè)計的輸出：網(wǎng)表（元件及其連接關(guān)系）或邏輯圖、電路圖軟件支持：邏輯綜合、邏輯模擬、電路模擬、時序分析等軟件（EDA軟件系統(tǒng)中已集成）。（3）版圖設(shè)計概念：根據(jù)邏輯與電路功能和性質(zhì)要求以及工藝水平要求來設(shè)計光刻用的掩膜版圖，IC設(shè)計的最終輸出。版圖設(shè)計過程：由底向上過程1>.布局：將模塊安置在芯片的適當(dāng)位置，滿足一定目標(biāo)函數(shù)。對級別最低的功能模塊，是指根據(jù)連接關(guān)系，確定各單元的位置，級別高一些的，是分配較低級別功能塊的位置，使芯片面積盡量小。布線：根據(jù)電路的連接關(guān)系（連接表）在制定區(qū)域（面積、形

6、狀、層次）百分之百完成連線。布線均勻，優(yōu)化連線長度、保證布通率。2>.設(shè)計規(guī)則IC設(shè)計與工藝制備之間的借口制定目的：使芯片尺寸在盡可能小的前提下，避免線條寬度的偏差和不同層版套準(zhǔn)偏差可能帶來的問題，盡可能地提高電路制備的成品率。什么是設(shè)計規(guī)則？考慮器件在正常工作的條件下，根據(jù)實際工藝水平（包括光刻特性、刻蝕能力、對準(zhǔn)容差等）和成品率要求，給出的一組同一工藝及不同工藝層之間幾何尺寸的限制，主要包括線寬、間距、覆蓋、露頭、凹口、面積等規(guī)則，分別給出它們的最小值，以防止掩膜圖形的斷裂、連接和一些不良物理效應(yīng)的出現(xiàn)。4集成電路設(shè)計方法1>.全定制設(shè)計方法用于通用的數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻?/p>

7、路。例如：通用微處理器、存儲器等。全定制設(shè)計是指在電路設(shè)計中進行電路結(jié)構(gòu)、電路參數(shù)的人工優(yōu)化，完成電路設(shè)計后，人工設(shè)計版圖中的各個器件和連線，以獲得最佳性能（速度和功耗）和最小芯片尺寸。特點：設(shè)計周期長，設(shè)計成本高，一般適用于對性能要求很高或批量很大的產(chǎn)品，如存儲器、微處理器等通用集成電路。特例：（1）對于性能要求較高的專用集成電路，通常當(dāng)批量超過10萬塊時，也可以采用這種方法；（2）由于模擬、模數(shù)集成電路的設(shè)計軟件尚不成熟，通常也采用這個方法。2>.標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計方法（SC方法）概念：從標(biāo)準(zhǔn)單元庫中調(diào)用實現(xiàn)經(jīng)過精心設(shè)計的邏輯單元，并排列成行，行間留有可調(diào)整的布線通道，再按照功能要求將各內(nèi)

8、部單元以及輸入/輸出單元連接起來，形成所需的專用電路。輛入版出a元圖三標(biāo)準(zhǔn)單元庫：標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計規(guī)則檢；加法器、乘法器、琳令冋F'oibd生夙遠(yuǎn)無件芯片布局：芯片中心是單元區(qū)，輸入/輸出單元在芯片四周，基本單元具有等高不等寬的結(jié)構(gòu)，布線通道區(qū)沒有寬度的限制，利于實現(xiàn)優(yōu)化布線。標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計的主要資源是標(biāo)準(zhǔn)單元庫，單元庫中單元電路的多少盒設(shè)計質(zhì)量直接影響到設(shè)計能力。下面將對標(biāo)準(zhǔn)單元庫及標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)的特點進行介紹。單元庫中的單元使用人工優(yōu)化設(shè)計的，力求達(dá)到最小的面積和最好的性能,查和電學(xué)驗證。標(biāo)準(zhǔn)單元庫主要包括：與非門、或非門、觸發(fā)器、鎖存器、移位寄存器除法器、算術(shù)運算單元、FIFO等較大

9、規(guī)模單元；模擬單元模塊：振蕩器、比較器等。標(biāo)準(zhǔn)單元庫的來源:Foundry、第三方單元庫提供商、EDA公司或自行簡歷。圖四走線原則：電源和地線一般要求從單元左右邊進出，信號端從上下進出；電源線放在單元外，在布線通道內(nèi)，以便根據(jù)單元功率要求調(diào)整寬度，從各單元引出端口。3>.積木塊設(shè)計方法（BBL方法）布圖特點：任意形狀的單元（一般為矩形或“L”型）、任意位置、無布線通道。BBL單元：較大規(guī)模的功能塊（如ROMRAMALU或模擬電路單元等），單元可以用GASCPLD或全定制方法設(shè)計圖五4>.門陣列設(shè)計方法（GA方法）門陣列設(shè)計技術(shù)是一種母片半定制技術(shù)，它是在一個芯片上把結(jié)構(gòu)和形狀完全相

10、同的單元排列成陣列。每個單元內(nèi)部含有若干器件，單元之間留有布線通道，通道寬度和位置固定，并預(yù)先完成接觸孔和連線以外的芯片加工步驟，形成母片。然后根據(jù)不同的應(yīng)用，設(shè)計出不同的接觸孔板和金屬連線版，在單元內(nèi)部通過不同的連線使單元實現(xiàn)各種門的功能。再通過單元間連線實現(xiàn)所需電路功能。通過制作接觸孔和金屬連線掩膜版、工藝流片、圭寸裝、測試完成專用電路制造。圖六門陣列方法的設(shè)計特點：設(shè)計周期短，設(shè)計成本低，適合設(shè)計適當(dāng)規(guī)模、中等性能、要求設(shè)計時間短、數(shù)量相對較少的電路。不足：設(shè)計靈活性低；門利用率低；芯片面積浪費。5>.可編程邏輯器件設(shè)計方法概念：用戶通過生產(chǎn)商提供的通用器件自行進行現(xiàn)場編程和制造，

11、得到所需的專用集成電路。現(xiàn)場編程是指采用熔斷絲、電寫入等方法對已制備好的通用器件實現(xiàn)編程，得到所需的邏輯功能。特點：不需要制作掩膜版和進行微電子工藝流片，只需要采用相應(yīng)的開發(fā)工具就可以完成設(shè)計，有些器件還可以多次擦除，易于系統(tǒng)和電路設(shè)計。與SCBBLGA設(shè)計方法相比,設(shè)計周期短，設(shè)計開發(fā)費用低。PLD）方法和現(xiàn)場可編程門陣可編程邏輯電路設(shè)計方法主要包括可編程邏輯器件設(shè)計（列（FPGA方法等?？删幊踢壿嬈骷诸悾篜ROMEPROMEEPROMPLAPALGAL-可編程邏輯陣列（PLA）:實現(xiàn)數(shù)字邏輯基本思想：組合邏輯電路可以轉(zhuǎn)換成與-或邏輯矩陣矩陣圖七-或矩由輸入變量組成“與”矩陣，并將其輸出饋入到“或”矩陣，設(shè)計人員通過對于陣進行編程處理，得到所需要的邏輯功能。5結(jié)論：集成電路使用晶體管組裝成單芯片電路，把大量的微電晶體集成一個很小的芯片，由于成本低、性能高且能量消耗低，使得集成電路產(chǎn)業(yè)急速成長。整個電子工業(yè)，尤其是使用小型電子裝備的，如計算機、電訊、生物科技、太空、國際貿(mào)易等，都離不開集成電路。6參考文獻(xiàn)1陳華麗，陸懷恩，等.一種提高諧波測量精度的新算法.繼電器，200