CMOS數(shù)字集成電路設計中的問題

【CMOS數(shù)字集成電路設計中的問題】抽象的概念抽象的概念在每一個設計層次上，一個復雜模塊的內(nèi)部細節(jié)可以被抽象化并用一個黑盒子或模型來代替。這一模型含有用來在下一層次上處理這一模塊所需要的所有信息。由于系統(tǒng)設計者不必了解這個黑盒子內(nèi)部的細節(jié)，從而大大減少了設計的復雜性。這種各個擊破的方法十分有效，設計者不必去對付數(shù)不清的單元，而只需考慮屈指可數(shù)的部件，每個部件則用少量的參數(shù)來表征其性能和成本。在每一個設計層次上，一個復雜模塊的內(nèi)部細節(jié)可以被抽象化并用一個黑盒子或模型來代替。這一模型含有用來在下一層次上處理這一模塊所需要的所有信息。由于系統(tǒng)設計者不必了解這個黑盒子內(nèi)部的細節(jié)，從而大大減少了設計的復雜性。這種各個擊破的方法十分有效，設計者不必去對付數(shù)不清的單元，而只需考慮屈指可數(shù)的部件，每個部件則用少量的參數(shù)來表征其性能和成本。這類此于運用軟件子程序庫（如輸入/輸出驅動程序）的軟件設計者。寫一個大程序的人并不需要去了解這些子程序的內(nèi)部細節(jié)，他唯一關心的是調(diào)用其中一個模塊得到所希望的結果。數(shù)字電路設計中運用的典型抽象層次按抽象程度增加的順序依次為器件、電路、門、功能模塊（如加法器）和系統(tǒng)（如處理器）。一個半導體器件是一個具有復雜特性的實體。從來沒有哪個電路設計者在設計一個數(shù)字門時會認真考慮決定器件特性的固體物理方程，相反，他會利用一個簡化模型來恰當描述這個器件的輸入/輸出特性。例如，一個AND門可以用這個門的布爾表達式（Z=AB）、它的版圖邊框、輸入/輸出終端的位置以及在輸入和輸出之間的延時來恰當描述。抽象的概念系統(tǒng)模塊門電路器件

數(shù)字電路設計中運用的典型抽象層次按抽象程度增加的順序依次為器件、電路、門、功能模塊（如加法器）和系統(tǒng)（如處理器）一個半導體器件是一個具有復雜特性的實體。從來沒有哪個電路設計者在設計一個數(shù)字門時會認真考慮決定器件特性的固體物理方程，相反，他會利用一個簡化模型來恰當描述這個器件的輸入/輸出特性。例如，一個AND門可以用這個門的布爾表達式（Z=AB）、它的版圖邊框、輸入/輸出終端的位置以及在輸入和輸出之間的延時來恰當描述。這一設計哲理使精心構思的數(shù)字集成電路計算機輔助設計（CAD）平臺的出現(xiàn)成為可能——沒有它是不可能實現(xiàn)當前的設計復雜程度的。為了避免重復設計和重復驗證一些常用單元，如基本的門以及運算和存儲模塊，設計者可利用單元庫。奔騰4處理器的版圖中顯然就運用了單元庫。這里，整數(shù)和浮點單元的很大一部分采用了一種特定的以單元為基礎的標準單元方法來設計。邏輯門被放在等高的單元行中并通過布線通道來連接。當有單元庫時，這樣一個功能塊的版圖就可以自動生成。抽象的概念為了避免重復設計和重復驗證一些常用單元，如基本的門以及運算和存儲模塊，設計者可利用單元庫。奔騰4處理器的版圖中顯然就運用了單元庫。這里，整數(shù)和浮點單元的很大一部分采用了一種特定的以單元為基礎的標準單元方法來設計。邏輯門被放在等高的單元行中并通過布線通道來連接。當有單元庫時，這樣一個功能塊的版圖就可以自動生成?！綜MOS數(shù)字集成電路設計中的問題】單元模塊庫前面的分析表明：設計自動化和模塊化的設計方法已經(jīng)有效地解決了在現(xiàn)代數(shù)字設計中存在的一些復雜性問題，那為什么我們還要去關心數(shù)字電路設計呢？前面的分析表明：設計自動化和模塊化的設計方法已經(jīng)有效地解決了在現(xiàn)代數(shù)字設計中存在的一些復雜性問題，那為什么我們還要去關心數(shù)字電路設計呢？單元模塊庫010203首先，仍然必須有人來設計和實現(xiàn)模塊庫。半導體工藝在年復一年地持續(xù)發(fā)展，除非人們開發(fā)了一種能確保把一個單元從一種工藝正確地“移植”到另一種工藝的方法，否則工藝上的每一次變化（大約每兩年發(fā)生一次）都要求重新設計庫。其次，建立一個單元或模塊的合適模型要求對它的內(nèi)部操作有深刻的理解。例如，為了找出一個給定設計的主要性能參數(shù)，必須首先找出關鍵的時序路徑。第三，以庫為基礎的方法在設計約束（如速度、成本或功耗）不是很嚴格的時候十分有效，這是大多數(shù)專用電路設計的情形。在這些情形中主要的目的是提供較為集成的系統(tǒng)解決方法，而性能要求則自然在工藝能力的范圍內(nèi)?？上У氖?，對于大量其他產(chǎn)品，如微處理器，由于它們以高性能作為成功的關鍵，所以設計者往往力圖充分利用工藝所能提供的極限，此時層次化方法就顯得不那么吸引人了。鑒于所有以上理由，我們深信對數(shù)字電路設計技術和方法的深入了解是一個數(shù)字系統(tǒng)設計者應當具有的最基本的資質。盡管他也許不必天天去處理電路的細節(jié)，但這些知識將幫助他應對預料不到的情況并在分析一個設計時決定什么在起主要作用。07單元模塊庫040506更為重要的是，我們觀察到：以抽象為基礎的方法只在一定程度上是正確的。例如一個加法器的性能可以明顯受它與其環(huán)境連接方式的影響?；ミB線本身就會產(chǎn)生延時，因為它們會引起寄生電容、電阻甚至電感?；ミB線寄生參數(shù)的影響在今后幾年將必然隨工藝尺寸的縮小而增加。工藝尺寸的縮小會使以抽象為基礎的模型的其他一些缺陷更為明顯。工藝水平提高的另一個影響是新的設計問題和約束條件會不斷出現(xiàn)。最后，它們也會出錯。一個制造出的電路并不總是顯示出人們從預先模擬中可以期望得到的確切波形。偏差可能是由于制造工藝參數(shù)的變化，或由于封裝的電感以及由于時鐘信號的模型很差造成的。對一個設計進行檢查和排錯需要電