CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

【CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題】抽象的概念抽象的概念在每一個(gè)設(shè)計(jì)層次上，一個(gè)復(fù)雜模塊的內(nèi)部細(xì)節(jié)可以被抽象化并用一個(gè)黑盒子或模型來(lái)代替。這一模型含有用來(lái)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(shè)計(jì)者不必了解這個(gè)黑盒子內(nèi)部的細(xì)節(jié)，從而大大減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。這種各個(gè)擊破的方法十分有效，設(shè)計(jì)者不必去對(duì)付數(shù)不清的單元，而只需考慮屈指可數(shù)的部件，每個(gè)部件則用少量的參數(shù)來(lái)表征其性能和成本。在每一個(gè)設(shè)計(jì)層次上，一個(gè)復(fù)雜模塊的內(nèi)部細(xì)節(jié)可以被抽象化并用一個(gè)黑盒子或模型來(lái)代替。這一模型含有用來(lái)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(shè)計(jì)者不必了解這個(gè)黑盒子內(nèi)部的細(xì)節(jié)，從而大大減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。這種各個(gè)擊破的方法十分有效，設(shè)計(jì)者不必去對(duì)付數(shù)不清的單元，而只需考慮屈指可數(shù)的部件，每個(gè)部件則用少量的參數(shù)來(lái)表征其性能和成本。這類此于運(yùn)用軟件子程序庫(kù)（如輸入/輸出驅(qū)動(dòng)程序）的軟件設(shè)計(jì)者。寫一個(gè)大程序的人并不需要去了解這些子程序的內(nèi)部細(xì)節(jié)，他唯一關(guān)心的是調(diào)用其中一個(gè)模塊得到所希望的結(jié)果。數(shù)字電路設(shè)計(jì)中運(yùn)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(gè)半導(dǎo)體器件是一個(gè)具有復(fù)雜特性的實(shí)體。從來(lái)沒(méi)有哪個(gè)電路設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字門時(shí)會(huì)認(rèn)真考慮決定器件特性的固體物理方程，相反，他會(huì)利用一個(gè)簡(jiǎn)化模型來(lái)恰當(dāng)描述這個(gè)器件的輸入/輸出特性。例如，一個(gè)AND門可以用這個(gè)門的布爾表達(dá)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(shí)來(lái)恰當(dāng)描述。抽象的概念系統(tǒng)模塊門電路器件

數(shù)字電路設(shè)計(jì)中運(yùn)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(gè)半導(dǎo)體器件是一個(gè)具有復(fù)雜特性的實(shí)體。從來(lái)沒(méi)有哪個(gè)電路設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字門時(shí)會(huì)認(rèn)真考慮決定器件特性的固體物理方程，相反，他會(huì)利用一個(gè)簡(jiǎn)化模型來(lái)恰當(dāng)描述這個(gè)器件的輸入/輸出特性。例如，一個(gè)AND門可以用這個(gè)門的布爾表達(dá)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(shí)來(lái)恰當(dāng)描述。這一設(shè)計(jì)哲理使精心構(gòu)思的數(shù)字集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）平臺(tái)的出現(xiàn)成為可能——沒(méi)有它是不可能實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的。為了避免重復(fù)設(shè)計(jì)和重復(fù)驗(yàn)證一些常用單元，如基本的門以及運(yùn)算和存儲(chǔ)模塊，設(shè)計(jì)者可利用單元庫(kù)。奔騰4處理器的版圖中顯然就運(yùn)用了單元庫(kù)。這里，整數(shù)和浮點(diǎn)單元的很大一部分采用了一種特定的以單元為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)單元方法來(lái)設(shè)計(jì)。邏輯門被放在等高的單元行中并通過(guò)布線通道來(lái)連接。當(dāng)有單元庫(kù)時(shí)，這樣一個(gè)功能塊的版圖就可以自動(dòng)生成。抽象的概念為了避免重復(fù)設(shè)計(jì)和重復(fù)驗(yàn)證一些常用單元，如基本的門以及運(yùn)算和存儲(chǔ)模塊，設(shè)計(jì)者可利用單元庫(kù)。奔騰4處理器的版圖中顯然就運(yùn)用了單元庫(kù)。這里，整數(shù)和浮點(diǎn)單元的很大一部分采用了一種特定的以單元為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)單元方法來(lái)設(shè)計(jì)。邏輯門被放在等高的單元行中并通過(guò)布線通道來(lái)連接。當(dāng)有單元庫(kù)時(shí)，這樣一個(gè)功能塊的版圖就可以自動(dòng)生成?！綜MOS數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題】單元模塊庫(kù)前面的分析表明：設(shè)計(jì)自動(dòng)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)有效地解決了在現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)中存在的一些復(fù)雜性問(wèn)題，那為什么我們還要去關(guān)心數(shù)字電路設(shè)計(jì)呢？前面的分析表明：設(shè)計(jì)自動(dòng)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)有效地解決了在現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)中存在的一些復(fù)雜性問(wèn)題，那為什么我們還要去關(guān)心數(shù)字電路設(shè)計(jì)呢？單元模塊庫(kù)010203首先，仍然必須有人來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)模塊庫(kù)。半導(dǎo)體工藝在年復(fù)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(gè)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?jī)赡臧l(fā)生一次）都要求重新設(shè)計(jì)庫(kù)。其次，建立一個(gè)單元或模塊的合適模型要求對(duì)它的內(nèi)部操作有深刻的理解。例如，為了找出一個(gè)給定設(shè)計(jì)的主要性能參數(shù)，必須首先找出關(guān)鍵的時(shí)序路徑。第三，以庫(kù)為基礎(chǔ)的方法在設(shè)計(jì)約束（如速度、成本或功耗）不是很嚴(yán)格的時(shí)候十分有效，這是大多數(shù)專用電路設(shè)計(jì)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(duì)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(guān)鍵，所以設(shè)計(jì)者往往力圖充分利用工藝所能提供的極限，此時(shí)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(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)和方法的深入了解是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)具有的最基本的資質(zhì)。盡管他也許不必天天去處理電路的細(xì)節(jié)，但這些知識(shí)將幫助他應(yīng)對(duì)預(yù)料不到的情況并在分析一個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)決定什么在起主要作用。07單元模塊庫(kù)040506更為重要的是，我們觀察到：以抽象為基礎(chǔ)的方法只在一定程度上是正確的。例如一個(gè)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(huì)產(chǎn)生延時(shí)，因?yàn)樗鼈儠?huì)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(huì)使以抽象為基礎(chǔ)的模型的其他一些缺陷更為明顯。工藝水平提高的另一個(gè)影響是新的設(shè)計(jì)問(wèn)題和約束條件會(huì)不斷出現(xiàn)。最后，它們也會(huì)出錯(cuò)。一個(gè)制造出的電路并不總是顯示出人們從預(yù)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(shí)鐘信號(hào)的模型很差造成的。對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查和排錯(cuò)需要電