专用集成电路设计-(12g)资料
专用集成电路设计
专用集成电路设计引言专用集成电路（ASIC）是根据特定应用的需求进行定制设计的集成电路。
相比通用集成电路，ASIC更加高效、快速和可靠。
本文将详细讨论ASIC设计的原理、流程和应用。
ASIC设计原理ASIC设计的原理基于数字电子学和半导体技术。
在ASIC中，数字信号通过逻辑门的组合和时钟信号的控制来实现数据处理和控制功能。
ASIC设计流程ASIC设计流程可以分为以下几个步骤：需求分析在需求分析阶段，设计团队与客户紧密合作，明确设计目标和要求。
包括功能需求、性能指标、功耗要求等。
架构设计在架构设计阶段，设计团队根据需求分析的结果，确定ASIC的整体架构。
包括电路的模块划分、模块功能和接口定义等。
功能设计在功能设计阶段，设计团队根据架构设计的指导，对ASIC的功能电路进行详细设计。
包括逻辑电路设计、时序设计和电路优化等。
物理设计在物理设计阶段，设计团队对功能设计的结果进行布局和布线。
包括布局规划、金属层分配和信号线的布线等。
验证与测试在验证与测试阶段，设计团队对ASIC进行功能验证和性能测试。
包括电路仿真、时序分析和功能验证等。
产线生产在产线生产阶段，设计团队将验证通过的ASIC设计文件发送给芯片厂商进行生产。
包括掩膜制作、晶圆加工和封装测试等。
ASIC设计应用ASIC设计广泛应用于各个领域，如通信、计算机、汽车、工业控制等。
以下是一些常见的ASIC应用场景：通信领域在通信领域，ASIC被广泛用于数字信号处理、调制解调器、网络协议处理等功能。
ASIC可以提高通信设备的性能和稳定性。
计算机领域在计算机领域，ASIC用于处理器、内存控制器、图形处理器等重要组件。
ASIC可以提高计算机的处理能力和效率。
汽车领域在汽车领域，ASIC用于安全控制、驾驶辅助和车载娱乐等系统。
ASIC可以提高汽车的安全性和性能。
工业控制领域在工业控制领域，ASIC用于工业自动化、机器人控制和传感器接口等应用。
ASIC 可以提高工业生产的效率和稳定性。
《专用集成电路设计方法》课程教学大纲
《专用集成电路设计方法》课程教学大纲课程编号：ABJD0530课程中文名称：专用集成电路设计方法课程英文名称：ASICDesignMethodo1ogy课程性质：选修课程学分：3学分课程学时数：48学时授课对象：电子信息工程、电子科学与技术本课程的前导课程：数字集成电路设计、模拟集成电路设计一、课程简介《专用集成电路设计方法》课程是物理学系物理学专业必修的技术基础课，具有非常重要的地位和作用。
本课程以《数字集成电路设计》和《模拟集成电路设计》课程为基础，内容侧重于晶体管级电路设计和物理层设计。
使学生把所学的电子线路、器件物理、工艺制造知识融汇到版图设计中去，最终达到电路或系统的功能和参数指标在电路的物理层设计中实现。
本课程为研讨课，通过指导、研讨与上机实践，掌握AS1C的设计流程和设计技术，内容侧重于晶体管级电路设计和物理层设计。
通过课程学习，使学生能够根据电路的功能和参数指标，完成逻辑网表设计、晶体管级电路设计和版图设计。
二、教学基本内容和要求（-）绪论课程教学内容：电子技术的发展，模拟信号与模拟电路；电子信息系统的组成；模拟电子技术基础课的特点。
课程的重点、难点：重点：如何学习这门课程难点：模拟电子的基本概念和课程的目的。
课程教学要求：掌握：模拟电子系统组成，电子系统分类；理解：模拟和数字的区别和关系；了解：模拟电子系统主要性能指标。
（-）绪论（2学时）具体内容：专用集成电路的设计流程和设计要求。
（二）CMOS数字电路基本单元的设计（2学时）具体内容：CMOS反相器直流、交流特性和设计分析；CMOS传输门特性分析和CMOS版图设计。
1 .基本要求（1）了解反相器物理层设计与反相器直流特性、交流特性的关系和设计考虑。
（2）了解CMe）S传输门的结构和模型分析。
2 .重点、难点重点：CMOS结构与版图的对应关系。
难点：CMOS结构与版图的对应关系。
（三）CMOS组合电路和CMoS基本逻辑电路设计（2学时）具体内容：CMc）S组合逻辑的设计规则；根据逻辑函数进行逻辑简化，画出逻辑图、晶体管级电路图和版图。
专用集成电路设计实用教程第二版
专用集成电路设计实用教程第二版
《专用集成电路设计实用教程第二版》是一本关于专用集成电路设计的实用教程。
本书系统地介绍了专用集成电路的基本概念、设计原理和设计方法。
全书内容主要分为六个部分。
第一部分介绍了专用集成电路设计的基本概念和设计流程。
包括电路设计的基本概念、电路设计的流程和方法等内容。
通过这一部分的学习，读者可以初步了解到专用集成电路设计的基本思想和方法。
第二部分介绍了专用集成电路设计的基本技术。
包括逻辑门电路设计、通用门电路设计、存储器电路设计等内容。
通过这一部分的学习，读者可以掌握专用集成电路设计的基本技术。
第三部分介绍了专用集成电路设计的高级技术。
包括电源管理电路设计、时钟管理电路设计、信号处理电路设计等内容。
通过这一部分的学习，读者可以进一步提升专用集成电路设计的技术水平。
第四部分介绍了专用集成电路设计的验证与测试。
包括电路验证的基本原理、电路测试的基本原理和方法等内容。
通过这一部分的学习，读者可以了解专用集成电路设计的验证与测试的相关知识。
第五部分介绍了专用集成电路设计的优化与改进。
包括电路仿真与优化、电路布局与布线、故障分析与调试等内容。
通过这一部分的学习，读者可以学习如何优化和改进专用集成电路设
计。
第六部分介绍了专用集成电路设计的应用实例。
通过具体的案例分析，读者可以学习如何将专用集成电路设计应用到实际项目中。
总之，《专用集成电路设计实用教程第二版》是一本系统、全面介绍专用集成电路设计的实用教材，适合专业学习和工程实践。
专用集成电路设计方法复旦大学自编讲义
3
物理验证与DRC/LVS检查
物理验证是确保版图符合设计规则的过程， DRC/LVS检查用于验证版图的正确性。
可靠性设计方法
可靠性设计方法概述
可靠性设计是指在集成电路设计中考虑各种因素，以提高电路的 可靠性和稳定性。
冗余设计
冗余设计是通过增加额外的电路来提高系统的可靠性和稳定性，例 如备用逻辑门和冗余电源等。
02
03
逻辑仿真工具
ModelSim、NCSim等。
综合工具
Synopsys DC、Cadence Conformal等。
04
物理设计工具
Cadence Virtuoso、 Mentor Graphics IC
Compiler等。
专用集成电路设计规范与标准
设计规范
01
包括电路设计规范、布局布线规范、测试规范等。
模拟电路实现技术
介绍模拟电路的版图设计、物理验证、 DRC/LVS检查等实现技术。
模拟电路测试与验证
讲解模拟电路的测试方法、仿真验证 和实际测试技术。
混合信号专用集成电路设计实践
混合信号电路设计基础
混合信号电路设计方法
介绍混合信号电路的基本原理，包括模拟 信号和数字信号的处理和转换。
讲解混合信号电路的分析、设计和优化方 法，包括ADC/DAC转换器的性能优化等。
专用集成电路设计流程
01
需求分析
明确设计目标和应用需求，进行系 统级功能描述和规格制定。
后端设计
布局布线、物理验证、时序分析、 功耗分析等。
03
02
前端设计
逻辑设计、电路设计、逻辑仿真、 综合等。
测试与验证
功能仿真、时序仿真、流片前后的 测试等。
专用集成电路设计
1.1 集成电路发展趋势
3
（1）晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为8英寸，正在向 12英寸晶圆迈进。
（2）集成电路的规模不断提高，CPU(P4)己超过4000万晶体管， DRAM己达Gb规模。
（3）集成电路的速度不断提高，采用0.13μmCMOS工艺实现的 CPU主时钟已超过2GHz，实现的超高速数字电路速率已超 过10Gb/s,射频电路的最高工作频率已超过6GHz。
13
最最最最 最最最最 最最最最 最最最最
最最最最 最最最最
逻辑综合
将逻辑级行为描述转换成使用门
最最最最
级单元的结构描述(门级结构描述称为
网表描述)，同时还要进行门级逻辑仿
最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 真和测试综合。
最最最
1.2 专用集成电路基本设计方法
14
最最最最 最最最最 最最最最 最最最最 最最最最
最最最最 最最最最 最最最最
物理综合
物理综合将网表描述转换成版图。
最最最最
一般布局时总要求芯片面积最小、连
Hale Waihona Puke 线总长最短、电性能最优并且容易布线。
布线是根据电路连接关系，在满足工
艺规则和电学性能的要求下，在指定的区 最 最 最 最 域内完成所需的全部互连和互连优化。
布图结果将转换为掩膜文件。
网表的图形表示
（4）集成电路复杂度不断增加，系统芯片或称芯片系统SoC (System-on-Chip)成为开发目标。
（5）模拟数字混合集成向电路设计工程师提出挑战。
1.1 集成电路发展趋势
4
（6）集成电路器件制造能力按每年58%的速度提升，而电路设计 能力每年只以21%的速度提升，设计能力明显落后于器件制 造能力，且落后趋势越来越严重；
专用集成电路设计关键技术开发与应用知识分享
附件四：成都市“十一五”科技重点项目“专用集成电路设计关键技术开发与应用”申报指南一、指南说明本项目拟重点支持二个方向共五个课题。
方向一：国家集成电路设计成都产业化基地与长虹“50款芯片国产化计划”的合作项目课题1：数字电视信道解调解码芯片课题2：数字电视画质改善芯片课题3：通用学习型遥控器芯片方向二：音视频消费类电子SOC核心芯片研发及应用课题4：固态硬盘（SSD）控制芯片课题5：新一代音视频编解码芯片其他与专用集成电路设计关键技术相关的研发与应用本项目总经费2140万元，其中课题承担单位提供配套经费1700万元，市科技经费440万元（其中08年投入340万元）。
（一）项目背景成都地区在集成电路设计上有较好的技术及产业优势，但企业之间、企业与科研院所、高校之间缺乏深层次合作，没有充分发挥产业潜在能力，远不能适应消费电子、通讯、计算机、机械等产业发展的需要。
特别是随着生活质量的不断提高，人们对日常消费领域的自动化、智能化要求越来越高，消费电子领域的发展前景非常广阔，充分利用长虹、TCL等应用商在川的优势，带动成都IC产业快速发展。
（二）项目总体目标通过本项目的实施，实现产学研的联通与结合，突破关键技术，共同推进我市集成电路设计产业的发展，并成功培育和推进一批集成电路设计企业和企业集团。
二、指南内容课题1：数字电视信道解调解码芯片【总体目标】突破高阶调制解调芯片的A/D采样、匹配滤波、载波恢复、符号同步、反馈均衡、信道解码等关键技术，研制支持DTV-C、DVB-C标准的兼容性QAM调制解调芯片，实现批量产业化以及与数字电视整机企业的产品配套，打破国外芯片的市场垄断和技术垄断，促进成都集成电路产业链的优化。
【实施年限】2007年9月至2009年12月【经费构成】政府支持50万元，课题承担单位提供配套经费不少于250万元。
【资助方式】拨款【计划类别】成都市科技攻关计划【技术领域】电子信息/集成电路设计与应用【主要内容】（1）数字电视调制解调符号处理关键技术：包括模拟AGC、基带转换、数字AGC、定时恢复、自适应均衡、频偏估计、载波恢复、相位跟踪等技术。
专用集成电路设计实用教程
专用集成电路设计实用教程专用集成电路（ASIC）是指根据特定的应用需求，经过设计和生产的一种定制化集成电路。
与通用集成电路（ASIC）相比，专用集成电路具有更高的集成度和更高的性能，可以满足复杂的应用需求。
以下是一些关于ASIC设计的实用教程：第一，了解ASIC设计的基本原理和流程。
ASIC设计涉及到多个方面，包括电路设计、逻辑设计、物理设计等。
所以在开始设计之前，必须要对ASIC设计的基本原理和流程有所了解，才能更好地理解和操作。
第二，选取合适的ASIC设计工具。
目前市场上有许多成熟的ASIC设计工具，如Cadence、Synopsys、Mentor Graphics等。
设计师可以根据自己的需求和熟悉程度选择合适的工具，用于实现电路设计、逻辑设计、布局设计等功能。
第三，进行电路设计和逻辑设计。
在进行电路设计时，需要选择合适的电路元件和拓扑结构，以满足应用需求。
在逻辑设计中，需要使用硬件描述语言（HDL）进行电路的描述和逻辑功能的实现。
第四，进行物理设计和布局设计。
物理设计是将逻辑设计转化为物理电路的过程，包括逻辑综合、布局布线、时序优化等。
布局设计是将逻辑电路中的元件进行安排和布线，使得电路达到最佳的性能和可靠性。
第五，进行验证和仿真。
验证和仿真是保证ASIC设计正确性和性能的关键步骤。
通过验证和仿真可以发现可能存在的故障和问题，并进行修复和优化，以确保ASIC设计的正确性和可靠性。
第六，进行制造和测试。
制造是将ASIC设计转化为实际的芯片的过程，包括掩模制作、晶圆制作等。
测试是对制造好的芯片进行功能和性能的测试，以确保芯片符合设计要求。
综上所述，ASIC设计是一项复杂而又重要的工作，需要设计师具备一定的专业知识和实践经验。
通过系统学习ASIC设计的相关知识，选择合适的设计工具，进行电路设计和逻辑设计，进行物理设计和布局设计，进行验证和仿真，进行制造和测试，可以较好地完成ASIC设计的任务。
希望以上的实用教程对您有所帮助。
专用集成电路读书笔记
《专用集成电路》读书笔记《专用集成电路》是电子工业出版社出版，作者是美国的史密斯，又虞惠华等人所译。
本书是一本有关专用集成电路（ASIC）的综合性和权威性书籍。
书中主要讲述了ＶＬＳＬ系统设计的最新方法。
利用商业化工具以及预先设计好的单元库已使得ASIC设计成为速度最快、成本最低而且错误最少的一种IC设计方法，因而ＡＳＩＣ和ＡＳＩＣ设计方法已经迅速在工业界的各个应用领域得到推广。
本书介绍了半定制和可编程的ASIC。
在对每种ASIC类型的数字逻辑设计与物理特性的基本原理进行描述后，讨论了ASIC逻辑设计——设计输入、逻辑综合、仿真以及测试，并进一步讲述了相应的物理设计——划分、平面布图规划、布局以及布线。
此外，本书对ASIC设计中涉及到的各种知识以及必需的工作都有详尽论述。
看完这本书之后，我了解了ＡＳＣＩ设计的几种方法，就设计方法而言，设计集成电路的方法可以分为全定制、半定制和可编程IC设计三种方式。
一、全定制设计全定制ASIC是利用集成电路的最基本设计方法（不使用现有库单元），对集成电路中所有的元器件进行精工细作的设计方法。
全定制设计可以实现最小面积，最佳布线布局、最优功耗速度积，得到最好的电特性。
该方法尤其适宜于模拟电路，数模混合电路以及对速度、功耗、管芯面积、其它器件特性（如线性度、对称性、电流容量、耐压等）有特殊要求的场合；或者在没有现成元件库的场合。
特点：精工细作，设计要求高、周期长，设计成本昂贵。
由于单元库和功能模块电路越加成熟，全定制设计的方法渐渐被半定制方法所取代。
在现在的IC设计中，整个电路均采用全定制设计的现象越来越少。
全定制设计要求：全定制设计要考虑工艺条件，根据电路的复杂和难度决定器件工艺类型、布线层数、材料参数、工艺方法、极限参数、成品率等因素。
需要经验和技巧，掌握各种设计规则和方法，一般由专业微电子IC 设计人员完成；常规设计可以借鉴以往的设计，部分器件需要根据电特性单独设计；布局、布线、排版组合等均需要反覆斟酌调整，按最佳尺寸、最合理布局、最短连线、最便捷引脚等设计原则设计版图。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
互补输出的缓冲器
2020/6/30
三态输出的缓冲器
12
4、PLA与ROM比较
结构相似：与逻辑阵列，或逻辑阵列，输出缓冲器组 成。
不同：
1） ROM的与逻辑阵列（地址译码器）是固定的，而 PLA的不是固定的，是可编程的。
2）ROM的与逻辑阵列将输入变量的全部最小项译出， 而PLA的与逻辑阵列只将部分输入变量的最小项译出， 乘积项比ROM少。
主要包括：PROM、PLA、PAL、GAL四种器件。
结构特点： (1)、 PROM（可编程只读存储器），其内部结构是 由“与阵列”和“或阵列”组成，其中“与阵列”固 定，“或阵列”可编程，可以实现任何“以积之和” 形式表示的组合逻辑。 (2)、PLA （可编程逻辑阵列），也是基于“与-或阵 列”，其“与阵列” 和“或阵列”都可编程。
易失性器件
9 2020/6/30
（二）. PLD的基本原理与结构
1、PLD的基本结构
• 可由或阵列直接输出， 构成组合方式；
•构输又通成出可过P时既以L寄D序可是主存方以高体器式是电输输低平出出电 有，。平效有。效，
输入信号 输入 互补
电路
输入
与门 阵列 乘积项
输出函数
或门
输出
阵列也可和反项馈到电输路入
8 2020/6/30
按编程元件和编程工艺分类
(1)熔丝（Fuse）
(2)反熔丝（Antifuse）编程元件
非易失性
(3)紫外线擦除、电可编程，如EPROM。 器件
(4)电擦除、电可编程方式，(EEPROM、快闪存储
器（Flash Memory）），如多数CPLD
(5)静态存储器（SRAM）结构，如多数FPGA
19 2020/6/30
（5）. 运算选通反馈输出结构：
反馈选通电运路算选通反馈结构 的输入变量B
A+B A+B A+B
A+B
反馈选通结构的反馈量再接 至与逻辑阵列作为输入变量
2020/6/30
反馈选通电路 的反馈变量A
20
6、GAL与PAL比较
采用E2CMOS工艺和灵活的输出结构，有电擦除、可 反复编程的特性。
输出使能OE
或门的输出通过D触发器， 在CP的上升沿时到达输出。
触发器的Q端可以 通过三态缓冲器 送到输出引脚
2020/6/30
触发器的反相端反馈回与 阵列，可构成时序逻辑电路
18
（4）. 带异或门的寄存器型输出结构：
两个或项在触发器的输入 把与项分割 端异或之后，在时钟上升 增加了一 成两个或项 沿到来时存入触发器内 个异或门
16
当最上面的乘积项为高电平时，三
（2）.可编程I/O输出态结门构开通，I/O可作为输出或反馈；乘积
项为低电平时，三态门关断，作为输入。 8个乘积项
两个输入，一个来自外部I，另一来自反馈I/O。
17 2020/6/30
（3）. 寄存器型输出结构： 也称8个作乘时积序项结构，如下C图P和所输示出。使能OE是PAL的公共端
可直接 输出
反馈输入信号
10 2020/6/30
2.连接方式
l可编程“接通”单元： 它依靠用户编程来实 现“接通”连接。
l可编程“断开”单元：
编程实现断开状态。这
种单元又称为被编程擦
除单元。
可
固
编
定
程
连
ห้องสมุดไป่ตู้
连
接:
接:
2020/6/30
不
连 接:
11
3.PLD的画法
P=ABD
P=0
Y=P1+P3+P4
PAL器件的型号很多，其主要区别在于输出结构，典型输出 结构通常有五种，其余结构是在这五种结构基础上变形而来。
15 2020/6/30
（1）.专用输出结构
四个乘积项
输入信号
四个乘积项通过 或非门低电平输出。
一个输入
2020/6/30
如输出采用或门，为高电平有效PAL器件。 若采用互补输出的或门，为互补输出器件。
5 2020/6/30
(3)、 PAL（可编程阵列逻辑），也是基于“与-或阵 列”，其“与阵列”是可编程、“或阵列”固定连接。 (4)、GAL （通用可编程阵列逻辑），是在PAL的基 础上增加了一个可编程的输出逻辑宏单元OLMC，通 过对OLMC配置可以得到多种形式的输出和反馈。
另，GAL器件普遍采用EEPROM的浮栅工艺，具 有可擦除、可重新编程的能力。
河南科技大学
专用集成电路设计
授课教师： 电子信息工程学院
• 1、FPGA/CPLD的设计 • 2、Altera FPGA的配置方式和配置器件
2 2020/6/30
一、可编程逻辑器件CPLD\FPGA
（一）、可编程逻辑器件分类
按其集成度来分可分为两大类： 1、低密度可编程逻辑器件（LDPLD） 2、高密度可编程逻辑器件（HDPLD）
3 2020/6/30
可编程逻辑器件的分类
按集成度(PLD)分类 可编程逻辑器件（PLD）
简单 PLD
复杂 PLD
PROM PLA PAL GAL
CPLD FPGA
一般将GAL22V10（500门~750门 ）作为简单PLD
和高密度PLD的分水岭
4 2020/6/30
1、低密度可编程逻辑器件（LDPLD）
2020/6/30
5、PAL与PLA比较
PAL是20世纪70年代后期推出的PLD器件。 PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或” 平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为 寄存状态。 PAL通过对与逻辑阵列编程可以获得不同形式的组合 逻辑函数。 另外，PAL器件中，输出电路中设置有触发器和 从触 发器输出到与逻辑阵列的反馈线，还可以很方便地构成 各种时序逻辑电路。
3） ROM的内部资源的利用率低， PLA的内部资源的 利用率高。
13 2020/6/30
PLA基本结构，由可编程“与”阵列和可编程“或”阵列 组成。
PLA与PROM不同的，“与”阵列不是固定的，也可由用 户编程。和ROM、PROM一样，PLA可方便构成任何组合逻辑 电路。
PLA在阵列结构上比ROM、PROM简单的多，这是因为其 “与”、“或”二个阵列均可编程不必找最小项的原因。 14
6 2020/6/30
四种SPLD器件的区别
7 2020/6/30
按编程特点分类
PLD器件按照可以编程的次数可以分为两类： (1) 一次性编程器件（OTP，One Time Programmable） (2) 可多次编程器件 OTP类器件的特点是：只允许对器件编程一次，不能修改， 而可多次编程器件则允许对器件多次编程，适合于在科研开 发中使用。