asic 工程师手册
ASIC相关资料
主流ASIC EDA研发商
• 开发商有Mentor Graphics、Cadence, Synopsys等。 • 其开发工具众多，按照功能主要分为设 计输入、综合、版图设计、静态时序分 析、动态时序分析、功耗估计、可测性 分析等。
数字集成系统设计与综合(2)
设计层次 系统级 算法级 寄存器级 门级 版图级 行为域 自然语言描述 自然语言综合(设计) 算法描述 算法综合(设计) 数据流图描述 逻辑综合(设计) 逻辑图描述 版图综合(设计) 几何图形描述 结构域
数字集成系统设计与综合(2)
设计层次 系统级 算法级 寄存器级 门级 版图级 行为域 自然语言描述 自然语言综合(设计) 算法描述 算法综合(设计) 数据流图描述 逻辑综合(设计) 逻辑图描述 版图综合(设计) 几何图形描述 结构域
典型IC设计流程
系统设计 算法设计 RTL设计 系统验证 算法验证 RTL验证 逻辑综合 向foundry提交网表 后仿真 Foundry进行版图设计 Foundry返回最终网表 foundry流片
典型IC设计流程
系统设计 算法设计 RTL设计 系统验证 算法验证 RTL验证 逻辑综合 向foundry提交网表 后仿真 Foundry进行版图设计 Foundry返回最终网表 foundry流片 后端流程
一个硅谷丛林的故事
阿凡提 筋斗云 二○○一年一二月二六 于美国硅谷
背景(1)
• 在二十世纪七十年代的末期，集成电路 的设计开始走向商业化。CAD软件出现。 • 七十年代末与八十年代初，EDA的领头 羊是Calma，Computer Vision与Applicon。 但是很快，从八十年代中开始，另外三 家公司Mentor Graphics，Daisy，Valid 占有了市场的最大份额。
工程类语音芯片ASIC设计
可靠性设计与分析
失效分析：对失效芯片进行物理和化学分析，找出失效原因
可靠性设计优化：针对失效分析结果，对芯片设计进行优化改进
可靠性指标：平均无故障时间、故障率等
可靠性测试：高温、低温、湿度、振动等环境试验
工程类语音芯片ASIC的应用案例分析
智能机器人：提供语音识别和合成功能，实现人机交互
智能车载：提供语音导航、电话拨打接听、音乐播放等功能
智能玩具：增强玩具的互动性和娱乐性，提高用户体验
语音芯片ASIC的发展趋势
集成度不断提高：随着工艺进步，更多的功能被集成到单一芯片上，提高了性能和降低了成本。
智能化趋势：语音芯片ASIC正朝着智能化方向发展，支持更复杂的语音处理算法，提高识别准确率和响应速度。
电源管理单元：用于提供稳定的电源，保证芯片的正常工作
硬件描述语言编程
VHDL和Verilog是常用的硬件描述语言
用于描述数字电路和系统的结构和行为
支持逻辑门、触发器等基本元素和组合逻辑、时序逻辑等复杂元素的描述
可通过仿真和综合工具进行验证和实现
硬件仿真与调试
仿真与调试流程：从RTL代码到综合、布局布线、烧录程序等步骤
软件优化：采用高效的编程语言和算法，提高运行速度和降低功耗
测试与验证：通过实际测试和验证，确保性能优化效果的有效性和可靠性
功耗优化技术与实践
功耗优化技术：采用低功耗设计、动态电压调整、时钟门控等技术降低芯片功耗
实践案例：分享实际项目中功耗优化的经验与成果
性能评估：对优化前后的芯片性能进行对比评估，确认优化效果
语音提醒：提醒周边行人或车辆保障安全，提升行车安全性
语音控制：通过语音指令实现车载设备的控制，提高驾驶安全性
analog engineer's cookbook中文-概述说明以及解释
analog engineer's cookbook中文-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：在现代科技的发展中，模拟电子工程师扮演着非常重要的角色。
模拟电子工程师专注于设计和开发模拟电子电路，这些电路能够处理连续变化的信号，如音频、视频和感知器件所涉及的传感器信号。
本篇文章将介绍《模拟工程师的手册》（Analog Engineer's Cookbook），这是一本经典的工具书，广泛应用于模拟电子工程师的实践中。
这本手册致力于为模拟电子工程师提供专业的指导和实用的技术方案，帮助他们解决实际工程问题和挑战。
在本手册中，读者将深入了解常见的模拟电子电路设计，包括滤波器、放大器、数据转换器和电源管理等方面。
手册内容丰富多样，涵盖了从基础理论和原理到实际设计和调试的各个层面。
我们将在本篇文章中通过对手册的分类和提纲的介绍，帮助读者理解其中的知识结构和内容布局。
文章将从引言开始，简要介绍手册的背景、目的和结构。
接着，我们将深入探讨手册的要点部分，并针对每个要点进行详细的解读和讲解。
通过详细阐述手册中的知识点和技术方案，我们旨在帮助读者在实际工程项目中更加快速和准确地解决问题。
同时，我们还将总结手册的重要内容，分析其中的实验结果和设计指导，并对未来的发展进行展望。
无论是初涉模拟电子工程领域的新手，还是经验丰富的专业人士，这本《模拟工程师的手册》都是一本不可或缺的工具书。
希望本篇文章对读者们更好地了解手册的内容和意义有所帮助，能够在实际工作中提供一些有益的参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容:文章结构本文按照以下结构展开：引言、正文和结论三个部分。
每个部分都有特定的目的和内容。
引言引言部分主要是对本文的背景和目的进行介绍。
我们首先会概述本文的主题，并给出文章的整体框架。
然后，我们会阐述本文的目的和意义，以引发读者对文章内容的兴趣。
正文正文部分是文章的核心部分，包括多个要点，并对每个要点进行详细的阐述和分析。
蜂巢5000系列微处理器ASIC及结构数组SERDES说明书
MADE EASY.Honeywell’s responseHoneywell responds to these challenges with our unsurpassed reliability for Gigabit Data Communications and Networks in Space Applications.For both board level packaged parts and macrocells for Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Honeywell Serializer Deserializers (SERDES) are designed for extremely highcommunications re liability in radiation environments. SERDES have provencompatibility with communication protocols including Serial Rapid IO, Gigabit Ethernet, and Fibre Channel. SERDES are alsodesigned for direct point to point links and have been demonstrated to be compatible with other industry SERDES products and field-programmable gate array (FPGA) platforms. Serial communications with higher data rates reduce power, wires and weight over existing solutions.HX5000 ASICs and Structured Array with SERDESSERDES can be implemented in HX5000 Standard Cell ASICs and are integrated into the HX5SA13 Structured Array to enable a number of high bandwidth communication solutions. This can range from high speed point-to-point links,to the creation of networks with switches and endpoints.HX5SA13 Structured Array with SERDESThe HX5SA 13 Structured Array contains 16 lanes of SERDES. They are configured as two groups of 8 lanes so there are two separate PLLs and Clock Management Units (CMU).Serializer DeserializerFeatureHXSRD01 TrivorHXSRD02 Slider Number of SERDES lanes Quad Redundant SERDES (8 lanes)4 LanesCommunication Protocol Gigabit Ethernet and Fibre Channel Protocol Serial Rapid IO protocol and protocol bypass Parallel Interface 8/10 bit parallel interface, 2.5V SSTL216/20 bit parallel interface, 2.5V SSTL2Package (pin count)468 CGA Package467 CGA PackageSERDES Benefits■Internet data rates: Rates of 1.0 to 3.125 Gb/s per channel supporting multiple standards■QML V Qualified: First SERDES Qualified Manufacturers List (QML) V Qualified product in 2008■Reliable in radiationenvironments: Low jitter phase-locked loop (PLL) and Transmitter, exceptional Receiver sensitivity, and a SERDES that continues to perform in SEE environments (no PLL unlock, no lanes down, no latchup)■Flexible: SERDES areprogrammable for peak data throughput and the lowest power consumptionStandard ProductsThere are two standard products, the HXSRD01 and HXSRD02, which share a common SERDES physical layer but support slightly different applications, including communication protocols, and slightly different parallel interfaces. Below is a list of the key, unique features of the two products; Select the appropriate product that will meet your system requirements.The control and operation of the two parts share many common items, including control for optimizing performance:■Data Rate of 1.0 to 3.125Gb/s■4 Lane XAUI capability for 10Gb/s operation■1.8V core power supply, 2.5V parallel interface power supply■Independent Lane Control including on/off control for minimal power consumption ■Programmable Tx Output Amplitude and Pre-Emphasis ■Programmable Rx Equalization and Loss-of-Signal ■Integrated 8b10b encoder and decoder ■Integrated Clock and Data Recovery ■Package size and technology ■-55°C to +125°CIndustry challengesThe industry continues to increase requirements for faster and better data communications in space environments. From point-to-point sensor applications to networking an entire satellite, reliable communications with high bandwidth are imperative. Performance, with lower power consumption and 10 times faster than existing technology, fewer wires and less weight is also an expectation.2HXSRD01 Trivor Block DiagramHXSRD02 Slider Block Diagram3RXP[3:0]RXN[3:0]TXP[3:0]TXN[3:0]RXP[3:0]RXN[3:0]TXP[3:0]TXN[3:0]JTAG Logic MDC/MDIO Logic DFT LogicGbE andFiber Channel LogicParallel InterfaceSDR/DDR 8/10-BitRX Interface 8b or 10b * 4TX Interface 8b or 10b * 4MUXPort B 4 Channel SERDESPort A 4 Channel SERDESMDC/MDIO Logic4Channel SERDESRXP[3:0]RXN[3:0]TXP[3:0]TXN[3:0]JTAG LogicSerial Rapid IO PCS Logic (Mercury)RX Interface 16b or 20b * 4TX Interface 16b or 20b * 4DFT LogicInterfaceand Bypass LogicParallel InterfaceSDR/DDR 16/20-Bit MUXBoth 4 lane and 8 lanes HX5000 SERDESmacrocells can be instantiated with tocreate systems with 32 – 40 lanes (powerdissipation can become a limiting factor).The interface to the core logic includesspecialized high speed parallel interfacelogic and Built in Self-Test (BIST) logic.An ASIC provides the flexibility for lowoverhead communication links likepoint to point. In these systems, a fullcommunication networking protocolmay not be necessary and the customercan implement their application specificprotocol in the ASIC logic.HX5000 ASICs4BIST10b to20bLogicHoneywellSERDESInterface(RTL)Customer Logic,Honeywell IP BlocksExternal IP (RTL)Clock &DataRecoverySERDESPLLMacrocellRXTXDe-SerializerSerializerMultiport Switches and Endpoints are common in communication network applications and a more direct “transmitter to receiver” configuration is used for applications like image sensors data processing.Possible Network Implementation(for illustration purposes only)5SERDES LITE Hard Macro sRIO PCS IP ,DIFTSERDES LITE Hard Macro sRIOPCS IP ,DIFTsRIO PCS IP ,DIFTSERDES LITE Hard MacroSERDES LITE Hard MacrosRIO PCS IP ,DIFTS E R D E S L I T E H a r d M a c r o s R I O P C S I P ,D I F TMercury sRIO Switch Soft Macro S E R D E S L I T E H a r d M a c r o s R I O P C S I P ,D I F TMercury sRIOEndpoint IPsRIO EndpointImplemented with HX5SA13Structured Array with SERDES (up to 16 lanes)sRIO EndpointImplemented with HX5000 ASICsRIO EndpointImplemented with a HXSRD02 Slider8-Port sRIO SwitchImplemented with HX5000 ASICMercury sRIO Endpoint IPHXSRD02 Slider Std ProductProcessing Chip with Mercury sRIOEndpoint IPCharacterization and QualificationThe SERDES went through an extensive characterization and qualification process leading to being QML V qualified in 2008. A summary of key performance parameters is summarized below.Independent Functional VerificationThe HXSRD01 Trivor was functionality validated with the industry standards 1G Ethernet, XAUI 10G Ethernet, 1G and 2G and XAUI 10G Fibre Channel at the University of New Hampshire Inter-Operability Lab.Bit Error Ratio and Jitter TestingVerification of Bit Error Ratio (BER) and Jitter over temperature, voltage and data rate demonstrated BER much lower than 1E-12 and a jitter tolerance of better than 0.7UI eye closure.Robust PerformanceOne benefit of the Silicon on Insulator Complementary metal-oxide-semiconductor (SOI CMOS) technology is the low noise process. The transistors are isolated from the bulk silicon substrate which minimizes cross-circuit signal coupling. This leads to a SERDES Transmitter with very low jitter. Shown below is the transmitter output at 3.125Gb/s, 1.7V , 125C, and 100 foot coaxial cable.High Sensitivity SERDES ReceiverThe Receiver is capable of receiving data and delivering a Bit Error Ratio (BER) ********************************/swithaneyethatis~85%closed (shown below).Tested Performance6Radiation Performance SummaryDesigned for the space applications, the SERDES communication is reliable even in strong heavy ion and proton environments.Parameter Limites Units Conditions Total Dose≥1X106rads(Si)Transient Dose Rate Upset ≥1X1010rads(Si)/s Pulse width = 20 ns Transient Dose Rate Survivability ≥1X1012rads(Si)/sPulse width = 20 nsBit Error Rate (s)Heavy Ion Proton≥1X10-12≥1X10-12Bit Upsets/Bits Sent Geosynchronous orbit during solar minimum non-flare conditons behind 100mil Aluminum shieldNeuton Fluence≥1X106N/cm 21MeV equivalent energy, Unbiased, T A =25°C1. Device will not latch up due to any of the specific radiation exposure conditions.2. The Bit Error Ratio (BER) is defined as the number of but errors per bits sent due to ion-induced single event upsets.The SERDES will continue to perform in single event effects environments.• No phase-locked loop unlock • No lanes down • No latchup7******************************10000。
ASIC设计流程和方法
Ｐａｄｓ、边界扫描逻辑、核心功能逻辑，以及ＰＬＬ时
钟模块，然后再对核心功能逻辑依据功能进一步细 化。核心功能部分将是ＲＴＬ编码设计的重点部分， 下面就这一部分展开说明。
４．形式验证（逻辑综合的Ｎｅｔｌｉｓｔ与带有ＣＴ信 息的Ｎｅｔｌｉｓｔ之间）、ＳＴＡ；
５．Ｄｅｔａｉｌｅｄ Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＤＲＣ； ６．Ｐｏｓｔｌａｙｏｕｔ
Ｃｌｏｃｋ主要的优点在于能够降低功耗面
积，也可以简化逻辑从而提高频率。在编码时需要 考虑无Ｇｌｉｔｃｈ的门控信号设计。同时，在ＤＦＴ设计 时，由于触发器的时钟是前一级逻辑的输出（其他 派生时钟也有同样的问题），为了测试这类触发器， 需要为时钟增加一级Ｍｕｘ，在正常工作模式下，采用 派生时钟，在扫描测试时采用正常的时钟。门控时钟
ｅｎｄｍｏｄｕｌｅ
这个代码在ＲＴＬ级仿真时是不会有任何问题 的，其中潜在的问题留待后面讨论。
２．２同步设计和跨ａ，－ｔ＊Ｏ域数据传输
尽管异步系统有很多优势，如低功耗，也没有同 步系统中让工程师头疼的时钟分布以及ｓｋｅｗ问题， 但是其复杂的各种握手协议，以及异步电路在测试 上的困难，使得同步系统还是数字电路设计的首选。 同步设计的一个特点就是所有的时序单元都是对统 一的时钟边沿敏感。要使整个芯片只采用一个时钟 并不现实，因此，异步时钟域之间的数据传输以及其 中的一些问题将是本节讨论的重点。 通常，为了能够更好的综合和ＳＴＡ，需要对设计 进行划分，一般的原则是将异步时钟域之间有数据 交换的部分独立出来单独处理，其他的模块都在单 一的同步时钟域中工作。对于这些模块如何在综合 过程中特殊处理在下面的章节中讨论，本节主要讨 论在代码设计中需要考虑的问题。 异步时钟之问的亚稳态（Ｍｅｔａｓｔａｂｉｌｉｔｙ）问题，亚 稳态主要是由于被采样数据的变化十分靠近采样时 钟的边沿引起的，这样接收（采样）触发器的输出就 是亚稳态，并在传输过程中发散而引发逻辑错误，也 就是通常所说的同步失败。在同步时钟域中的这种
ASIC设计理论与实践-第3章
相对寻址方式
相对寻址方式是相对于当前的指令地址而言的寻址方
式。相对寻址是把程序计数器PC的内容加上指令中的
形式地址而形成操作数的有效地址，而程序计数器的
内容即时当前指令的地址。
ASIC设计理论与实践
第3章 中央处理器
本章主要内容安排
CPU概述
CPU指令系统
▪指令基本格式 ▪指令分类 ▪寻址方式 ▪指令周期
第1章 ASIC概述
2
本章主要内容安排
CPU的功能实现
▪ 存储器 ▪ 程序计数器 ▪ 指令寄存器 ▪ 地址多路选择器 ▪ 算术逻辑单元 ▪ 累加器 ▪ 状态控制器 ▪ CPU
第3章 中央处理器
5
CPU指令系统
指令是规定计算机执行特定操作的命令。指 令系统指的是一个CPU所能够处理的全部指令
的集合，是一个CPU的根本属性，决定了一个
CPU能够运行什么样的程序，执行什么样的指 令。指令系统反映了计算机具有的基本功能， 是计算机系统硬件、软件的主要分界面。
第3章 中央处理器
第3章 中央处理器
7
指令分类
HLT 指令
停止指令是空操作，使程序停止运行，CPU处 于暂停状态，不执行任何操作，属于程序中断 指令。HLT的操作码为000，即没有操作数。
000
地址码
第3章 中央处理器
8
指令分类
SKZ 指令
SKZ指令是先判断ALU中的结果是否为0，如果 是0则跳过下一条语句继续执行，如果是1则执 行下一条语句。SKZ属于转移指令中的条件转 移指令，只有满足ALU当前结果为0的条件才能 转移，SKZ操作码为001。
101
地址码
第3章 中央处理器
13
指令分类
第1章 ASIC设计导论
Wafer
集成度（规模）： 一个芯片中含有的逻辑门或者是晶体管的数量。
一个逻辑门＝一个两输入端的NAND=4个晶体管
2
二：IC的过往
The First Computer
称为 Analytical Engine 由 Charles Babbage 英国数学家 1832年制造 25， 000 个部件 cost： 7， 470
jobs2075002006年10大集成电路与分立器件制造企业上海华虹集团有限公司3962华润微电子控股有限公司3846和舰科技苏州有限公司2350首钢日电电子有限公司1854上海先进半导体制造有限公司1352台积电上海有限公司1287上海宏力半导体制造有限公司122210吉林华微电子股份有限公司692排名企业名称08年销售额亿元无锡海力士意法半导体12207中芯国际9303上海华虹有限公司4679华润微电子有限公司4545上海宏力半导体1446首钢日电电子有限公司1435和舰科技苏州公司1340台积电上海有限公司11吉林华微电子股份有限公司104810上海先进半导体9332008年10大集成电路与分立器件制造企业2008年度中国十大封装测试企业2006年10大封装测试企业飞思卡尔半导体中国有限公司10846深圳赛意法半导体有限公司3500江苏新潮科技集团有限公司3154上海松下半导体有限公司3135南通富士通微电子有限公司2179星科金朋上海有限公司171810乐山无线电股份有限公司1610飞思卡尔半导体中国有限公司11608奇梦达科技苏州有限公司8595威讯联合半导体北京有限公司4501江苏新潮科技集团有限公司3988上海松下半导体有限公司3907深圳赛意法半导体有限公司3550瑞萨半导体北京有限公司2883南通富士通微电子有限公司266英飞凌科技无锡有限公司231910三星电子苏州半导体有限公司219全球20大半导体公司排行榜根据icinsights的统计2008年全球二十大半导体企业总收入173859亿美元c的未来面临ic的高速低功耗高集成度和深亚微米量子化等效应的挑战20002001siasemiconductorindustryassociationroadmapsummaryyearunit1993199519992001200320052008201120142016featuresizemicronsnm0500351801301008070503422internalclockhighperformancemhzghz200300750168231517674115193287logictransistorsmillioncm66132444109269664microprocessormilliontransistorschip52122384769521908年 10大集成电路与分立器件制造企业 排名 企业名称 08年销售额（亿元） 122.07 93.03 46.79 45.45 14.46 14.35 13.40 11 10.48 9.33
ASIC第一章
在确定工艺下减小芯片面积的方法
① 优化的逻辑设计 -- 用最少的逻辑部件完成最多的 系统功能。本课程中介绍的乘法器、平方器的优 化设计就是一些典型实例。 ② 优化的电路设计 -- 用最少的器件实现特定的逻辑 功能。本课程中介绍的用CMOS传输门的方法实 现D触发器, 较之传统的用“与非门”的方法就可 大大减少器件数目。 ③ 优化的器件设计 -- 尽量减小器件版图尺寸。器件 结构要合理, 驱动能力不要有冗余。 ④ 优化的版图设计 -- 尽量充分利用版芯面积, 合理 布局, 减小连线长度,减少无用区等。
第一章
专用集成电路概念及设计流程
专用集成电路概念
• 通用集成电路:
– CPU, DSP, DRAM, TTL系列(数字电路) – 运放OA, 基准源, ADC/DAC, DC/DC(模拟电路)
市场上能买到的电路
• 专用集成电路
– 玩具电路, 灯具电路, 工业控制电路, 等等,
市场上买不到的电路 (数字的、模拟的、混合的)
• IC制造工艺
– 模拟IC电路（Bipolar工艺、CMOS工艺） – 数字IC电路（ CMOS工艺） – 数模混合信号IC电路（ CMOS、Bi-CMOS工艺） – 电源相关功率IC电路（ BCD工艺）
• ASIC制造常用工艺
– 标准CMOS工艺
4
设计流程
• IC的设计流程
– 特殊工艺器件的设计流程 – 模拟电路设计流程 – 数字电路设计流程 – 数/模混合电路设计流程
15
ASIC成本
• 每个芯片(chip)的成本可用下式估算: 总成本 = 设计成本 + 光罩成本 + 制造成本 (暂不考虑封装测试成本)
• 其中Ct为芯片开发总成本
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asic 工程师手册
ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）工程师手册是一个非常专业的技术指南，用于指导ASIC工程师进行集成电路设计、验证、测试和实现。
以下是一个可能的ASIC工程师手册的内容大纲：
第一章：概述
ASIC简介
ASIC的应用领域
ASIC的设计流程
第二章：集成电路设计基础
集成电路的基本构成
集成电路设计工具简介
集成电路设计语言（如Verilog和VHDL）
第三章：ASIC设计流程
需求分析
规格说明
架构设计
逻辑设计
物理设计
布线与布局
测试与验证
第四章：ASIC验证方法
仿真验证
形式验证
静态时序分析（STA）
物理验证（DRC/LVS）
第五章：ASIC测试技术
测试策略与测试计划
测试向量生成
内建自测试（BIST）
故障模拟与故障覆盖率分析
第六章：ASIC实现与版图绘制
工艺选择与参数提取
设计版图生成与后端物理合成
DFM（可制造性设计）考虑因素
最终版图检查与验证
第七章：ASIC制程与封装
制程技术简介
封装技术与材料选择
制程与封装测试方法
第八章：ASIC可靠性与可靠性分析
ASIC可靠性概述
环境应力对ASIC的影响
ASIC可靠性分析方法与工具介绍（如加速寿命测试、失效模式和效应分析）第九章：ASIC设计案例研究
案例一：数字信号处理（DSP）ASIC设计实例案例二：通信系统ASIC设计实例
案例三：高性能计算（HPC）ASIC设计实例。