集成电路设计基础
数字集成电路设计基础
数字集成电路设计基础
1. 数字逻辑
•布尔代数
•组合逻辑电路
•时序逻辑电路
•状态机
2. CMOS 技术
•CMOS 器件的结构和特性•MOS 晶体管的开关特性•CMOS 逻辑门
•CMOS 存储器
3. 数字集成电路设计流程
•系统规范
•架构设计
•逻辑设计
•物理设计
•验证和测试
4. 组合逻辑电路设计
•门级优化
•多级逻辑优化
•可编程逻辑器件 (FPGA)
5. 时序逻辑电路设计
•时钟和复位电路
•触发器和锁存器
•同步和异步时序电路
6. 存储器设计
•静态随机存取存储器 (SRAM) •动态随机存取存储器 (DRAM) •只读存储器 (ROM)
•闪存
7. 芯片设计中的布局和布线
•布局约束和规则•布线算法
•时序和功耗优化8. 验证和测试
•功能验证
•时序验证
•制造测试
9. 数字集成电路应用•微处理器和单片机•数字信号处理•通信系统
•嵌入式系统
其他重要概念：
•数制转换
•可靠性和容错性•EDA 工具
•低功耗设计
•可制造性设计。
集成电路设计基础第11章数字集成vlsi系统设计基础
通过对时序逻辑电路的输入、输出及状态进行分析，了解其工作原理和特性。
时序逻辑电路设计
根据实际需求，选用合适的触发器和组合逻辑电路，设计出满足特定功能的时序逻辑电路。同时 需要考虑时序问题，确保电路的正确性和稳定性。
03
数字集成VLSI系统关键技术
高性能计算技术
并行处理技术
通过多核处理器、GPU加速等技术提高计算能力。
逻辑综合
将HDL代码转换为门级网表，优化电路性能并降低功 耗。
布局布线
根据电路需求和工艺要求，将门级网映射到具体的 芯片上，实现电路的物理实现。
时序分析
对布局布线后的电路进行时序分析，确保电路时序的 正确性和性能。
仿真验证与测试方法
前仿真
在电路设计阶段进行仿真验证， 检查电路功能和性能是否符合设 计要求。
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集成电路设计基础第11章数 字集成vlsi系统设计基础
• 数字集成VLSI系统概述 • 数字集成VLSI系统基本原理 • 数字集成VLSI系统关键技术 • 数字集成VLSI系统实现方法
• 数字集成VLSI系统应用实例 • 数字集成VLSI系统前沿研究动态
01
数字集成VLSI系统概述
定义与发展历程
柔性电子在数字集成VLSI中潜在价值
柔性电子器件
利用柔性基底和可弯曲的电 子材料制造柔性电子器件， 实现可穿戴、可折叠的数字
集成VLSI系统。
生物兼容性
柔性电子具有良好的生物兼 容性，可用于生物医学应用 中与人体紧密接触的电子设
备。
轻量化与便携性
柔性电子器件具有轻量化、 薄型化和可弯曲的特点，便 于携带和集成到各种移动设 备中。
应用领域及市场需求
集成电路设计基础课程简介
集成电路设计基础课程简介集成电路设计基础课程简介集成电路设计基础课程是电子信息类专业中的一门重要课程，它主要介绍了集成电路设计的基本原理、方法和技术。
通过学习这门课程，学生将能够掌握集成电路设计的基本理论知识，了解集成电路设计的流程和方法，培养集成电路设计的能力和创新思维。
本课程主要包括以下几个方面的内容：1. 集成电路设计概述：介绍集成电路设计的基本概念、发展历程和应用领域，让学生对集成电路设计有一个整体的认识。
2. 集成电路设计流程：详细介绍集成电路设计的流程和各个环节，包括需求分析、电路设计、布局布线、仿真验证等，让学生了解整个设计过程的每个环节。
3. 集成电路设计工具：介绍常用的集成电路设计工具，如EDA软件、仿真工具等，让学生掌握使用这些工具进行集成电路设计的能力。
4. 集成电路设计基础知识：介绍集成电路设计中的基础知识，如数字电路、模拟电路、信号处理等，让学生建立起扎实的基础知识。
5. 集成电路设计方法与技术：介绍常用的集成电路设计方法和技术，如逻辑设计、时序设计、布局布线技术等，让学生了解并掌握这些方法和技术。
6. 集成电路设计案例分析：通过分析一些实际的集成电路设计案例，让学生了解集成电路设计在实际应用中的具体情况和问题，并培养学生解决问题的能力。
通过学习这门课程，学生将能够掌握以下能力：1. 掌握集成电路设计的基本理论知识，了解集成电路设计的流程和方法。
2. 掌握常用的集成电路设计工具，能够使用这些工具进行集成电路设计。
3. 建立起扎实的集成电路设计基础知识，能够进行基本的数字电路和模拟电路设计。
4. 掌握常用的集成电路设计方法和技术，能够进行逻辑设计、时序设计等。
5. 具备分析和解决集成电路设计问题的能力，能够应对实际应用中的挑战。
总之，集成电路设计基础课程是电子信息类专业中一门重要的课程，通过学习这门课程，学生将能够掌握集成电路设计的基本理论知识和方法，培养集成电路设计能力和创新思维。
集成电路设计基础
集成电路设计基础1. 引言集成电路设计是现代电子工程领域中的重要一环。
它涉及到将多个电子元件（如晶体管、电容器和电阻器等）集成在同一个硅片上，从而实现更高级别的电子功能。
本文将介绍集成电路设计的基础知识，包括集成电路的分类、设计流程以及常用的设计工具等。
2. 集成电路的分类根据集成度的不同，集成电路可以分为三种类型：小规模集成电路（LSI）、中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）。
LSI通常包括10个以上的门电路，MSI则包括数十个门电路，而LSI包含了成千上万个门电路。
此外，根据功能的不同，集成电路可以分为模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路是利用模拟信号进行信息处理，而数字集成电路是利用数字信号进行信息处理。
3. 集成电路设计流程集成电路的设计通常包括以下几个步骤：3.1 需求分析在设计集成电路之前，首先需要明确设计的目标和需求。
这包括确定电路的功能、性能指标以及工作环境等。
3.2 电路设计在电路设计阶段，需要根据需求分析的结果设计出符合要求的电路结构。
这包括选择适当的电子元件、确定元件的连接方式以及设计电路的布局等。
3.3 电路模拟在电路模拟阶段，使用模拟电路仿真工具对设计的电路进行模拟。
通过模拟可以评估电路的性能指标，如增益、带宽和功耗等。
3.4 电路布局与布线在电路布局与布线阶段，需要设计电路的物理结构以及元件之间的连接方式。
这包括确定电路的尺寸、排列顺序以及设计布线的路径等。
3.5 校准与测试在校准与测试阶段，需要对设计的集成电路进行校准和测试。
这包括检查电路的功能和性能指标是否满足需求，并对电路进行调整和优化。
4. 集成电路设计工具集成电路设计通常使用专门的设计工具来辅助完成。
常用的集成电路设计工具包括：•电路设计工具：如Cadence、Mentor Graphics等，用于设计电路的原理图和逻辑图。
•电路仿真工具：如Spice、HSPICE等，用于对设计的电路进行模拟和验证。
集成电路设计基础 课后答案
班级：通信二班姓名：赵庆超学号：200712012977，版图设计中整体布局有哪些注意事项？答：1版图设计最基本满足版图设计准则，以提高电路的匹配性能，抗干扰性能和高频工作性能。
2 整体力求层次化设计，即按功能将版图划分为若干子单元，每个子单元又可能包含若干子单元，从最小的子单元进行设计，这些子单元又被调用完成较大单元的设计，这种方法大大减少了设计和修改的工作量，且结构严谨，层次清晰。
3 图形应尽量简洁，避免不必要的多边形，对连接在一起的同一层应尽量合并，这不仅可减小版图的数据存储量，而且版图一模了然。
4 在构思版图结构时，除要考虑版图所占的面积，输入和输出的合理分布，较小不必要的寄生效应外，还应力求版图与电路原理框图保持一致（必要时修改框图画法），并力求版图美观大方。
8，版图设计中元件布局布线方面有哪些注意事项？答：1 各不同布线层的性能各不相同，晶体管等效电阻应大大高于布线电阻。
高速电路，电荷的分配效应会引起很多问题。
2 随器件尺寸的减小，线宽和线间距也在减小，多层布线层之间的介质层也在变薄，这将大大增加布线电阻和分布电阻。
3 电源线和地线应尽可能的避免用扩散区和多晶硅布线，特别是通过较大电流的那部分电源线和地线。
因此集成电路的版图设计电源线和地线多采用梳状布线，避免交叉，或者用多层金属工艺，提高设计布线的灵活性。
4 禁止在一条铝布线的长信号霞平行走过另一条用多晶硅或者扩散区布线的长信号线。
因为长距离平行布线的两条信号线之间存在着较大的分布电容，一条信号线会在另一条信号线上产生较大的噪声，使电路不能正常工作。
、5 压点离开芯片内部图形的距离不应少于20um，以避免芯片键和时，因应力而造成电路损坏。
集成电路设计基础
集成电路设计基础集成电路设计是现代电子技术中的重要组成部分，它涉及到电路设计、布局、布线、仿真、验证等多个环节。
本文将从集成电路设计的基础知识入手，介绍一些常用的设计方法和流程。
一、集成电路设计的基本概念集成电路是将多个电子元器件集成在一块芯片上的电路。
它的设计过程主要包括逻辑设计和物理设计两个阶段。
逻辑设计是指根据电路的功能要求，使用逻辑门和触发器等基本逻辑单元，设计出满足特定功能的逻辑电路。
物理设计则是将逻辑电路映射到实际的物理布局上，包括芯片的布局、布线和电路的优化等。
二、集成电路设计的方法1. 逻辑设计方法逻辑设计是集成电路设计的第一步，它决定了电路的功能和性能。
常用的逻辑设计方法包括门级逻辑设计、寄存器传输级（RTL）设计和行为级设计等。
门级逻辑设计是指将逻辑电路表示为逻辑门的组合，可以使用与、或、非等基本逻辑门进行逻辑运算。
寄存器传输级设计则是将逻辑电路表示为寄存器和数据传输器的组合，它可以更直观地描述电路的数据流动。
行为级设计是指使用高级语言（如Verilog、VHDL等）描述电路的功能和行为。
2. 物理设计方法物理设计是将逻辑电路映射到实际的物理布局上，其目标是在满足电路功能和性能要求的前提下，尽可能减小电路的面积和功耗。
物理设计的主要步骤包括芯片的布局、布线和电路的优化。
芯片的布局是指将电路的各个逻辑单元按照一定的规则放置在芯片上，以满足电路的连接要求和良好的电路布局。
布线是指将逻辑单元之间的连线完成，使其能够正常传递信号。
布线的目标是尽量减小连线的长度和延迟，提高电路的运行速度。
电路的优化是指对布局和布线进行进一步的优化，以减小芯片的面积和功耗。
常用的优化方法包括逻辑优化、时钟树优化和功耗优化等。
三、集成电路设计的流程集成电路设计的流程一般包括需求分析、逻辑设计、验证、物理设计和后端流程等多个阶段。
需求分析阶段是确定电路的功能和性能要求，以及电路的输入输出特性等。
逻辑设计阶段是根据需求分析的结果，设计出满足功能和性能要求的逻辑电路。
集成电路设计基础复习
1. 在P 衬底硅片上设计的PMOS 管可以分为n+层、SiO 2层、多晶硅层、金属层和N 井层。
2. 在集成电路设计中，制造厂商所给的工艺中有R □为它成为（方块电阻）。
3. MOS 管元件参数中的C ox 是栅极单位面积所具有的（电容值）。
4. 对于NMOS 而言，工作在饱和区中，其漏电流I D 等于（21()2D P ox GS TH WI C V V Lμ=-），不能使用β或K 来表示。
5. 对于PMOS 而言，工作在饱和区中，其漏电流I D 等于（21(||)2D P ox SG TH WI C V V Lμ=--），不能使用β或K 来表示。
6. 对于工作在饱和区的NMOS 而言，其g m 等于（2Dm GS THI g V V =-），只能有I D 和过驱动电压表示。
7. 对于工作在饱和区的NMOS 而言，其g m等于（m g =），只能有I D 、W 、L 以及工艺参数表示。
8. 根据MOS 管特征曲线划分的四个工作区域，可以作为MOS 电阻的区域为（深度三极管区）。
9. 根据MOS 管特征曲线划分的四个工作区域中，可以作为电流源的区域为（饱和区）。
10. 对于NMOS 而言，导电沟道形成，但没有产生夹断的外部条件为（V DS 小于V GS -V TH ）。
11. 差动信号的优点，能（有效抑制共模噪声），增大输出电压摆幅，偏置电路更简单和输出线性度更高。
12. 分析MOS 共栅放大电路，其电流增益约等于（1）。
13. 差动信号的优点，能有效抑制共模噪声，增大输出电压摆幅，偏置电路更简单和（输出线性度更高）。
14. 共源共栅电流镜如下图所示，当V X 电压源由大变小的过程中，M2和M3管，（M3）先退出饱和区。
1. 根据MOS管特征曲线划分的四个工作区域中，可以作为电流源的区域为（ B ）。
A 线性区B 饱和区C 截止区D 三极管区2. 根据MOS管特征曲线划分的四个工作区域中，可以作为MOS电阻的区域为（ A ）。
集成电路设计基础期末考试复习题
全部复习题均可在教材上找到参考答案！！！1.摩尔定律的内容：单位面积芯片上所能容纳的器件数量，每12-18个月翻一番。
2.摩尔定律得以保持的途径：特征尺寸不断缩小、增大芯片面积及单元结构的改良。
3.图形的加工是通过光刻和刻蚀工艺完成的。
4.在场区中，预防出现寄生沟道的措施：足够厚的场氧化层、场区注硼、合理的幅员。
5.形成SOI材料的三种主要技术：注氧隔离技术、键合减薄技术、智能剥离技术。
6.实际的多路器和逆多路器中输入和输出一般是多位信息，如果对m个n位数据进行选择，则需要n位m选一多路器。
7.在氧化层上形成所需要的图形的步骤：甩胶、曝光、显影、刻蚀、去胶。
8.幅员设计规则可以用两种形式给出：微米规则和λ规则。
9.常规CMOS结构的闩锁效应严峻地影响电路的可靠性，解决闩锁效应最有效的方法是开发多晶硅技术。
10.要完成四选一多路器，应该用2位二进制变量组成4个操纵信号，操纵4个数据的选择。
11.摩尔分析了集成电路迅速开展的原因，他指出集成度的提高主要是三方面的奉献：特征尺寸不断缩小、芯片面积不断增大、器件和电路结构的不断改良。
12.缩小特征尺寸的目的：使集成电路继续遵循摩尔定律提高集成密度；提高集成度可以使电子设备体积更小、速度更高、功耗更低；降低单位功能电路的本钱，提高产品的性能/价格比，使产品更具竞争力。
13.N阱CMOS主要工艺步骤：衬底硅片的选择→制作n阱→场区氧化→制作硅栅→形成源、漏区→形成金属互连线。
14.解决双极型晶体管纵向按比例缩小问题的最正确方案之一，就是采纳多晶硅发射极结构，预防发射区离子注入对硅外表的损伤。
15.n输入与非门设计考虑，根据直流特性设计：Kr=KN/KP=n3/2；根据瞬态特性设计：Kr=KN/KP=n。
n输入或非门设计考虑，根据直流特性设计：Kr=KN/KP=n-3/2；根据瞬态特性设计：Kr= Kr=KN/KP=1/n.16.CE等比例缩小定律要求器件的全部几何尺寸，包含横向和纵向尺寸，都缩小k倍；衬底掺杂浓度增大K倍；电源电压下降K倍。
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集成电路设计基础复习提纲
一EDA常用命令
ls 显示当前目录下的文件和路径。
Pwd显示当前文件的绝对路径.。
Cd进入指定目录。
More显示文件内容。
Cp拷贝。
Mkdir创建目录。
tar 打包。
zip压缩。
unzip解压。
ftp传送文件。
二基本概念
1版图设计
CIW命令解释窗口, Library 库，Reference Library相关库, Library Path库路径，Cell单元，View视图，Techfiler.tf工艺文件, cds.lib库管理文件, techfile.cds ASCII 文件，LSW图层选择窗口，display.drf图层显示文件。
LayerPurpose Pair层次用途配对，Cellview Attributes and Properties单元视图属性，Instance单元，Snap Mode 光标按钮画线条或图形的模型。
Stream。
数据流（一个标准数据格式用在cad系统间传递物理设计数据）
parameterized cells，参数化单元。
Flatten，打平
设计方法
1 CIC设计流程
①设计规划。
②建库。
③原理图输入。
④电路仿真。
⑤单元模块版图。
⑥TOP 版图。
⑦验证。
⑧输出GDSII。
⑨制掩膜。
⑩流片封装测试。
2CIC建库的步骤，工艺文件和显示文件的使用。
建库进入设计项目所在的文件夹，打开名利窗口输入icfb，在ciw菜单栏中选择file-creat-creat new library，选择要连接的Techfiler.tf或者选择相应库作为链接库，后根据指示完成余下的操作
工艺文件p1-40说明图层连接，等效连接，不可被重叠，自动布线，设计规则等情况
ciw-technology-file-dump ,design,layout definations,ascll 命名.Tf，ok;/techpurposes /techlayers;/techdisplays;/techlayerpurposepriorities(图层目的优先)；：q！（保存退出）：wq！（写后保存退出）；/ptap
File-load
显示文件的使用：在显示资源编辑窗口里编辑并保存（display。
drf）长期有效
添加新包，先编辑显示文件再在显示资源编辑窗口里编辑其填充等；file—save；tools-display resources-mergefile;分配图层目的配对。
3单元版图绘图方法及编辑基本方法，
新建，根据设计要求选择图层用不同的绘图命令绘制和按参数编辑、连接，测试4绘图及编辑常用命令的使用：
Create—
Rectangle 。
create-rectangle left点拉升点
Instance、create-instance(名字不可改)填写库cell view 坐标等
Path、create-path 1点2点+回车/双击
Pcell、edit-hierarchy（分层）-make cell 填写，画长方形区域，ok
Polygon、create- Polygon（F3），选择图层，点，点等，回车
Conics create-arc，点，点，点回车
Edit—
Moving Objects、到新图层move-change layer；方向移动；正交选择对象
Copy objects、到新图层copy- change layer；源到目的；平面数组；yank and paste Stretch objects（F4,选取边，全局部的选择切换），
选项F3的使用显示option form。
5图层选择的方法
在Lsw选择图层（AV/NV/AS/NS）选择NV 处理AV；shift+middle mouse
Layer tap ,lsw-edit-layer tap/[t] 选取点2次
6GDS数据输入输出步骤
工艺文件、建库、拉动相关库、符号库、原理图编辑、版图编辑。
7pk445chip工作原理，版图设计的原则。
Pk445chip主要有两个放大器，还有一个测量控制器和测量开关管，以及两个单向二极管和信号存储器组成，当一个峰值信号来到时，第一个放大器，把峰值信号跟随输出到信号存储器存储，而峰值下降时，通过第二个放大器的反馈使信号保持。
在第二个峰值来到前，通过测量控制器控制MOS开关管放电，使存储器复位。
版图设计方面主要是运放、测量控制器和测量开关管。
运放采用差分同相输入，单端输出，加上一个RC反馈网络作为频率补偿。
测量控制器和测量开关管采用简单的反相器加与非门和一个NMOS管子组成。
布局布线采用自动的布局布线。
三DIVA验正
1 概念
DRC设计规则检查（按照工艺特定的规则检查物理设计版图）, EXTRACT提取（为了执行ERC，LVS,后端版图仿真分析等，从版图中提取器件参数和连接）,ERC电路规则检测, LVS版图和电路图层比较，Hierarchy层次（描述的是单元包含其他单元的设计数据的组织方式）, Flatten打散，平面化，所有设计数据在同一层Derived Layer导出层（通过层处理函数创建的新层）, Original Layer原始层,
Soft-Connect软连接，CDF元件说明格式,Recognition Layer识别层，prune剔除，MatchType匹配，permute交换，
2图层处理
1）常用命令：
逻辑命令：
GeomXor（这个命令输出两层或多层之间非公有的部分）,
geomNot(输出输入层的反),
geomCat（使所有的输入层连续。
其输出包含所有的输入层），
GeomAnd（与, 输出两个不同层次或边界间的交叠部分）
, geomOr（或, 输出所有的输入层）,
geomAndNot（与非,输出第一层中未被第二层覆盖的部分）。
相关命令：
geomInside（选择完全处在第二输入层中的第一输入层）,
geomOutside（选择完全处在第二输入层之外的第一输入层），
GeomButting(选择与第二输入层相外切的层次),
geomCoincident（选择与第二输入层相内切的层次）,
geomOverlap(选择与第二输入层有公共面积的层次)。
尺寸命令：
geomSize（按输入的数值扩张或收缩输入层）,
geomStretch(扩张或收缩输入层的边界）。
存储命令：
saveDerived（将衍生层存入库中相关的视图中去）,
copyGraphics（从当前分析层拷贝源层次到特定层中去）,
geomErase（从所有的视图中删去指定原始图形层上的全部图形）
outLayer = geomBkgnd（创建个长方形包围设计中的所有数据) geomEnclose（选择完全包含第二输入层的层次，可以内切）
geomStraddle(选取个被其他多变形横跨的多边形)
geomHoles(从甜甜圈图形里生成图形)
2）DIVA实验lab3-1图层处理程序
Metal2=geomOr(‘’metal2” gemosize(“pad” 4.0))
geomE rase(“matel2”)
saveDerived(metal2 (“metal2” ”drawing”))
viaToFox=geomOverlap(“via” gemoSize(“poly1” 0,5))
viaE =geomSize(viaToFix 0.2)
geomErase(“viaE”)
saveDrived(viaE (“viaE” ” drawing”))
3、drc
1）drc程序结构
图层工艺命令；用限制块去包含或排除特定的命令群组；改全局变量
（drc/extract）；drc命令去检测
2）常用命令
Width线宽:检查同一输入层中内边线到内边线的距离,
notch开槽: 检查同一输入层中外边线到外边线的距离,
area面积: 检查单一输入层的面积,
sep隔离: 检查第一输入层的外边线到第二输入层外边线的距离,
enc包围: 检查第一输入层的内边线到第二输入层外边线的距离,
ovlp覆盖: 检查第一输入层的内边线到第二输入层内边线的距离, geomStamp(pwell pplus error) 检查阱是否被错误的使用来作为传导通道
drc(metal1 width <0 .8 “Metal1 Width < 0.8”)
drc(metal1 sep < 1.0 “Metal1 Spacing < 1.0”)
3）drc操作步骤
Verify-drc；选取检查方法，选取检查限制，设置交换机名称，选取或排除检查单元，连接同名端，选取规则文件和库，规则包括（时间改动交换），设置其他选项，找到错误
4 EXT版图提取
1)EXT程序结构。