专用集成电路2010年秋---第1章
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2010年电子产品中职国赛集成电路介绍
《集成电路介绍》
一、 IC17809 三端稳压管引脚如图所示：
引脚功能说明：
1 脚： V i输入端。
2脚：地端。
3脚： V o输出端。
二、 IC27805 三端稳压管
引脚功能说明：
1 脚： V i输入端。
2脚：地端。
3脚： V o输出端。
三、 IC3CD4013 双 D 触发器引脚如图所示：
引脚功能说明：
D1触发器： 1 脚～ 6 脚
D2触发器： 8 脚～ 13 脚
7 脚： GND
14脚： V CC
四、 IC4SN430502 数码管引脚如图所示
《集成电路介绍》第 1 页共 2 页
-
引脚功能说明：已在图上注明。
五、 IC5AT89C2051 微处理器引脚如图所示
引脚功能说明：
（1）输入 /输出引脚（ I/O 口线）：
P1口： 8位双向 I/O口；占 12～19脚；
P3口： 7个双向 I/O引脚；占 2～ 9脚（也可作特殊功能口）；11脚。
（ 2）电源及其它：
Vcc（20脚）：电源端 +5V。
GND （10脚）：接地端。
Xl、 X2（ 19～18 脚）：时钟电路引脚。
当使用内部时钟时，这两个引脚端外接
石英晶体和微调电容。
当使用外部时钟时，用于外接外部时钟源。
RES（ 1 脚）：复位输入。
当为高电平时并保持 2 个机器周期，所有I/O 引脚复位为 1。
《集成电路介绍》第 2 页共 2 页
-。
ASIC第一章
18
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
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
第一章 集成电路概论(完整版)
三 半导体基础知识
1.半导体基础 2.PN结
1.半导体基础
半导体是构成二极管和晶体管的基础，而二极管和晶体管 又是整个微电子学的心脏。
（1）什么是半导体
半导体指其导电性能介于导体和绝缘体之间的一种材料， 它的电学性能对温度、所含杂质、光照等十分敏感。
划分导体，半导体，绝缘体的依据：电阻率（或电导率）
21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐渐发展到3T时 代，即存储器量由Gb发展到Tb，集成电路中器件的速度由 GHz发展到THz，数据传输速率由Gbps发展到Tbps。
由于集成电路工艺的发展，芯片的集成度增加的同时尺寸 将不断减小。
SoC ( System - on - Chip)将继续得到发展，成为集 成电路的主流之一。SoC技术始于20世纪90年代中期,随着 半导体工艺技术的发展, IC设计者能够将愈来愈复杂的功能 集成到单硅片上, SoC正是在集成电路( IC)向集成系统( IS) 转变的大方向下产生的 。
30μm
50μm
1 μm ×1 μm （晶体管的大小）
（皮肤细胞大小）
头发与晶体管的对比
3.集成电路的过去、现在和未来 －－爱迪生效应：为了延长白炽灯的寿命，1883年，爱迪生 在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片（实际并没能延长灯泡 的寿命），金属片没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上 电压，灯丝受热后，会产生一股趋向附近的金属片的电流。 当时，爱迪生本人并没有意识到这种现象有多少技术潜力， 而转入其他项目的研究。后人认识到爱迪生发现的是一种 “热电子发射现象”，有重要的实际应用价值，把它称为 “爱迪生效应”。
一 半导体集成电路概述 二 集成电路基础知识
1.基本概念 2.分类 三 半导体基础知识 1.半导体基础 2.PN结
《集成电路设计(第2版)》习题答案1-5章
CH3
1． 写出晶体外延的意义，列出三种外延生长方法，并比较各自的优缺点。 意义：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。外延方法: 液态生长，气相外延生长，金属有机物气相外延生长 2．写出掩膜在 IC 制造过程中的作用，比较整版掩膜和单片掩膜的区别，列举三种掩膜的制 造方法。P28,29 3．写出光刻的作用，光刻有哪两种曝光方式？ 作用： 把掩膜上的图形转换成晶圆上的器 件结构。曝光方式有接触与非接触两种。 4．X 射线制版和直接电子束直写技术替代光刻技术有什么优缺点？ X 射线（X-ray）具有比可见光短得多的波长，可用来制作更高分辨率的掩膜版。电子
影响，界面势阱的影响 6． 什么是 MOS 器件的体效应？ 由于衬底与源端未连接在一起，而引起的阈值电压的变化叫做体效应。 7． 说明 L、W 对 MOSFET 的速度、功耗、驱动能力的影响。 P70，71 8． MOSFET 按比例收缩后对器件特性有什么影响?
I DS
不变，器件占用面积减少，提高电路集成度，减少功耗
CH1
1． 按规模划分，集成电路的发展已经经历了哪几代？它的发展遵循了一条业界著名的定 律，请说出是什么定律？ 晶体管-分立元件-SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC。MOORE 定律 2． 什么是无生产线集成电路设计？列出无生产线集成电路设计的特点和环境。 拥有设计人才和技术，但不拥有生产线。特点：电路设计，工艺制造，封装分立运行。 环境：IC 产业生产能力剩余，人们需要更多的功能芯片设计 3． 多项目晶圆（MPW）技术的特点是什么？对发展集成电路设计有什么意义？ MPW：把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上，然后以步行的方式排列 到一到多个晶圆上。意义：降低成本。 4． 集成电路设计需要哪四个方面的知识？ 系统，电路，工具，工艺方面的知识
第1章cpld学习教程课件
第1章cpld学习教程
PLD的分类
• CPLD/FPGA不仅受到系统设计者的青睐， 而且在半导体领域中呈现出一支独秀的增 长态势，成为系统级平台设计的首选。随 着PLD向更高速、更高集成度、更强功能 和更灵活的方向发展，使CPLD/FPGA器件 既适用于短研制周期、小批量产品开发， 也可用于大批量产品的样品研制，且项目 开发前期费用低，开发时间短，有利于新 产品占领市场，是目前ASIC设计所使用的 最主要的器件。
第1章cpld学习教程
2023/10/8
第1章cpld学习教程
二、什么叫EDA
. EDA:
电子设计自动化(
Electroni
Design Automation )是电子设计技术和
电子制造技术的核心， EDA技术的发展
和推广应用极大的推动了电子信息行业
的发展。
第1章cpld学习教程
我们认识的EDA技术
Foundation 、PAC) . 5.IC设计 . 6.SOC设计
第1章cpld学习教程
第一节 EDA技术的发展及其未来
. EDA技术是现代电子信息工程领域的一门新技术; . 今天的EDA技术更多的是指芯片内的电子系统设计自动
化，即片上系统(SOC ，System On Chip)设计。 . 在SOC设计过程中，除系统级设计、行为级描述及对功
能的描述以外均可由计算机自动完成，同时设计人员借 助开发软件的帮助，可以将设计过程中的许多细节问题 抛开，而将注意力集中在电子系统的总体开发上。这样 大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少 了以往复杂的工序，缩短了开发周期，实现了真正意义 上的电子设计自动化。
第1章cpld学习教程
一、EDA技术的发展进程
PLD的分类
• CPLD/FPGA不仅受到系统设计者的青睐， 而且在半导体领域中呈现出一支独秀的增 长态势，成为系统级平台设计的首选。随 着PLD向更高速、更高集成度、更强功能 和更灵活的方向发展，使CPLD/FPGA器件 既适用于短研制周期、小批量产品开发， 也可用于大批量产品的样品研制，且项目 开发前期费用低，开发时间短，有利于新 产品占领市场，是目前ASIC设计所使用的 最主要的器件。
第1章cpld学习教程
2023/10/8
第1章cpld学习教程
二、什么叫EDA
. EDA:
电子设计自动化(
Electroni
Design Automation )是电子设计技术和
电子制造技术的核心， EDA技术的发展
和推广应用极大的推动了电子信息行业
的发展。
第1章cpld学习教程
我们认识的EDA技术
Foundation 、PAC) . 5.IC设计 . 6.SOC设计
第1章cpld学习教程
第一节 EDA技术的发展及其未来
. EDA技术是现代电子信息工程领域的一门新技术; . 今天的EDA技术更多的是指芯片内的电子系统设计自动
化，即片上系统(SOC ，System On Chip)设计。 . 在SOC设计过程中，除系统级设计、行为级描述及对功
能的描述以外均可由计算机自动完成，同时设计人员借 助开发软件的帮助，可以将设计过程中的许多细节问题 抛开，而将注意力集中在电子系统的总体开发上。这样 大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少 了以往复杂的工序，缩短了开发周期，实现了真正意义 上的电子设计自动化。
第1章cpld学习教程
一、EDA技术的发展进程
专用集成电路设计技术基础第一讲
浙大微电子
28/46
中国半导体产业主要集聚地区
浙大微电子
29/46
05-11中国大陆IC设计业按区域发展状况
区域/相应市 单位：亿元
上海
长 三 角
2005
企业数 销售额 产出率 企业数
2010
销售额 产出率 企业数
2011
销售额 产出率
锡 /苏 /南 杭 /绍 其它
204 占总数 42.6%
51.7 占总数 34.5%
0.25 /企业
224 占总数 38.5%
242 占总数 44.1%
1.03 /企业
208 占总数 39%
301 占总数 43.8%
1.45 /企业
京 津/ 渤 海 湾
珠 三 角
北京
济 /津 /大 /青 其它 深圳
85 占总数 17.7%
42.0 占总数 28.0%
0.49 /企业
132 占总数 22.7%
专用集成电路设计技术基础
浙大微电子
第一讲 内容
一、基本概念
二、课程的重要性及与行业 /产业的对应情况
三、需掌握哪些专业背景知识
浙大微电子
一、基本概念
• • • • • • • • IT业 集成电路、半导体、微电子学及之间的关系 硅含量 摩尔定律 3C概念 IC产业链 产业分工 国内IC设计 \ 制造 \ 封装产业现状
• 厂房、动力、材料（硅片、化合 物半导体材料）、专用设备、仪
集成电路制造
器（光刻机、刻蚀机、注入机…
浙大微电子
10/46
集成电路封装
• 划片机、粘片机、键合机、包封 机、切筋打弯机、芯片、塑封料、 引线框架、金丝………
• 测试设备、测试程序、测试夹
数字集成电路第一章
2013-8-7 上海大学《数字集成电路设计》
微系统（续）
• 狭义：信息系统的芯片集成，即片上系统 （Sytem on a chip，SOC）
– SOC是微电子技术当前最迫切、现实的方向
• IC制造技术已经提供了构成SOC的能力，IC设计技 术相对落后于这一形势成为瓶颈 • 人类社会信息化迫切需求：计算机、通信与网络、 消费信息产品（3G） • IC向IS转变需要概念上的突破
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
深亚微米（DSM）挑战
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
设计能力的发展趋势
芯片复杂度的增长速度超过了设计能力的增长速度
2013-8-7 上海大学《数字集成电路设计》
第二节 微电子技术发展的两个方向
• 由微电子学向纳电子学转变——纳电子学
– 纳电子学两重意义：（1）在现在电子器件基础上把微电子器件尺 寸推进到纳米范畴：（2）发展新原理的纳米器件。 – 狭义上：纳器件 – 广义上：纳系统
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
• （一）深亚微米与超深亚微米设计
– （1）精确的模型 – 1、SPICE模型 器件中原来的二级效应成为一级效应。 一维模型成为二、三维模型。 不同几何尺寸器件的电学特性也不同。
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
HSPICE支持的主要模型
其中BSIM短沟绝缘栅场效应晶体管（Berkeley Shortchannel IGFET Model）被工业界广泛采用，成为事实 上的工业标准。 模拟电路特别是射频电路用的精确模型更加复杂。
– 60至70年代：微处理器、存储器、逻辑IC标准化导致 系统公司与IC公司分离 – 80至90年代：ASIC设计技术观念变革导致专职设计的 Fabless-IC公司与专职加工的Foundry-IC公司分离 – 21世纪：随着IC向IS转变，芯片系统（SOC）成为方 向。它强调基于IP核的设计，导致专职IP开发的 Chipless-IC公司的兴起
微系统（续）
• 狭义：信息系统的芯片集成，即片上系统 （Sytem on a chip，SOC）
– SOC是微电子技术当前最迫切、现实的方向
• IC制造技术已经提供了构成SOC的能力，IC设计技 术相对落后于这一形势成为瓶颈 • 人类社会信息化迫切需求：计算机、通信与网络、 消费信息产品（3G） • IC向IS转变需要概念上的突破
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
深亚微米（DSM）挑战
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
设计能力的发展趋势
芯片复杂度的增长速度超过了设计能力的增长速度
2013-8-7 上海大学《数字集成电路设计》
第二节 微电子技术发展的两个方向
• 由微电子学向纳电子学转变——纳电子学
– 纳电子学两重意义：（1）在现在电子器件基础上把微电子器件尺 寸推进到纳米范畴：（2）发展新原理的纳米器件。 – 狭义上：纳器件 – 广义上：纳系统
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
• （一）深亚微米与超深亚微米设计
– （1）精确的模型 – 1、SPICE模型 器件中原来的二级效应成为一级效应。 一维模型成为二、三维模型。 不同几何尺寸器件的电学特性也不同。
2013-8-7
上海大学《数字集成电路设计》
HSPICE支持的主要模型
其中BSIM短沟绝缘栅场效应晶体管（Berkeley Shortchannel IGFET Model）被工业界广泛采用，成为事实 上的工业标准。 模拟电路特别是射频电路用的精确模型更加复杂。
– 60至70年代：微处理器、存储器、逻辑IC标准化导致 系统公司与IC公司分离 – 80至90年代：ASIC设计技术观念变革导致专职设计的 Fabless-IC公司与专职加工的Foundry-IC公司分离 – 21世纪：随着IC向IS转变，芯片系统（SOC）成为方 向。它强调基于IP核的设计，导致专职IP开发的 Chipless-IC公司的兴起
数字集成电路设计 第一章
▪ 半导体代工阵营中的前四大企业为：台积电（TSMC）、 联电(UMC)、中芯国际(SMIC)、特许(Chartered)
▪ 以 X-Fab 、 Jazz Semiconductor 为 代 表 的 企 业 以 提 供 特 殊 Foundry服务(RF、Analog)而拥有自己的一席之地。
无生产线的IC设计公司（Fabless）与IC代工制造公司 (Foundry) 相配合的方式成为IC产业发展的重要模式。
© DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
Digital Integrated Circuits
A Design Perspective
Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic
Introduction
吉林大学课程中心：数字集成电路设计
材料、设备业开发技术难度大，属于基础科学类 开发费用高，因此进入门槛高。
半导体设备制造业被AMAT（应材）、ASML（ 艾司摩尔）-光刻机、Lam Research（科林研 发）-等离子刻蚀和单晶圆清洗、LKA-Tencor（ 科磊）、Dainippon Screen（迪恩仕）等欧美 企业垄断。
© DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
7
Introduction
硅纳米电子学材料
早期所需材料种类相比于目前很少
©Hale Waihona Puke DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
8
Introduction
三、封装、测试业分离后的集成电路产业
二十世纪70年代，封装、测试业逐渐从整个产业 中分离出来。
▪ 以 X-Fab 、 Jazz Semiconductor 为 代 表 的 企 业 以 提 供 特 殊 Foundry服务(RF、Analog)而拥有自己的一席之地。
无生产线的IC设计公司（Fabless）与IC代工制造公司 (Foundry) 相配合的方式成为IC产业发展的重要模式。
© DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
Digital Integrated Circuits
A Design Perspective
Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic
Introduction
吉林大学课程中心：数字集成电路设计
材料、设备业开发技术难度大，属于基础科学类 开发费用高，因此进入门槛高。
半导体设备制造业被AMAT（应材）、ASML（ 艾司摩尔）-光刻机、Lam Research（科林研 发）-等离子刻蚀和单晶圆清洗、LKA-Tencor（ 科磊）、Dainippon Screen（迪恩仕）等欧美 企业垄断。
© DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
7
Introduction
硅纳米电子学材料
早期所需材料种类相比于目前很少
©Hale Waihona Puke DEEig1i4ta1l Integrated Circuits2nd
8
Introduction
三、封装、测试业分离后的集成电路产业
二十世纪70年代，封装、测试业逐渐从整个产业 中分离出来。