数字集成电路开发流程与总结

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项目小组根据公司要求,进行如下工作:
设计流程
A.应收集和查询的资料,包括有关的行业法规、技术标 准、质量标准、类似产品的样品及其技术资料、竞争对 手的信息。
B.开发所需要新增的资源,包括技术人员、设备仪器、 晶园片制造相关资源、软件工具等。
C.项目小组成员的任务分工。 D.开发活动的时间进度安排。 E.总体开发要求或大致开发方案。 至此完成项目的立项过程。
按此版图进行掩膜版制作和流片,完成反刻金属之前 的所有加工工序,生产出半成品芯片(没有功能,称为 “门阵列母片”),供芯片设计者进一步设计使用。
设计流程
在固定规模(器件数)、固定端口数的门阵列母片的 基础上,芯片设计者根据需要将内部单元和I/O单元分 别进行内部连线构成所需功能的各种单元(也可以调用 针对具体母片事先设计好的的各种功能单元连线的单元 库),再进行总体布局布线,构成一定功能的芯片连线 版图。
由于标准单元库是预先设计好的,不是为某个芯片专 门设计的,因此也称为半定制设计方法。
设计流程
特点:可获得较佳的电路性能和较小的芯片尺寸(与 库单元种类的丰富程度和库单元性能有关),有利于缩 短芯片设计周期,降低设计成本,适用于专用电路( ASIC)和较高性能的芯片设计。
对芯片设计者的微电子专业知识和设计经验要求不是 很高,而对单元库和设计工具有较强的依赖性。
输入施密特触发器; 输出驱动能力; 复位信号驱动能力;
设计流程
电路功能仿真 使用的工具:Verilog-XL 使用的激励文件: module sim(CLKIN,RES); output CLKIN,RES; reg CLKIN,RES;
initial begin
设计流程
CLK=1’b0; RES=1’b0; #1080 RES=1’b1; #1000 $stop; end
开发流程概述
数字集成电路的开发流程为: 1、项目立项(市场调查、客户需求分析); 2、设计指标的确立; 3、结构设计; 4、模块设计及仿真; 5、总体设计及仿真; 6、版图设计(全定制,自动布局布线); 7、设计规则及电学规则检查; 8、后仿真(关键路径仿真,时序验证);
开发流程概述
(上述3-8为设计流程) 9、光刻板的制作(GDS数据); 10、工程批(或MPW)生产加工; 11、工程批(或MPW)测试,设计验证; 12、正式生产; 13、中测; 14、封装; 15、成测; (9-10为生产流程)
长信号线一般选择金属层布线,应尽量避免长距离平 行走线。
设计流程
多晶硅布线和扩散区布线不能交叉而且要短。必须用 多晶硅走长线时,应同时用金属线在一定长度内进行短 接。
版图设计方法: 1、全定制设计方法: 利用人机交互图形系统,由版图设计者针对具体电路
和具体要求,从每个器件的图形、尺寸开始设计,直至 整个版图的布局布线。
设计流程
产品定义: 设计一个异步八分频器;
产品细化: 知道的内容: 1、八分频; 2、异步; 3、分频器; 不知道的内容: 4、工作电压范围;
设计流程
5、工作频率; 6、静态功耗; 7、ESD、寿命等要求(使用环境:工业,民用); 8、输出驱动能力; 9、外部接口; 10、封装形式;
设计流程
积木块设计方法 将固定的全定制设计模块、编译模块(一般为存储器
)和标准单元设计方法结合在一起,就像堆积木一样进 行布局布线,形成芯片版图。
设计流程
芯片面积较小,性能较佳,设计周期短,适合于大规 模ASIC(SoC)设计。
设计流程
传输门的设计:
原理图 (注意衬底连接)
符号图
设计流程
反向器设计
原理图
符号图
设计流程
与非门设计
原理图(注意宽长比)
符号图
设计流程
异步T触发器设计
原理图(时钟)
设计流程
时钟与复位信号的关系; 多种设计方式:可使用三态反相器; 输出驱动的考虑;
设计流程
总体电路
设计流程
电路版图设计 集成电路制造工艺中,通过光刻和刻蚀将掩膜版上的
图形转移到硅片上。这种制造集成电路时使用的掩膜板 上的几何图形定义为集成电路的版图。
版图要求与对应电路严格匹配,具有完全相同的器件、 端口和连线。
版图布局的基本规则:版图的布局设计是要解决电路 图或逻辑图中的每个元件、功能单元在版图中的位置摆 布、压焊点分布、电源线和地线以及主要信号线的走向 等。
优点:可获得最佳的电路性能与最小的芯片尺寸,有 利于提高集成度和降低生产成本,适用于通用芯片和高 性能芯片的设计以及库单元的设计。
设计流程
缺点是设计周期长,设计费用高,同时要求设计者具 有相当深入的微电子专业知识和丰富的设计经验。
2、标准单元设计方法: 电路基本单元和各种I/O单元按一定的标准、依据特 定工艺,由专门人员预先设计好存放于一个统一的库中 ,称为标准单元库。芯片设计者只要根据电路的逻辑网 表及设计约束条件,用相关软件调用标准库中的单元进 行布局布线,即可快速形成最终的芯片版图。
标准单元版图设计考虑:a、单元要符合等高原则, 特别是电源和地线应有相同的高度。b、与单元库中的 任何单元(包括自身)的任意组合都应满足设计规则的 要求。c、每个单元都要考虑抗栓锁,每个I/O单元都要
设计流程
考虑抗静电。d、尽可能小的寄生电容。e、单层金属工 艺尤其要考虑端口引出。
标准单元法芯片版图设计的一般过程:
输出(OUT)。 封装:
根据端口各数,采用SOT23-5的封装。
设计流程
设计方法简介
数字集成电路设计一般可采用两种方法:
1、门级电路设计:直接使用CMOS搭建门电路(与门, 或门,非门等),在此基础上使用搭建好的门电路进行 整体设计。是一种自下向上的设计方式。缺点:不易于 管理,难于理解,无法进行大规模复杂度高的产品的设 计,不利于协同设计的进行。
1、根据逻辑图(或逻辑网表)确定单元的种类和数 量,估算面积,确定芯片几何形状(长度与宽度的比值 或单元行数)。
2、根据封装要求排布I/O单元 3、布电源和地的干线网 4、排布内部单元(布局) 5、布线(电源和地的支线、主要信号线、其它线)
设计流程
门阵列设计方法:
将含有固定器件数不含连线的内部相同单元排成一定 规模的阵列,将含有固定器件数不含连线的I/O相同单 元排在四周,并留有固定的布线通道,形成一定规模、 一定I/O端口数、没有连线(没有功能)的芯片版图。
电学性能设计指标确定: 1、工作电压3-5V; 2、静态电流小于1mA; 3、最大工作频率:20MHz; 4、ESD:>4KV; 5、输出驱动电流:15mA; 在确定电学指标后,根据电学指标的要求确定采用的
工艺以及生产厂商。 根据上述要求确定采用0.5微米CMOS工艺设计。
设计流程
外部端口: 电源(VDD)、地(GND),时钟输入(CLNIK),
设计流程
具体电路设计 首先进行门级电路设计,分频器的核心是异步触发器。 同步:在时钟上升或者下降沿时进行置复位,置复位
信号至少保持一个周期以上。 异步:置复位信号出现即对芯片进行置复位操作,和
时钟没有关系。置复位信号保大于有效复位时间即可。 设计中的异步触发器采用低电平复位,内部包括传输
门,与非门,反向器。
设计流程
首先确定电路中主要单元(元件)的位置,再以主要 单元为中心安置次主要单元和次要单元。
相关单元(包括压焊点)要尽量靠近,以主要单元为 主,调整单元(器件)的形状和位置,方便布线,缩短 布线。
布线基本原则:最常用的的布线层有金属、多晶硅和 扩散区,其寄生电阻和寄生电容有所不同。
电源线,地线选择金属层布线,线宽要考虑电流容量 (一般1mA/um)。
按此连线版图进行制版,再在预先生产出的母片上继 续完成后续工序,制出最终芯片。
设计流程
特点:芯片的面积、最大规模、最多引脚数、布线通 道以及单元中的器件数和部分连接是固定的,利用率不 能达到100%, 性能不能达到最佳。
可以快速完成芯片的设计和生产,降低芯片设计成本 和生产成本。
一般制成不同规模、不同引脚数的系列门阵列母片, 以便适合不同规模电路的设计。
2013年7月
内容及目的
内容:通过一个简单的八分频器的设计,对数字集成 电路从项目立项到最终产品定型的全过程进行一个简 单的介绍。主要包括电路设计与生产加工两部分的内 容。
目的:通过介绍,对集成电路设计到生产的全过程有 一个初步的了解,解决集成电路是怎么设计出来,怎 么生产出来的问题。同时在整个过程中对集成电路设 计过程中应该有的设计思想进行探讨。
在模块设计的时候,可以灵活的根据模块的复杂度采 用自顶向下或自下向上的设计方法。
设计流程
对于一个异步八分频器的设计,可以将其结构划分为 三个部分: 1、上电复位电路 接口:电源线,地线,复位信号线; 该部分为以模拟电路为主的电路,采用晶体管级的
设计方法。本例中对此部分电路不进行主要介绍。 2、分频器部分 接口:电源线,地线,复位信号线,时钟输入线
设计流程
设计立项:
市场人员通过考察、会议、参加展销会等方式进行新 产品市场调查,以收集、分析、总结集成电路芯片的市 场需求信息,公司根据客户需求及公司产品及市场定位 对客户需求进行可行性分析,在符合公司规划的前提下 对项目进行立项。研发部门对客户需求进行细化,同时 通过市场人员与潜在客户沟通将客户需求具体化,制定 产品要求,成立项目小组。
标准单元库的组成:
符号库:单元特定符号,供逻辑图设计用;
拓补库:单元高度、宽度、引出端坐标及方向,供布 局布线使用;
设计流程
时序库:输入与输出间的时序关系及负载特性,供时 序验证用。
功能描述库:单元功能的描述,供功能仿真用。
版图库:单元各层掩膜图形,供制掩膜版用。
综合库:供逻辑综合用。
电路图库:单元电路图。
优点:设计在高层次进行,与具体实现无关;设计开 发更加容易;早在百度文库计期间就能发现问题;能够自动的 将高级描述映射到具体工艺实现;可重用;更快的输入, 便于管理。
是一种自顶向下的设计。
设计流程
结构设计: 结构设计的目的是让系统设计者能够直接参加芯片设
计以实现高性能系统。
随着规模越大,设计复杂性越高,结构化设计可以降 低设计的复杂性,有利于协同设计。
2、使用硬件描述语言(VHDL,Verilog,SystemC): 硬件描述语言是一种描述电路硬件及时序的编程语言。 其具有特殊结构能够对硬件逻辑电路的功能进行描述。
设计流程
是一种高级语言。这种特殊结构能够实现:电路连接的 描述;电路功能的描述;在不同抽象级上对电路进行描 述;描述电路的时序;表达具有并行性。
,输出线;
设计流程
该部分为数字电路,可采用自顶向下的设计方法,由 于其难度很低,也可采用自下向上的设计方法。在本例 中主要介绍自下向上的设计方法。
3、端口保护及ESD保护部分 此部分主要是芯片的保护电路,包括输入输出管脚以 及电源和地之间的ESD保护。 由于采用CMOS电路,输入管脚直接接到MOS管的栅 上,栅对于源、漏寄生电容的击穿电压较低,必须进行 保护。输出是从MOS管的漏极外接,外部静电会造成源 漏击穿。电源和地之间外部电压的失常,过冲会直接进 入芯片。(为什么电源地之间的保护与输入不同?)
always #50 CLKIN=~CLKIN; endmodule 激励文件要注意仿真的覆盖度。
设计流程
分析电路功能是否正确; 分析时序是否符合设计要求; 是否还存在其他可能出现的情况(如工作中出现复位); 驱动能力的大小需进行模拟仿真; 仿真不带延时是一种理想情况; 有延时的仿真可以放在后仿真进行,也可先模拟仿真出典 型的门延迟添加到门级模型中;
结构设计对系统进行划分,确定系统内包含的模块。 定义模块名称,模块的物理接口,功能,层类,外部互 连端点名称,模块间的连接方式(总线)。结构设计不 管模块内部的具体实现方式 ,但是模块间的接口如电源, 地线,时钟线,总线等是公共的。
设计流程
优点:对系统进行结构化的设计,有利于多人协同设 计,在结构设计时,通过对模块接口的很好定义,可以 有效的使该模块的内容变的对任何外部接口不在重要, 可以将每个模块看做一个黑盒子。设计时不关心模块内 部的情况,减少了模块表现的复杂性。有利于单元的重 复利用,这样即简化了设计又减少了错误。
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