西安交通大学 专用集成电路ASIC 课件 chap07_phyDesign
集成电路介绍ppt课件

ENIAC
10万倍
3万倍
60万分之一
军用
中国集成电路现状
中国目前是世界上最大的芯片消费市场 我国集成电路自给率水平偏低,核心芯片缺乏 2018年我国集成电路自给率仅为15.35% 核心芯片自给率更低。比如计算机系统中的MPU、通用电子系统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的Embedded MPU和DSP、存储设备中的DRAM和Nand Flash、显示及视频系统中的Display Driver等,国产芯片占有率都几乎为零 2014年6月,颁布《集成电路产业发展推进纲要》,将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。
仙童公司制造的IC
诺伊斯
集成电路的诞生
单晶硅
集成电路晶圆
经过氧化、光刻、腐蚀、注入等工艺在晶圆上“刻画”出各个元件,再通过合金将元件连在一起,成为满足需要的集成电路
集成电路的诞生
平面工艺技术:三极管
三极管是一个电流控制开关元件:be端输入电流大小决定ce端输出电流大小
e
b
c
P
N
N
线宽
P
N
N
e
b
c
侧面
正面
集成电路的发展
12个 晶体管 1962年
1000个 晶体管 1966年
10万个 晶体管 1973年
15万个 晶体管 1977年
1000万个 晶体管 1993年
1亿个 晶体管 1994年
集成电路的发展
1962年,线宽25um 1970年,线宽8um 2000年,线宽180nm 2018年,线宽7nm 1mm=1000um=1000x1000nm 一根头发直径大约75um!
涂胶
西安交通大学单片机课件第7章

8253工作方式一览表
工作方式一览表
22
四、控制字
用于确定各计数器的工作方式。 8253必须先初始化才能正常工作。 每个计数器都必须初始化一次。 CPU通过OUT指令把控制字写入控制寄存器。
格式
23
五、8253的应用
与系统的连接 设置工作方式 置计数初值
编程
24
与系统的连接示意图
8253占用4个接口 地址: DB 计数器0 计数器1 IOW 计数器2 IOR 控制寄存器
A1 A0 高位地址 A15-A2
(决定8253的基地址)
25
8253
D0~D7 WR RD A1 A0 CS CLK GATE OUT 共三组
译码器
初始化程序流程
写入顺序:
写控制字
可按计数器分别写 入控制字和初值。
D0~D7 WR RD A1
A口
C口
外设
A0
A15~A2 译码器
A0
B口 CS
40
三、8255工作方式
基本输入/输出方式(方式0) 选通工作方式(方式1) 双向传送方式(方式2)(仅A口)
某端口工作于哪一种方式,可通过软件编程来 指定。即向8255写入方式控制字来决定其工作方 式,见下页。
41
方式控制字及位控字
28
8253应用举例(续)
线路连接图:
DB IOW
?
IOR A1
8253 GATE0 D0~D7 GATE1 GATE2 WR CLK0 RD CLK1 CLK2 A1 A0
CS OUT0 OUT1
+5V
2MHz
A0
译码器
西交大专用集成电路ASIC课程chap05_Syn

微电子研究所
Chap05 P.10
可综合的 Verilog描述(3)
支持的运算符 (Operator)
位运算: ~, &, |, ^, ~^, ^~ 归约运算: &, |, ^, ~&, ~|, ~^, ^~ 移位: <<, >> 条件运算: ?: 连接运算符: {, }
微电子研究所
Chap05 P.11
微电子研究所
Chap05 P.5
综合在 ASIC设计 流程中的步骤
微电子研究所
Chap05 P.6
可综合风格的 Verilog描述
如果逻辑输出在任何时候都直接由当前输入组合决定,则为 组合逻辑 。 如果逻辑暗示存储则为 时序逻辑 。如果输出在任何给定时刻 不完全由输入的状态决定,则暗示存储。
通常综合输出不会只是一个纯组合或纯时序逻辑。 一定要清楚所写的源代码会产生什么类型输出,并能够反 过来确定为什么所用的综合工具产生这个输出,这是非常重 要的。
for循环、 while 循环、 loop循环 disable 语句
微电子研究所
Chap05 P.12
可综合的 Verilog描述(5)
不支持的 Verilog 语句
defparam 语句 initial repeat delay control event control fork …… join wait deassign force release
可综合的 Verilog描述(4)
支持的 Verilog 行为描述语句
阻塞过程赋值 (blocking procedure assignments) non-blocking procedure assignments begin … end 顺序块 If … else 语句 case/casez/casex 语句 (在item 中允许出现 z和?, 不允许出现 x,casez 和casex 完全一样 )
西安交通大学 专用集成电路ASIC 课件 chap03_ASICLib

西安交通大学微电子学系
Chap03 P.5
晶体管寄生电容(2)
交叠电容: CGSOV、CGDOV和 CGBOV; 栅电容: CGS、CGD和CGB; 结电容: CBD和CBS 由底面结电容、侧墙 电容和沟道边缘侧墙 电容组成。 大部分电容都和栅、 源、漏上加的电压有 关。
西安交通大学微电子学系
Chap03 P.6
目的:synthesis子学系
Chap03 P.19
Library文件格式——综合及STA
描述标准单元特征数据的文本文件,可以由 library compiler编译成二进制格式(db格式和 ddc格式)。 参考:synopsys的帮助文档。 参考:
西安交通大学微电子学系
Chap03 P.10
晶体管寄生电容(7)
西安交通大学微电子学系
Chap03 P.11
输入压摆率对延时的影响
时间测量点,输入变化30%,输出变化70%。
transition_time 1.000e-10 2.000e-10 3.000e-10 4.000e-10 5.000e-10 6.000e-10 1.000e-09 2.000e-09 tdf_in1 9.457e-11 1.210e-10 1.405e-10 1.857e-10 2.014e-10 2.219e-10 3.067e-10 4.803e-10 tdr_in1 1.600e-10 2.044e-10 2.448e-10 2.888e-10 3.296e-10 3.804e-10 5.235e-10 9.332e-10 tdf_in2 8.640e-11 1.228e-10 1.483e-10 1.727e-10 1.610e-10 2.310e-10 3.102e-10 5.219e-10 tdr_in2 1.237e-10 1.661e-10 2.242e-10 2.558e-10 2.830e-10 3.258e-10 4.626e-10 8.466e-10
模拟CMOS集成电路设计(毕查德·拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社) 绪论课件

模拟CMOS集成电路设计教材n模拟CMOS集成电路设计,毕查德.拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社参考资料n半导体集成电路,朱正涌,清华大学出版杜n CMOS模拟电路设计(英文),P.E.Allen,D.R.Holberg,电子工业出版社n模拟集成电路的分析与设计,P.R.Gray等著,高等教育出版社半导体集成电路发展历史n1947年BELL实验室发明了世界上第一个点接触式晶体管(Ge NPN)半导体集成电路发展历史n1948年BELL 实验室的肖克利发明结型晶体管n1956年肖克利、布拉顿和巴丁一起荣获诺贝尔物理学奖n50年代晶体管得到大发展(材料由Ge→Si)半导体集成电路发展历史n1958年TI公司基尔比发明第一块简单IC。
n在Ge晶片上集成了12个器件。
n基尔比也因此与赫伯特·克勒默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物理学奖。
半导体集成电路发展历史n19世纪60年代美国仙童公司的诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术,从而推动了IC制造业的大发展。
半导体集成电路发展历史n60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用n1966年MOS LSI发明(集成度高,功耗低)n70年代MOS LSI得到大发展(出现集成化微处理器,存储器)n80年代VLSI出现,使IC进入了崭新的阶段。
n90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC 不断涌现,并成为IC应用的主流产品。
n21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开n展望可望突破一些先前认为的IC发展极限,对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。
集成电路用半导体工艺,或薄膜、厚膜工艺(或这些工艺的组合),把电路的有源器件、无源元件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上,最后封装在一个管壳内,构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。
模拟集成电路n1967年国际电工委员会(IEC)正式提出模拟集成电路的概念,它包括了除逻辑集成电路以外的所有半导体集成电路。
《集成电路设计》PPT课件

薄层电阻
1、合金薄膜电阻
采用一些合金材料沉积在二氧化 硅或其它介电材料表面,通过光 刻形成电阻条。常用的合金材料 有: 钽 Ta 镍铬Ni-Cr 氧化锌 ZnO 铬硅氧 CrSiO
2、多晶硅薄膜电阻
掺杂多晶硅薄膜也是一个很好的电阻 材料,广泛应用于硅基集成电路的制 造。
3、掺杂半导体电阻
不同掺杂浓度的半导体具有不同 的电阻率,利用掺杂半导体的电 阻特性,可以制造电路所需的电 阻器。
sio2
半导体
串联 C=
Ci Cs Ci +Cs
Tox
N+
P
sio2
金 属
PN金+sio属2
纵向结构
横向结构
MOS 电容电容量
ε ε Cox=
A 0 sio2
Tox
Tox: 薄氧化层厚度;A: 薄氧化层上 金属电极的面积。
一般在集成电路中Tox 不能做的太薄,所以要想提高电容量,只能增加面积。 N+层为 了减小串联电阻及防止表面出现耗尽层。
Csub s
(b)
(c)
§ 4.3 集成电路的互连技术和电感
互连线
单片芯片上器件之间互连:金属化工艺,金属铝 薄膜 电路芯片与外引线之间的连接(电路芯片与系统的 互联):引线键合工艺
为保证模型的精确性和信号的完整性,需要对互连线的版图结构加以约 束和进行规整。
各种互连线设计应注意的问题
为减少信号或电源引起的损耗及减少芯片 面积,连线应尽量短。
第四章
集成电路设计
第四章
集成电路是由元、器件组成。元、器件分为两大类:
无源元件 电阻、电容、电感、互连线、传输线等
有源器件 各类晶体管
集成电路中的无源源件占的面积一般都比有源器件大。 所以设计时尽可能少用无源元件,尤其是电容、电感和大阻值的电阻。
ASIC设计流程PPT学习教案

。 • 将提取出的实际时间延时信息反标注到
Design Compiler或者Primetime中。
第13页/共50页
• 使用Primetime进行版图后的静态时序分析。 • 在 Design Compiler中进行设计优化(如需要)
公司 布局布线工具: Dracula, Diva Cadence 公司 静态时序分析: Prime Time Synopsys 公司 测试: DFT Compile Synopsys 公司
第15页/共50页
3.2 ASIC开发流程步骤详细描述
在实际工作中,不同的设计团队可能拥有 不同的ASIC设计开发流程,但是这些不同的开 发流程只是在对设计流程的各个阶段命名时有 一些细微的差别。总的来说,ASIC设计的必要 步骤是缺一不可的。一个ASIC芯片的设计必须 要有一个团结合作的团队才能够完成。
第1页/共50页
集成电路设计与制造的主要流 程系 框架
统 需 求
设计
掩膜版
单晶、外 延材料
芯片制 造过程
芯片检测 封装 测试
第2页/共50页
3.1 ASIC设计流程介绍
下面我们来介绍ASIC设计的基本流程。 设计过程可分五个阶段: 第一阶段:项目策划 第二阶段:总体设计 第三阶段:详细设计和可测性设计 第四阶段:时序验证与版图设计 第五阶段:加工与完备
第8页/共50页
第五阶段:加工与完备 任务:联系生产加工,准备芯片的样片测试和应用 准备。 流程:工艺设计与生产--芯片测试--芯片应用。 输出:用户使用说明书。
集成电路介绍PPT课件

五、集成电路封装技术
1.BGA 球栅阵列封装 2.CSP 芯片缩放式封装 3.COB 板上芯片贴装 4.COC 瓷质基板上芯片贴装 5.MCM 多芯片模型贴装 6.LCC 无引线片式载体 7.CFP 陶瓷扁平封装 8.PQFP 塑料四边引线封装 9.SOJ 塑料J形线封装 10.SOP 小外形外壳封装
第15页/共27页
5.1 直插式
衡量一个芯片封装技术先进与否的 重要指标是芯片面积与封装面积之比R, 这个比值越接近l越好。
以采用40根I/O引脚塑料双列直插式 封装(PDIP)的CPU为例,其芯片面积/封 装面积R=(3×3)/(15.24×50) =1:86,离l相差很远。这种封装尺寸远 比芯片大,说明封装效率很低,占去了很 多有效安装面积。
一、集成电路定义 二、集成电路特点 三、集成电路发展 四、集成电路分类
五、集成电路封装技术
第1页/共27页
一、集成电路定义
• 集成电路(Integrated Circuit,简称IC)是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。把构成 具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上, 然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。
5.3 芯片尺寸封装
• 双列直插式封装(DIP)的裸芯片面积与封装 面积之比为1:80,
• 表面贴装技术SMT中的QFP为1:7, • CSP小于1:1.2
第20页/共27页
5.3 芯片尺寸封装
导线丝 引线架
IC芯片
封装树脂
铝膜 外引线
塑料基板 导电粘胶
塑料封装第D21I页P/工共2艺7页
5.3 芯片尺寸封装
第2页/共27页
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Output:
A set of locations on the chip: one location for each cell.
Goal:
The cells are placed to produce a routable chip that meets timing (lowpower, …)
Pin assignment Early analysis: timing, congrestion, …
微电子学系
Chap07 P.10
Floorplan(3)-Flatten or Hierarchical
假设一个设计包含10000个单元,以下是两种方法的 区别; Flatten design
微电子学系
Global Placement Detailed Placement
Chap07 P.18
Bi-Partitioning/tion
微电子学系
Chap07 P.19
Placement(quadratic + partitioning)
微电子学系
Chap07 P.20
标准单元详细布局
Back End
Detail Routing
微电子学系
Chap07 P.6
物理设计流程
Floorplan
估算ASIC的面积,确定block的划分、I/O的位置、宏单元的 位置方向,IP块的放置,确定放置单元平面的大小、形状, 预留布线通道,电源、地线位置等。 将所有的宏单元和单元放置到适当的位置;手动加自动。 根据约束条件产生所需的时钟buffer,并将这些buffer放置到 合适的位置。 连接所有的连线,包括电源、地,时钟线,全局连线和局部 连线。
statistical wire-load models Wirelength in placement
微电子学系
Chap07 P.14
Constraint of Placement
Area Would like to pack all the modules very tightly Wire length (half-perimeter of the net bbox) Minimize the average wire length Would result in tight packing of the modules with high connectivity Overlap Could be prohibited by the moves, or used as penalty Keep the cells from overlapping (moves cells apart) Timing Not a 1-1 correspondent with wire length minimization, but consistent on the average Congestion Measure of routability Would like to move the cells apart
P&R iteration:at least 1 time; Memory usage:large Computing time:long Die size:relative small; Partition into 5 soft blocks,each contains 2000 cells; P&R iteration: at least 6 times; Memory & computing time: relative small & short; Die size: relative large Design reuse potential
•Cell: a circuit component to be placed on the chip area. In placement, the functionality of the component is ignored. •Net: specifying a subset of terminals, to connect several cells. •Netlist: a set of nets which contains the connectivity information of the circuit.
深亚微米互连线复杂性
18
Risk Factors: Interconnect Delay Signal Integrity Electromigration Process Variations
14 12 10 8 6 4 2 0.13 0.18 0.25 0.35
0
Technology ()
微电子学系
第7章 后端物理设计
西安交通大学电信学院 微电子研究所 程 军 2012/10/12
微电子学系
Chap07 P.2
CMOS工艺中的互连线
Tiny devices buried under a multilevel structure of wires and vias.
微电子学系
Chap07 P.3
Logic Partitioning Die Planning
Global Placement
Detail Placement Simulation Floorplanning Clock Tree Synthesis and Routing Design Verification Timing Verification Global Routing Test Generation LVS DRC ERC Extraction and Delay Calc. Timing Verification
L
D
M N
E
O P Q
F
Floorplanning 第一种方法
{L,M,N} {O,P,Q} {F} {I, J, K} {G,H} {Q} {C}
第二种方法
{L,M,N} {P} {C}
第三种方法
{O,P,Q}
{G,H}
{O}
{F}
{I, J, K}
{G,H}
{I, J, K}
{L,M,N}
微电子学系
Detail Routing
微电子学系
Chap07 P.13
Placement-Prediction
What is prediction ?
Allows quick space exploration, localizes the search For example:
every system has some critical cost functions: Area, wirelength, congestion, timing etc. Prediction aims at estimating values of these cost functions without having to go through the time-consuming process of full construction.
Chip Area Total Wire length Critical path delay Routability Others, noise, heat dissipation etc.
微电子学系
Chap07 P.12
Placement
IO Pad Placement
Definitions:
Chap07 P.4
At-Risk Nets (millions)
Estimated Number of Nets At-Risk
16
0.5
连线延迟和门延迟的变化趋势
在0.25m,Al连线延时超过门延时,在0.13m,Cu连线延 时超过了门延时。在设计方法学上,由关注晶体管转变成 关注互连线。”Interconnect is everything: Timing, power, noise, design functionality and reliability”
Placement
Clock Tree Generation
Routing
微电子学系
Chap07 P.7
物理设计流程(2)
Floorplan
Placement
Routing
微电子学系
Chap07 P.8
Floorplan
A
G H I
Design Hierarchy TOP B
J K
C
Power/Ground Stripes, Rings Routing
Global Placement Detail Placement
Clock Tree Synthesis and Routing Extraction and Delay Calc. Timing Verification
Global Routing
Challenge:
•The number of cells in a design is very large (> 1 million). •The timing constraints are very tight.
微电子学系
Chap07 P.16
Placement Problem
A bad placement
Chap07 P.9
{C,F}
Floorplan(2)—Contents
Soft macros, Hard macros, IP and floorplan groups Block placement Interactive adjustment and edit