集成电路CAD 第一章 概述
合集下载
第1单元集成电路基础ppt课件
产品
钢筋 小轿车 彩电 计算机 集成电路
单位质量对国民生产值（GNP： Gross National Product）的贡献
1 5 30 1000 2000
1. 集成电路概述
1965年，Intel联 合创始人戈登·摩尔提 出了他著名的理论： 半导体芯片上可集成 的元器件的数目每12 个月便会增加一倍。
品测试，由封装测试公司（Assemble & Test）完成。
IC芯片
引线框架冲制 局部镀金 粘接芯片 导线丝焊接
模塑料
制柸
高频预热
模具塑封
成品
打弯成型 去溢料
引线切筋
镀锡
2. 集成电路产业链
常见封装形式
2. 集成电路产业链
➢ 集成电路测试业
集成电路产业链中测试与产品的设计、芯片制造和封装 的关系如下所示
2. 集成电路产业链
➢ 集成电路芯片制造业 现代集成电路芯片制造业（Foundry）以订单加工为主业
，只负责利用企业现有成熟工艺进行芯片制造。
晶圆尺寸（mm）
Φ38→Φ50→Φ75→Φ100→Φ125→Φ150→Φ200→Φ300→Φ450→…
加工特征尺寸
μm：8.0→6.0→5.0→4.0→3.0→2.0→1.5→1.0→0.8→0.6→0.35→0.25 →0.18→0.13→
1956年，威廉·肖克莱（William Shockley）、约翰·巴丁 （John Bardean）、沃特·布拉顿（Walter Brattain）共同获得 诺贝尔物理学奖。
1. 集成电路概述
1952年5月，英国皇家研究所的达默（G. W. A. Dummer ）第一次提出“集成电路”的设想。
1958年9月，美国德州仪器（TI）公司的杰克·基尔比（ Jack Kilby）发明集成电路，1959年2月申请专利并于1964年 获得授权，2000年12月获得诺贝尔物理学奖。
第一章 电路CAD概论
IC CAD概论----第3 页
1.2 集成电路CAD的发展
目前，ICCAD系统已进入第三代
比较流行的主要包括Cadence、Mentor Graphics、View logic、 Synop sys、Compass及我国自行开发的Panda系统等 涵盖了集成电路设计的全过程，从寄存器传输级行为描述输入到版 图生成，主要特点是推出了包括VHDL、Verilog等硬件描述语言的 系统级设计工具和逻辑综合工具，系统的设计能力可达每个芯片几 十万到上百万门。
IC CAD概论----第9 页
1.3 集成电路CAD的系统组成
2、综合工具 综合工具可以把HDL转变成门级网表。在这方面Synopsys公司具有 较大的优势，它的DC Expert是事实上的工业标准。 另外还有cadence公司的Builder Gates、 Magma公司的Blast RTL、 Synpli city公司的Synplify PRO等。 3、布局和布线 3 较有名的是Cadence PKS和SE-PKS。Cadence PKS是将综合、时 序分析、布局和全局布线等功能集成到一起的综合工具； Synopsys公司的Physical Compiler是针对纳米级电路设计所面临的 时序收敛问题而开发的物理综合工具，将综合与布局算法有效地结 合在一起，实现从RTL到版图的自动化设计； Magma公司的Blast Fusion是一个针对深亚微米的从门级网表到芯 片的物理设计系统。
第一章 电路CAD概论 1.1 集成电路 集成电路CAD的概念 的概念 1.2 集成电路 集成电路CAD的发展 的发展 1.3 集成电路 集成电路CAD的系统组成 的系统组成 1.4 集成电路 集成电路CAD设计方法概述 设计方法概述 1.5 集成电路CAD软件简介 集成电路 软件简介 1.6 电子线路 电子线路CAD的概念 的概念
《集成电路CAD》大纲郭
《集成电路CAD》教学大纲Integrated Circuit CAD课程编号：0713315课程性质：专业限选课适用专业：微电子学先修课程：集成电路设计原理后续课程：综合设计，毕业设计总学分：3.0学分其中实验学分: 1.0教学目的与要求:本课程是微电子学专业的一门专业选修课，集成电路计算机辅助设计包括逻辑设计、电路设计、器件设计、版图设计以及工艺设计等阶段的CAD，本课程介绍集成电路CAD的各个阶段的CAD的基本原理，以及若干CAD软件包的使用方法。
通过本课程的学习，使学生了解并掌握集成电路CAD技术的基本原理和内容，并要求同学能通过上机实践，熟悉主要设计环节中的一些CAD软件的使用方法。
教学内容与学时安排序号1234章目名称第一章概述第二章电路基础第三章Spectre电路模拟第四章版图设计学时分配24410序号567章目名称第五章版图验证第六章自动布局布线第七章UNIX知识及基本操作学时分配642第一章概述（2学时）第一节集成电路的发展史第二节集成电路的发展趋势第三节集成电路的设计方法第四节集成电路的辅助设计工具基本要求：了解集成电路的发展趋势和设计工具第二章CMOS电路基础（4学时）第一节理想开关与布尔运算第二节MOSFET开关第三节基本的CMOS逻辑门第四节CMOS复合逻辑门第五节传输门（TG）电路重点：基本的CMOS逻辑门；CMOS复合逻辑门。
难点：CMOS复合逻辑门。
基本要求：掌握基本的CMOS逻辑门的电路特征第三章电路模拟（4学时）第一节电路模拟引入第二节电路模拟分析重点：模拟测试电路的搭建；模拟类型分析。
难点：模拟类型分析。
基本要求：掌握电路模拟的分析方法第四章版图设计（10学时）第一节基本概念第二节基本工艺层版图第三节CMOS版图入门第四节FET版图尺寸的确定第五节CMOS版图设计方法第六节版图设计规则第六节其他类型版图简介第九节版图的识别重点：基本工艺层版图；CMOS版图设计方法；版图设计规则。
超大规模集成电路CAD 第一章 VLSI设计的概述教材
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 பைடு நூலகம் 索
差））
1952 年，英国皇家雷达研究所的达默第一次提出“集成电 路”的设想； 1958年美国德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出世 界上第一块集成电路了双极性晶体管（由12个器件组成的 相移振荡和触发器集成电路），并于1959年公布—这就是 世界上最早的集成电路，是现代集成电路的雏形或先驱 ； （基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖） 1960年成功制造出MOS管集成电路； 1965年戈登· 摩尔发表预测未来集成电路发展趋势的文章， 就是“摩尔定律”的前身； 1968年Intel公司诞生。
2019/4/12 4
第1章 VLSI概述
集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的 发明：
50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺； 56年美国人富勒发明的扩散工艺； 60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺； 60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管； 70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺，使晶体管从点接触 结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。 因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。
图1 – 1 “点接晶体管放大器” 2019/4/12 3
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
第1章 VLSI概述
1948年，威廉· 肖克莱（William Shockley)—“晶体管之 父” ，提出结型晶体管的想法； 1951年，威廉· 肖克莱领导的研究小组成功研制出第一个可 靠的单晶锗NPN结型晶体管；（温度特性差、提纯度差、表面防护能力差(稳定性
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
差））
1952 年，英国皇家雷达研究所的达默第一次提出“集成电 路”的设想； 1958年美国德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出世 界上第一块集成电路了双极性晶体管（由12个器件组成的 相移振荡和触发器集成电路），并于1959年公布—这就是 世界上最早的集成电路，是现代集成电路的雏形或先驱 ； （基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖） 1960年成功制造出MOS管集成电路； 1965年戈登· 摩尔发表预测未来集成电路发展趋势的文章， 就是“摩尔定律”的前身； 1968年Intel公司诞生。
2019/4/12 4
第1章 VLSI概述
集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的 发明：
50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺； 56年美国人富勒发明的扩散工艺； 60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺； 60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管； 70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺，使晶体管从点接触 结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。 因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。
图1 – 1 “点接晶体管放大器” 2019/4/12 3
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
第1章 VLSI概述
1948年，威廉· 肖克莱（William Shockley)—“晶体管之 父” ，提出结型晶体管的想法； 1951年，威廉· 肖克莱领导的研究小组成功研制出第一个可 靠的单晶锗NPN结型晶体管；（温度特性差、提纯度差、表面防护能力差(稳定性
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
第一章(上篇)电子电路CAD概述
该时期发展主要体现在：系统的标准化 系统的智能化 系统的集成化
科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术
计算机平台
CAD 系统的硬件构成
大容量存储设备
图形输出设备
图形输入设备
通信与网络设备
EDA 技术
什么是电子设计自动化？（Electronic Design Automation ,简称EDA)
是在电子CAD技术基础上发
Protel DXP 的发展过程
• Altium（前称Protel International Limited）奥腾 有限公司1985年成立之初是来开发基于计算机的 软件来辅助进行印制电路板（PCB）设计。
(TANGO——美国ACCEL Technologies 公司，于1988年推出。)
公司所推出的第一套dos版本pcb设计工具被 澳大利亚电子行业广泛接受。 • Altium公司于1991年发行了世界上第一套基于 windows的PCB设计系统Advanced PCB。在接下 来的数年里，Altium公司也开始建立了EDA软件 的创新开发商的地位。
频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。
还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电
阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数
码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常
用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列
集成电路、等等还支持自制元器件。同时它还能进行
码头等
水利工程设计—大坝、水渠、河海工程等 其他设计及管理—房地产开发及物业管理、施工控制及
管理、旅游景点设计及布置、智能大厦设计等
仿真模拟和动画制作
仿真模拟——机械零件的加工处理过程
科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术
计算机平台
CAD 系统的硬件构成
大容量存储设备
图形输出设备
图形输入设备
通信与网络设备
EDA 技术
什么是电子设计自动化？（Electronic Design Automation ,简称EDA)
是在电子CAD技术基础上发
Protel DXP 的发展过程
• Altium（前称Protel International Limited）奥腾 有限公司1985年成立之初是来开发基于计算机的 软件来辅助进行印制电路板（PCB）设计。
(TANGO——美国ACCEL Technologies 公司，于1988年推出。)
公司所推出的第一套dos版本pcb设计工具被 澳大利亚电子行业广泛接受。 • Altium公司于1991年发行了世界上第一套基于 windows的PCB设计系统Advanced PCB。在接下 来的数年里，Altium公司也开始建立了EDA软件 的创新开发商的地位。
频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。
还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电
阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数
码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常
用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列
集成电路、等等还支持自制元器件。同时它还能进行
码头等
水利工程设计—大坝、水渠、河海工程等 其他设计及管理—房地产开发及物业管理、施工控制及
管理、旅游景点设计及布置、智能大厦设计等
仿真模拟和动画制作
仿真模拟——机械零件的加工处理过程
chapter1-集成电路cad设计
这种运动称为电子的共有化运动。
因为各原子中相似壳层上的 电子才有相同的能量，电子只能 在相似壳层中转移。
黑龙江大学集成电路与集成系统
2、能带产生的原因
集成电路CAD设计
定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用，使能级 分裂形成能带。 定量理论（量子力学）：电子在周期场中运动，其能量不连续 形成能带。 允带：允许电子能量存在的能量范围。 禁带：不允许电子存在的能量范围。
第一章
半导体和半导体器件基础
集成电路CAD设计
半导体及其基本特性 杂质对半导体导电性能的影响 半导体的电阻率 非平衡载流子 PN结及其特性
MOS场效应晶体管
黑龙江大学集成电路与集成系统
半导体及其基本特性
集成电路CAD设计
自然界的物质可分为4种基本形态——固体、液体、气 体、等离子体。 在固体材料中，根据其导电性能的差异，又可分为金属、
半导体的导电机理
硅锗的晶体结构 目前，半导体材料大部分是共价键晶体。
共价键 由同种晶体组成的元素半 导体，其原子间无负电性差， 它们通过共用一对自旋相反而 配对的价电子结合在一起。
共价键的特点
①
②
饱和性；
方向性。
黑龙江大学集成电路与集成系统
本征激发
集成电路CAD设计
共价键上的电子激发成为准自由电子，亦即价带电子
空带：不被电子占据的允带。 满带：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。 导带：电子未占满的允带（有部分电子。） 价带：被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。
黑龙江大学集成电路与集成系统
3、能带理论与共价键理论的对应关系
集成电路CAD设计
能带理论 价带中电子 导带中电子 — —
第1章 电路CADEDA技术基础
第1章 电路CAD/EDA技术基础
仿真通过后，根据电路原理图产生的电气连接信 号网络表进行 PCB板的手动或自动布局布线 ，生成 PCB产品的版图文件，以供PCB生产厂家生产使用； 有条件的还可以进行PCB后分析，其中包括热分析、 噪声及串扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并 可将分析后的结果参数反馈回电路原理图，进行第二 次仿真。第二次仿真也称作后仿真，主要用来检验 PCB板在实际工作环境中的可行性。
第1章 电路CAD/EDA技术基础
(1) 有些软件，如PCAD及PADS，原本就是在PC机 中发展，一直秉持着易学易用、售价合理的设计理念。
第1章 电路CAD/EDA技术基础
(2) 有些软件，如Mentor及Cadence等公司的软件， 原本均只在运行UNIX系统的工作站等级的计算机上发 展，例如：Sun、IBM及HP等工作站(workstation)，借 助其强大的运算能力，得以实现复杂的功能，但售价 相对高。由于这几年PC机在运算能力上的长足进步， 已可与工作站的运算能力相抗衡(着眼于功能/价格比)， 再 加 上 运 行 了 广 泛 使 用 的 Windows 操 作 系 统 ， 这 些 EDA大公司软件供货商已于1998年开始将其产品线逐 渐移植至PC机，其中又以Cadence的转移步伐较快且稳 定、成熟，所以目前电子企业界比较倾术基础
由此可见，EDA软件是一种专门为IC/电子设计企 业提供设计和生产方案的专业辅助软件。根据不同设 计模式，EDA软件又可分为综合软件、模拟软件和验 证软件，它是电子/IC产业不可或缺的重要工具。没有 EDA技术的支持，设计工作将会非常困难，特别是想 要完成超大规模集成电路的设计制造是不可想象的。 反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术 提出新的要求。由于现代电子设计技术的核心就是 EDA技术，电子设计师可以利用EDA技术方便地实现 IC设计、电子电路设计和PCB设计等工作。
第一章集成电路EDA设计概述PPT课件
优点：
➢ 效率高——所有这一切，几乎都是借助计算机利 用EDA软件自动完成！
➢ 容易检查错误，便于修改； ➢ 设计周期短、成功率很高 ； ➢ 产品体积小。
i- 7
数字系统的两种设计方法比较
特点 采用器件 设计对象 设计方法 仿真时期 主要设计文件
传统方法 通用型器件（如74系列）
电路板 自下而上 系统硬件设计后期 电路原理图
17
i- 17
EDA技术的发展方向
（1）将沿着智能化、高性能、高层次综合方向发展
（2）支持软硬件协同设计
芯片和芯片工作所需的应用软件同时设计，同时完成。 采用协同设计，可以及早发现问题，保证一次设计成功，缩
短开发周期，这在设计大系统时尤为重要。
（3）采用描述系统的新的设计语言
这种语言统一对硬件和软件进行描述和定义，从开始设计功 能参数的提出直至最终的验证。
➢ 标准化：随着设计数据格式标准化→EDA框架标准化，即在同一 个工作站上集成各具特色的多种EDA工具，它们能够协同工作。
i- 16
EDA技术的发展现状
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几 个方面：
使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表 达和确认成为可能；
在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的功能 强大的EDA软件不断推出。
EDA软件 +
HDL +
(Verilog)
空白PLD 编程
数字系统
首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者自动 完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD芯片，可 以在一片芯片中实现整个数字系统。
6
i- 6
现代的数字系统设计方法
• 通常采用自上而下（Top Down）的设计方法 • 采用可编程逻辑器件 • 在系统硬件设计的早期进行仿真 • 主要设计文件是用硬件描述语言编写的源程序 • 降低了硬件电路设计难度
➢ 效率高——所有这一切，几乎都是借助计算机利 用EDA软件自动完成！
➢ 容易检查错误，便于修改； ➢ 设计周期短、成功率很高 ； ➢ 产品体积小。
i- 7
数字系统的两种设计方法比较
特点 采用器件 设计对象 设计方法 仿真时期 主要设计文件
传统方法 通用型器件（如74系列）
电路板 自下而上 系统硬件设计后期 电路原理图
17
i- 17
EDA技术的发展方向
（1）将沿着智能化、高性能、高层次综合方向发展
（2）支持软硬件协同设计
芯片和芯片工作所需的应用软件同时设计，同时完成。 采用协同设计，可以及早发现问题，保证一次设计成功，缩
短开发周期，这在设计大系统时尤为重要。
（3）采用描述系统的新的设计语言
这种语言统一对硬件和软件进行描述和定义，从开始设计功 能参数的提出直至最终的验证。
➢ 标准化：随着设计数据格式标准化→EDA框架标准化，即在同一 个工作站上集成各具特色的多种EDA工具，它们能够协同工作。
i- 16
EDA技术的发展现状
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几 个方面：
使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表 达和确认成为可能；
在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的功能 强大的EDA软件不断推出。
EDA软件 +
HDL +
(Verilog)
空白PLD 编程
数字系统
首先在计算机上安装EDA软件，它们能帮助设计者自动 完成几乎所有的设计过程；再选择合适的PLD芯片，可 以在一片芯片中实现整个数字系统。
6
i- 6
现代的数字系统设计方法
• 通常采用自上而下（Top Down）的设计方法 • 采用可编程逻辑器件 • 在系统硬件设计的早期进行仿真 • 主要设计文件是用硬件描述语言编写的源程序 • 降低了硬件电路设计难度
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
功能
Tanner Pro的设计流程
首先用 S-Edit 编辑要设计电路的电路图，再将 该电路图输出成 SPICE文件。接着利用T-Spice将 电路图模拟并输出成 SPICE 文件，如果模拟结果 有错误，再回 S-Edit 检查电路图，如果 T-Spice 模 拟结果无误，则以 L-Edit 进行布局图设计。用 LEdit 进行布局图设计后要以 DRC功能做设计规则 检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直 到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转 化成SPICE文件，再利用T-Spice模拟，若有错误， 再回到 L-Edit 修改布局图。最后利用 LVS 将电路 图输出的 SPICE 文件与布局图转化的 SPICE 文件 进行对比，若对比结果不相等，则回去修正 LEdit或S-Edit的图。直到验证无误后，将L-Edit设 计好的布局图输出成 GDSII 文件类型，再交由工 厂去制作半导体过程中需要的的光罩。
代表产品
• • • • • • • 1、全线产品 PC：Tanner pro；Workstation：Cadence 2、专用产品 Analog：Spice(H-spice、P-spice) Digital&Logic：Modelsim Process：Suprem Device&Electrical：Medici
三、Tanner pro CAD工具包
• 集成电路版图编辑器 L-Edit(Layout-Editor) 在 国内已具有很高的知名度。 Tanner EDA Tools 也是在L-Edit的基础上建立起来的。 • 整个设计工具总体上可以归纳为电路设计级和 版图设计级两大部分。 • 即以S-Edit为核心的集成电路设计、模拟、验 证模块和以L-Edit为核心的集成电路版图编辑 与自动布图布线模块。
• 电路级规范：EDIF • 版图级规范：CIF • 规范实现了继承和共享
EDIF
（Electronic Design Interchanged Format） • 现在的CAD工具在电路设计完成以后，可以生 成EDIF网表。 • EDIF在电路图绘制，电路的行为及结构文本描 述、逻辑描述、PCB设计、ASIC版图设计和其 它分析综合工具之间建立起一个公共的标准， 即一个共同确认的桥梁和媒介，而且这个桥梁 是双向的。 • EDIF以ASCⅡ字符为基础，是一种公开的非专 有的互换格式，可向上兼容，不同设计系统的 设计数据可以通过EDIF格式互相转换。
• 版图设计级包括集成电路版图编辑器L-Edit和 用于版图检查的网表比较器LVS等模块。 • L-Edit本身又嵌入设计规则检查DRC、提供用 户二次开发用的编辑界面UPI、标准版图单元 库及自动布图布线 SPR、器件剖面观察器 Cross Section Viewer)版图的SPICE网表和版 图参数提取器Extract(LPE)等。 • 网表比较器LVS则用于把由L-Edit生成的版图 反向提取的SPC网表和由S-Edit设计的逻辑电 路图输出的SPC网表进行比较实现版图检查、 对照分析。
2、发展方向
• 亚0.1微米（纳米）技术：低功耗、高速 度、高集成度 • 系统的芯片集成（SOC） • IC－>IS
3、本世纪初微电子技术的展望
• • • • 纳米电子学的单元子存贮技术 MEMS也被认为是21世纪的革命性技术 第二代半导体材料是化合物半导体（SiC,GaAs） 第三代半导体材料（宽禁带）GeSi异质结器件， 高频率、大功率 • 半导体的封装和组装技术的发展使（ MCM ）多 芯片模块有很大发展 • 生物工程、基因工程的发展不可能代替微电子 学的发展
ASIC的设计流程图－1
ASIC的设计流程图－2
ASIC的设计流程图－3
§3.VLSI CAD的软件内容
• 各阶段均有不同的CAD软件。 • 逻辑设计阶段：逻辑综合、逻辑模拟、 逻辑图的自动输入； • 电路设计阶段：电路分析、时域分析； • 版图设计阶段：逻辑划分、自动布局布 线； • 工艺设计阶段：工艺模拟、器件分析。
• Tanner Pro是一套集成电路设计软件，包 括 S － Edit ， T － Spice ， W-Edit,L-Edit 与 LVS。缺少NetTran和GateSim。
软件
S-Edit T-Spice W-Edit L-Edit LVS 编辑电路图 电路分析与模拟 显示T-Spice模拟结果 编辑布局图、自动配置与布线、设计规则检查、截面观察、 电路转化 电路图与布图结果对比
集成电路CAD
东南大学 李冰
参考资料
• 1.电子电路的计算机辅助分析与设计发展 汪蕙， 王志华等 清华大学出版社。 • 2.电子系统及专用集成电路CAD技术 李玉山等 西安电子科技大学出版社。 • 3.模拟电路的计算机分析与设计PSPICE程序应 用 高文焕，汪蕙等 清华大学出版社。 • 4.VHDL简明教程 乔长阁等译 清华大学出版 社。 • 5.Tanner Pro集成电路设计与布局实战指导 廖 裕评、陆瑞强编著，科学出版社
符合全定制电路的设计流程
四、Cadence简介
• Cadence是一个大型的CAD软件 ,与Synopsys的 结合可以说是EDA设计领域的黄金搭档。 • Cadence包括：Verilog HDL仿真工具Verilogxl, 电路图设计工具Composer,电路模拟工具 Analog Artist,版图设计工具Virtuoso Layout Editor,版图验证工具Dracula和Diva 以及自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble。 •
• 电路设计级包括电路图编辑器 S-Edit 、 电路模拟器T-Spice和高级模型软件、波 形编辑器W-Edit、NetTran网表转换器、 门电路模拟器 GateSim, 以及工艺映射库、 符合库SchemLib、Spice元件库等软件包， 构成一个完整的集成电路设计、模拟、 验证体系，每个模块互相关联又相对独 立，其中 S-Edit 可以把设计的电路图转 换成SPICE,VHDL， EDIF和TPR等网表文件 输出，提供模拟或自动布图布线。
CIF，加州理工中介格式
（Caltech Intermediate Format ）
• CIF语言以ASCⅡ字符为基础，是一种由字符组成的可 读文件。 • CIF采用的是层次式结构的图形描述，基本的描述功能 以命令形式出现。 • 命令的内容包括矩形、多边形、圆形、线条；图形符 号定义开始、结束、图形符号调用、删除；掩膜层说 明、结束、注释等等。 • 设计师容易阅读、修改、组合和跟踪。通过反复循环 调用这些图形符号，可以完整的描述一个复杂的VLSI 电路版图。 • 设计师根据IC生产厂家提供的设计参数和设计规则芯 片版图按照CIF格式将设计结果送到IC生产线上加工投 片。
§1.集成电路的发展
• 1、发展动力
• 2、发展方向
• 3、本世纪初微电子技术的展望
1、发展动力
• 世界的信息化加速了微电子技术的发展 • 随着信息的多媒体、网络化、个体化，计算机、 通信和消费电子融为一体，人们要求更快的存 贮处理速度、通信传输，更大量的存贮数据。 （运算、存贮、通信速度）“3G”→ “3T” • 信息产业值占国民经济总值的40%~60% • 如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡 献为1来计算，则小轿车为5，彩电为30，计算 机为1000，而集成电路则高达2000
• 自顶向下（Top-Down）设计-层次性设计 • 系统级 算法 • 寄存器级 有限状态机 • 门级 布尔方程 • 网表 连接关系 • 版图 器件布局
二、设计中的新技术
• 1、Frame work • 2、并行工程 • 3、逻辑综合优化
1、Frame work
• 框架结构是一种规范（协议） • 目前各CAD厂商共同遵守由国际CAD框架协会 （CFI-CAD Framework Initiative）制定的框架 标准，各CAD厂商都是建立一个符合CFI标准 的开放式框架结构。
• • • • 人工设计的周期以人年为单位 人工设计着重局部优化 计算机CAD着重全局优化 现在普遍采用人机交互式设计方式
VLSI设计思想
• 分层分级 • 每层、级间均有严格的接口定义
VLSI的主要设计方法
• 自底向上（Bottom_Up） • 自顶向下（Top_Down） • 两种设计方法均体现了VLSI的设计思想； • 实际上VLSI由LSI组成，LSI由MSL组成 ， MSL由LSL组成； • 复杂电路总可以分解为较简单的电路。
本节的内容
• • • • • • 一、集成电路CAD的发展 二、设计中的新技术 三、Tanner pro CAD工具包 四、Cadence简介 五、SOC的设计方法 六、可测性和可靠性
一、集成电路CAD的发展
• 第一代：20世纪70年代以Applicon, Calma, CV为代 表的版图设计工具（版图编辑+DRC）,PC上的代 表是Tanner L_Edit； • 第二代： 20世纪80年代以Mentor, Daisy, Valid为代 表的仿真和自动布线CAD系统，从原理图输入、 模拟、分析、到自动布图及验证； • 第三代： 20世纪90年代以Cadence, Synopsys， Avanti等为代表的高级语言描述的ESDA系统，包 括有系统级的设计工具，使仿真、综合等高度自 动化； • 第四代：正在研制面向VDSM + System-On-a-Chip 的新一代CAD系统，正逆向设计相结合的设计集 成系统（DI- design integrated）。
教育CAD市场
• 代表产品 • Synopsys • Viewlogic(Workview office)
产品平台
• • • • • 代表产品 Workstation： Cadence, synopsys PC：Tanner pro, Workview office Both：Hspice