(完整版)集成电路设计
集成电路版图设计(适合微电子专业)
①了解工艺现状，确定工艺路线
确定选用标准pn结隔离或对通隔离工艺或等平面 隔离工艺。由此确定工艺路线及光刻掩膜版的块数。 由制版和光刻工艺水平确定最小接触孔的尺寸和 光刻套刻精度。光刻工艺的分辨率，即能刻蚀图形的 最小宽度，受到掩膜分辨率、光刻胶分辨率、胶膜厚 度、横向腐蚀等多因素的限制。套刻精度与光刻机的 精度和操作人员的熟练程度关系密切。
功能设计 设 计 逻辑设计 电路设计 功能图 逻辑图 电路图 符号式版图 , 版图
图
版图设计
12
举例：
功能描述 x=a’b+ab’ 的逻辑图
13
CMOS与非门的电路图
14
场SiO2
栅SiO2 栅SiO2
CMOS反相器的掩膜版图
15
版图设计就是按照线路的要求和一定 的工艺参数，设计出元件的图形并进行排 列互连，以设计出一套供IC制造工艺中使 用的光刻掩膜版的图形，称为版图或工艺 复合图。 版图设计是制造IC的基本条件，版图 设计是否合理对成品率、电路性能、可靠 性影响很大，版图设计错了，就一个电路 也做不出来。若设计不合理，则电路性能 和成品率将受到很大影响。版图设计必须 与线路设计、工艺设计、工艺水平适应。 版图设计者必须熟悉工艺条件、器件物理、 电路原理以及测试方法。 16
23
要了解采用的管壳和压焊工艺。封 装形式可分为金属圆筒塑(TO-5型)、扁 平封装型和双列直插型(DIP)等多种，管 芯压点分布必须和管壳外引脚排列相吻 合。当采用热压焊时，压焊点的面积只 需70μm×70μm，超声压焊需 100μm×100μm ~125μm×25μm，金丝 球焊需125μm ×125μm，金丝球焊牢固 程度高，金丝在靠近硅片压点处是垂直 的，可压到芯片纵深处(但必须使用温度 SiO2纯化层)，使用起来很灵活。
第1章集成电路设计导论
1、微电子（集成电路）技术概述 2、集成电路设计步骤及方法
1
集成电路设计步骤
➢ “自底向上”（Bottom-up）
“自底向上”的设计路线，即自工艺开始，先进行单元设 计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块、子系统 设计直至最终完成整个系统设计。在模拟IC和较简单的数 字IC设计中，大多仍采用“自底向上”的设计方法 。
5
半定制方法
半定制的设计方法分为： 门阵列（GA：Gate Array）法； 门海（GS：Sea of Gates）法； 标准单元（SC: Standard Cell）法； 积木块（BB：Building Block Layout）； 可编程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。
标准单元法也存在不足：பைடு நூலகம்
(1) 原始投资大：单元库的开发需要投入大量的人力物力；当工艺变化时， 单元的修改工作需要付出相当大的代价，因而如何建立一个在比较长的时 间内能适应技术发展的单元库是一个突出问题。 (2) 成本较高：由于掩膜版需要全部定制，芯片的加工也要经过全过程，因 而成本较高。只有芯片产量达到某一定额(几万至十几万)，其成本才可接受。
不满足 后仿真
满足
VLS流I数片、字封I装C、的测设试 计流图
功能要求
系统建模 （Matlab等）
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真 满足
模流拟片、IC封的装、设测计试 流图
3
集成电路设计方法
➢ 全定制方法（Full-Custom Design Approach） ➢ 半定制方法（Semi-Custom Design Approach）
集成电路的设计流程
集成电路的设计流程集成电路，这听起来是不是特别高大上？就像是一座超级复杂的微观城市，每一个小小的元件都是城市里的建筑或者居民，它们组合在一起，就能完成各种神奇的功能。
今天，我就来给大家讲讲这个神奇的集成电路是怎么设计出来的。
我有个朋友叫小李，他就是干集成电路设计这行的。
有一次我问他：“你这集成电路设计，是不是就像搭积木一样简单呀？”他听了直摇头，笑着说：“哪有那么容易啊！这就好比是要建造一个独一无二的宇宙空间站，每个细节都得精心规划。
”集成电路的设计流程那可是相当复杂的。
最初得有个设想，这就像是要写一个故事之前先有个主题一样。
设计师们得知道这个集成电路是用来做什么的，是要让手机运行得更快，还是让汽车的控制系统更智能呢？这时候，他们得和客户或者相关的产品团队进行交流。
就像一群探险家聚在一起商量要去探索的目的地。
我想象他们的对话大概是这样的：产品经理说：“我们希望这个集成电路能让我们的智能手表续航更久。
”设计师就会问：“那具体要达到多久呢？还有，手表上其他功能对功耗的限制是怎样的？”这就开始了一场你来我往的问答，就像一场激烈的乒乓球赛，目的就是把这个集成电路的功能需求确定得清清楚楚。
确定好需求之后，就要进行架构设计了。
这一步就像是设计一座大楼的框架。
设计师要决定这个集成电路里有哪些主要的功能模块，这些模块之间怎么连接。
这时候他们又得像一群超级规划师一样，得考虑到各种情况。
比如说，要计算每个模块大概需要占用多少空间，就像在规划大楼的时候要考虑每个房间的大小一样。
而且还得考虑数据在这些模块之间流动的速度，这就好比是大楼里的交通流量规划。
我问小李：“这架构设计是不是很头疼啊？”小李皱着眉头说：“哎呀，那可不是一般的头疼。
就像你要把一团乱麻理清楚，还得让它变成一个漂亮的图案。
”接着就是电路设计啦。
这就好比是给大楼的框架里填充各种设施。
设计师要根据架构设计来确定每个模块里具体的电路元件，比如说晶体管怎么连接，电阻电容的值是多少。
集成电路设计基本流程
集成电路设计基本流程
集成电路设计的基本流程包括以下步骤：
1. 功能设计阶段：此阶段主要确定产品的应用场合，设定功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以作为将来电路设计时的依据。
2. 设计描述和行为级验证：功能设计完成后，可以将SOC划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP核。
此阶段间接影响了SOC内部的架构及各模块间互的信号，及未来产品的可靠性。
决定模块之后，可以用VHDL或Verilog等硬件描述语言实现各模块的设计，并进行功能验证或行为验证。
3. 逻辑综合：综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库作为合成逻辑电路时的参考依据。
4. 门级验证：此阶段主要确认经综合后的电路是否符合功能需求，一般利用门电路级验证工具完成。
5. 布局和布线：布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。
以上是集成电路设计的基本流程，具体实施时，可以根据实际需求和情况进行调整。
关于集成电路设计的流程详解
关于集成电路设计的流程详解集成电路设计（英语：Integrated circuit design），根据当前集成电路的集成规模，亦可称之为超大规模集成电路设计（VLSI design），是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。
集成电路设计通常是以“模块”作为设计的单位的。
例如，对于多位全加器来说，其次级模块是一位的加法器，而加法器又是由下一级的与门、非门模块构成，与、非门最终可以分解为更低抽象级的CMOS 器件。
下面就让我们进一步的了解集成电路设计的相关知识。
集成电路设计介绍集成电路设计的流程一般先要进行软硬件划分，将设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。
芯片硬件设计包括：1．功能设计阶段。
设计人员产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。
更可进一步规划软件模块及硬件模块该如何划分，哪些功能该整合于SOC 内，哪些功能可以设计在电路板上。
2．设计描述和行为级验证功能设计完成后，可以依据功能将SOC 划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP 核。
此阶段间接影响了SOC 内部的架构及各模块间互动的讯号，及未来产品的可靠性。
决定模块之后，可以用VHDL 或Verilog 等硬件描述语言实现各模块的设计。
接着，利用VHDL 或Verilog 的电路仿真器，对设计进行功能验证（functionsimulation，或行为验证 behavioral simulation）。
注意，这种功能仿真没有考虑电路实际的延迟，也无法获得精确的结果。
3．逻辑综合确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综合。
综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库（logic cell library），作为合成逻辑电路时的参考依据。
硬件语言设计描述文件的编写风格是决定综合工具执行效率的一个重要因素。
事实上，综合工具支持的HDL 语法均是有限的，一些过于抽象的语法只适于作为系统评估时的仿真模型，而不能被综合工具接受。
(完整版)集成电路设计复习题及解答
集成电路设计复习题绪论1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2．集成电路分类情况如何？集成电路设计1．层次化、结构化设计概念，集成电路设计域和设计层次2．什么是集成电路设计？集成电路设计流程。
（三个设计步骤：系统功能设计逻辑和电路设计版图设计）3．模拟电路和数字电路设计各自的特点和流程4．版图验证和检查包括哪些内容？如何实现？5．版图设计规则的概念，主要内容以及表示方法。
为什么需要指定版图设计规则？6．集成电路设计方法分类？（全定制、半定制、PLD）7．标准单元/门阵列的概念，优点/缺点，设计流程8．PLD设计方法的特点，FPGA/CPLD的概念9．试述门阵列和标准单元设计方法的概念和它们之间的异同点。
10．标准单元库中的单元的主要描述形式有哪些？分别在IC设计的什么阶段应用？11．集成电路的可测性设计是指什么？Soc设计复习题1.什么是SoC？2.SoC设计的发展趋势及面临的挑战？3.SoC设计的特点?4.SoC设计与传统的ASIC设计最大的不同是什么？5.什么是软硬件协同设计？6.常用的可测性设计方法有哪些？7. IP的基本概念和IP分类8.什么是可综合RTL代码?9.么是同步电路，什么是异步电路，各有什么特点？10.逻辑综合的概念。
11.什么是触发器的建立时间（Setup Time），试画图进行说明。
12.什么是触发器的保持时间（Hold Time），试画图进行说明。
13. 什么是验证，什么是测试，两者有何区别？14.试画图简要说明扫描测试原理。
绪论1、 画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2、集成电路分类情况如何？集成电路设计1． 层次化、结构化设计概念，集成电路设计域和设计层次分层分级设计和模块化设计．将一个复杂的集成电路系统的设计问题分解为复杂性较低的设计级别，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS双极型单片集成电路按结构分类集成电路这个级别可以再分解到复杂性更低的设计级别；这样的分解一直继续到使最终的设计级别的复杂性足够低，也就是说，能相当容易地由这一级设计出的单元逐级组织起复杂的系统。
集成电路设计方案(一)
集成电路设计方案一、实施背景随着中国逐渐走向高端制造业，集成电路（IC）作为产业核心，其发展速度与质量直接关系着国家的技术进步与经济崛起。
当前，国内集成电路产业受制于技术落后、产业链不完善、缺乏自主创新等多重因素，难以满足国内市场日益增长的需求。
因此，从产业结构改革的角度出发，探讨集成电路设计方案，对于优化产业结构、提升产业价值具有重要意义。
二、工作原理本设计方案以“系统级芯片”（System-on-Chip, SoC）为核心，通过将多种功能模块集成在一个芯片上，实现计算、存储、通信等功能的集成。
SoC芯片具有高性能、低功耗、小尺寸的特点，可广泛应用于智能手机、平板电脑、智能家居等电子产品。
工作原理主要基于先进的半导体工艺和电路设计技术，通过将多个功能模块进行优化组合，实现各模块之间的协同工作，提高系统整体性能。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确产品应用场景和性能需求，制定相应的技术指标。
2.架构设计：根据需求分析结果，设计芯片的总体架构和功能模块划分。
3.硬件设计：依据架构设计，进行各功能模块的电路设计和版图绘制。
4.软件编程：基于硬件设计结果，编写软件程序，实现各模块的功能。
5.系统测试：对开发完成的芯片进行系统级的测试和验证，确保性能和质量达标。
6.产业化推广：将芯片应用到具体产品中，进行产业化推广和销售。
四、适用范围本设计方案适用于需要高度集成化、高性能、低功耗的电子产品，如智能手机、平板电脑、智能家居等。
同时，由于其可扩展性强的特点，也可应用于物联网、人工智能等领域。
五、创新要点1.采用了先进的半导体工艺和电路设计技术，实现了高性能、低功耗的特性。
2.提出了系统级芯片的设计理念，将多种功能模块集成在一个芯片上，提高了系统整体性能和产品竞争力。
3.采用了模块化设计方法，便于根据市场需求进行功能扩展或缩减，满足不同产品的定制化需求。
4.针对中国市场特点，注重自主创新和知识产权保护，推动国内集成电路产业的自主发展。
集成电路设计流程
集成电路设计流程集成电路设计是一项复杂而关键的任务，它涉及到从概念到实际产品的整个过程。
在这个过程中，需要遵循一系列的设计流程来确保设计的准确性和可行性。
本文将介绍集成电路设计的主要流程，并详细探讨每个流程的关键步骤。
一、需求分析阶段在集成电路设计的起始阶段，需要进行需求分析，明确设计目标和产品的功能要求。
在这个阶段，设计团队与客户密切合作，明确产品的工作原理、性能指标和功能。
这个过程中需要进行详尽的调研和分析，以便确保设计的准确性和可行性。
二、系统级设计阶段在需求分析阶段确定设计目标后，下一步是进行系统级设计。
在这个阶段，设计团队将产品的功能要求转化为具体的电路设计方案。
在设计方案中，需要定义电路的整体架构、模块划分和接口设计。
这个阶段需要综合考虑各种因素，包括功耗、性能、面积和成本等。
三、芯片级设计阶段系统级设计完成后，接下来是进行芯片级设计。
在这个阶段，设计团队将系统级设计中的每个模块进行具体的电路设计和优化。
这个过程中需要使用专业的EDA工具进行电路设计和仿真。
同时，还需要进行逻辑综合、布图和时序分析等步骤，以确保电路的正确性和稳定性。
四、物理设计阶段在芯片级设计完成后，下一步是进行物理设计。
在这个阶段，设计团队将芯片级设计转化为实际的物理布局。
这个过程中需要进行布线规划、功耗优化和时序收敛等步骤。
同时，还需要考虑布局的面积、功耗和产能等因素。
五、验证与测试阶段物理设计完成后，需要对设计进行验证和测试。
这个阶段包括功能验证、时序验证和功耗验证等。
验证工作需要使用专业的验证工具和方法，以确保设计的准确性和稳定性。
同时，还需要进行可靠性测试和产能测试，以确保产品的性能和质量。
六、制造和封装阶段验证和测试通过后，设计团队将进行芯片的制造和封装。
在这个阶段，需要选择合适的制造工艺和封装方式，并进行芯片的批量生产。
制造和封装过程中需要考虑工艺的兼容性和成本的控制，以确保产品的质量和可行性。
七、芯片调试与发布最后一个阶段是芯片调试和发布。
- 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)。
工作平台
•公司、高校：工作站，Unix、Linux操作系统； •高校、个人学习：PC机，Linux操作系统； •极少使用Windows操作系统。 Unix, Linux操作系统：
开放、安全、稳定、可靠、免费使用。
24
工作站平台上的主流EDA软件
Cadence EDA软件
✓数字系统模拟工具Verilog-XL； ✓电路图设计工具Composer； ✓电路模拟工具Analog Artist； ✓射频模拟工具Spectre RF； ✓版图编辑器Virtuoso Layout； ✓布局布线工具Preview； ✓版图验证工具Dracula等
3
集成电路的特点：
➢微型化 ➢高集成度 ➢低成本 ➢功能强大 ➢低功耗 ➢高速 ➢所有元件及连线享用同一基片 ➢损坏后不可维修
4
Intel 公司CPU—Pentium® 4
电路规模：4千2百万个晶体管 生产工艺：0.13um 最快速度：2.4GHz
5
➢ 自上世纪90年代以来:
➢ 数字集成电路飞速发展： 微处理器性能提高了 1000倍！
➢ 人工设计，设计周期长，高性能，高集成度 ➢ 微处理器，模拟电路，IP核…
➢ 标准单元 (Standard Cell)
➢ 预先设计好的标准单元，设计周期短，性能较好 ➢ 专用电路 (ASIC)
➢ 可编程逻辑器件 (FPGA/PLD)
➢ 预先生产的芯片，设计周期最短，低研发成本 ➢ 原形验证(Prototyping)，可重构计算
14
集成电路设计方法的比较
全定制
单片成本 开发费用 开发周期
低
高
长
标准单元
可编程逻辑器件
高
低
短
15
产量不同时成本与设计方法的关系
16
全定制的集成电路设计
运算放大器的设计
17
全定制的集成电路设计
运算放大器版图设计
18
电路设计抽象级别
ENABLE ENABLE
DIN
系统级
使能电路
上电复位电路
发送控制电路
后仿真
寄生参数
芯片
测试
20
模拟集成电路设计
模拟电路设计
布局布线(Layout)
晶体管级原理图设计 SPICE仿真
CMOS、双极(Bipolar)、Bi-CMOS
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
按照规格要求，选用已用于工 业的成熟模块，略微修改、组 合成满足规格要求的电路。
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
GDSII文件
22
本课程采用的设计流程
设计目标 User concept
原理图设计与输入 Schematic
电路仿真 simulation
版图绘制与优化 Layout
➢ 模拟集成电路进展： ADC速度或精度提高10倍。
➢ 为什么数字电路发展更快?
➢ 数字电路: 折中考虑速度和功耗；按比例缩小。 ➢ 模拟电路: 兼顾速度、功耗、精度、线性度、噪声、
匹配...
6
双极型（三极管）与CMOS技术
• 双极型技术（Bipolar）:
• 低噪声 • 高增益 • 高驱动能力、高频
• CMOS技术:
• 低功耗 • 高集成度 • 抗噪声
• Bi-CMOS技术:
7
现代IC设计绝大多数采用CMOS工艺
数字电路 数模混合电路 现代模拟电路
8
利益驱动下，IC特征尺寸不断缩小
1960年：25um
1990年：1um
2000年：0.18um
2009年：45nm
1000
特征尺寸（纳米）
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
输出驱动电路
基准源
共模反馈电路
偏置电路
OUT1 OUT2
结构级
晶体管级
器件物理级 19
设计目标
集成电路设计流程
功能与性能指标
系统级设计
划分功能模块，系统级仿真
前端设计 电路原理图设计
行为级/寄存器级/门级 /晶体管级电路设计与仿真
电路版图设计
布局布线，规则验证
后端设计
模拟集成电路设计 数字集成电路设计
寄生参数提取 (PE: Parasitical Extraction)
GDSII文件
后仿真
21
数字集成电路设计流程
数字电路设计
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Verilog/VHDL进行 行为级功能设计
布局布线 (LAYOUT)
行为级功能仿真 综合(Synthesis) 门级verilog仿真
11
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
IC设计流程与常用EDA工具 CMOS集成电路原理图及版图 工艺库文件 CMOS倒相器的原理图绘制与电路仿真 CMOS倒相器的版图绘制与验证 寄生参数提取与后仿真 设计实例
12
第一章 IC设计流程与常用EDA工具
13
设计方法
➢ 定制 (Custom Design)
集成电路设计
引言：芯片，现代社会的基石
内存条
PDA：掌上电脑
手机
数码相机
主板
计算机
2
Integrated Circuit (IC)
以半导体材料为基片，将至少有一个是有源元件的 两个以上元件和部分或者全部互连线路集成在一个基片 上，以执行某种功能的电子产品。
芯片内部 集成电路
芯片 内存条
主板
计算机
100
10
1
9
Beyond 90 nm
90nm工艺
65nm工艺
45nm工艺
30nm工艺
10
先修课程
理论课： ➢模拟集成电路设计 ➢数字集成电路设计 ➢半导体工艺技术
语言： ➢Spice
本课程
➢集成电路设计实践环节
《集成电路设计技术与工具》 王志功，东南大学出版社 《模拟集成电路设计精粹》 Sansen，清华大学出版社 《数字集成电路——设计透视》Jan M.Rabaey，清华大学出版社 《CMOS集成电路版图—概念、方法与工具》 Dan Clein,电子工业出版社
设计规则检查 DRC check
原理图与版图一致性比较 LVS check
寄生参数提取mulation
工艺文件 Files from foundry
版图文件输出 Export GDS file
23
集成电路设计EDA工具介绍
• EDA—Electronic Design Automation --电子设计自动化。