数字集成电路物理设计(陈春章, 艾霞, 王国雄编著)思维导图
9数字集成电路基本单元与版图
NMOS传输门
MOS管的结构是对称的。 D和S 在结构上没有任何差别。通常， 规定输入端为D，输出端为S。 因为: 这种电路是不加电源电压的； 电路正常工作所需的能量全由输入端提供。
当MOS管导通时，输入电压就对CL充电，在CL上建立输出 电压，其能量由输入端提供。或者CL对输入端放电，把能量 还给输入端。因而，输出电压总是小于或等于输入电压。
Vdd
tr tr1 tr 2
20
CMOS反相器的瞬态特性(续4)
Vi从0到1 CL放电
NMOS的导通电流开始为饱和状态而后转为非饱和状态，输出脉 冲的下降时间也可分为两段来计算。
21
CMOS反相器的瞬态特性(续5)
饱和状态 假定VC(0)=Vdd，恒流放电时间段
1 2
n
Vdd
on+ on++ on+++
对于数字信号，CMOS反相器静态时，工作在A区 或E区
Vi = 0 (I = 0) Vo = Vdd ( O = 1 )
Vi = Vdd (I = 1) Vo = 0
(O=0)
状态转换时：(I = 0) (I = 1) (I =1) (I = 0)
Is-s 0 Ptr 0
1） 传输门由控制开关通断。
– 当 = 1，MOS开关导通。 = 1 O=I–
– 当 = 0，MOS开关不通。 = 0 O=O–
这时，Vo = Vo，是前一个状态之值。这表示，传 输门是一种记忆元件，是一种时序逻辑。
2）当NMOS传输门用作开关以传输逻辑信号时，传输 “0”逻辑将是理想的。传输“1”逻辑则不理想，因为 电平是蜕化的：尽管输入Vi = Vdd，输出却为Vo = VddVTn。
高中物理知识框架图 树状网络图思维导
高中物理知识框架图树状网络图思维导（实用版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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数字集成电路基本单元与图PPT课件
1)
顾名思义，反相输出就是内部信号经反相后
输出。这个反相器除了完成反相的功能外，另一个
主要作用是提供一定的驱动能力。
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焊盘输入输出单元（I/O PAD）
2）同相输出I/O PAD
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同相输出实际上就是“反相＋反相”，为什么不直接从内部 电路直接输出呢？主要是驱动能力问题。利用链式结构可以大大 地减小内部负荷。即内部电路驱动一个较小尺寸的反相器，这个 反相器再驱动大的反相器，在同样的内部电路驱动能力下才能获 得较大的外部驱动。P77 第18页/共22页
逻辑图输入
逻辑模拟、时序模拟
标准单元 设计系统
布局、布线 提取布线寄生参数
生成测试向量
逻辑模拟、时序模拟
转换拓扑图为掩模版版图
生产厂家
芯片制造
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单元逻辑符号库 单元电路功能库
单元拓扑库 工艺、电学参数
单元版图库
数字电路标准单元库设计简介
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• 库单元设计
标准单元库中的单元电路是多样化的，通常包含 上百种单元电路，每种单元的描述内容都包括： （1）逻辑功能； （2）电路结构与电学参数；
数字集成电路的基本电路的主要性能指标是： （1）工作速度（延迟时间的长短）； （2）集成度（占用面积的大小）； （3）功耗（消耗的电源功率）； （4）噪声容限等。
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CMOS基本门电路及版图实现
• CMOS反相器
（1） CMOS反相器的具体电路如图所示，这是一种典型的 CMOS电路结构，它由一个NMOS晶体管和PMOS晶体管配对 构成，两个器件的漏极相连作为输出，栅极相连作为输入。 NMOS晶体管的衬底与它的源极相连并接地，PMOS晶体管的 衬底与它的源极相连并接电源。
常用数字集成电路 图解PPT课件
测信号Ua通过与门，然后通过对输出脉冲Uo计数即可测知Ua的频率。
26
应用
U CC
下图电路是由多 谐振荡器构成的光电 报警器，应用多谐振 荡器功能，你能分析 出该电路的工作原理 吗？
R1
R3
8
4
R2
6
2
C1
3
C2
7
1
5
0.01F
27
11.2 数模与模数转换器
数模转换器
数模与转换原理 集成数码转换器
1 3 U CC
RD
三极管V工作
uo
状态
0
0
饱和导通
1
0
饱和导通
1
保持原状态 保持原状态
1
1
截止
9
提示！
当TH>2/3，
TR 1Ucc 3
时，比较器C1输出为低电平，R
d
=0；比较器C2
输出为高电平，S D =1，基本RS触发器置0，Uo=0 Q =0，Q =1，三极管
V饱和导通。
思考？
参考上面分析，你能分析出功能表中其它几项吗？
电路进入暂稳态，此时U 0 1 。
23
3）自动返回稳定状态 当电容电压被充电至 UC 2/3UCC 时，比较器C1输出变为低电平，R D =0。
由于Ui已恢复高电平状态，比较器C2输出为高电平，S d =1，触发器置0，
Uo=0 Q=0，电路返回到稳定状态，三极管饱和负脉冲出现，又重复上述过程。
V饱和导通，电容C迅速放电至Uc=0，比较器C1输出为高电平， Rd=1，触
发器保持原状态 QU0 0不变，是稳态，Uc=0，Uo=0。
22
2） 暂稳态
当输入信号加入负脉冲，Ui 0 ，比较器C2输出低电平，S D =0，此时Rd 仍为1，触发器置1，QU0 1 , Q =0，三极管V截止，电容C又被充电，
数字集成电路 数字集成电路设计流程和设计方法PPT课件
pmos p2 (i2, il, b); pmos p3 (i3, i2, c); pmosp4 (il, vdd, b); pmos p5 (i2, il, c); pmos p6 (i3, i2, a); pmos p7 (co, vdd, i3); end module
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pmos p4 (i4, vdd, b); pmos p5 (i4, vdd, a); pmos p6 (co, vdd, en); pmos n6 (co, vss, en); end module
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2.2 设计描述
• 四、物理描述
•
电路的物理描述是用来定义在硅表面的物理实现，并由物理实现
数字集成电路设计总体上可分为
1.电路设计（前端设计）
电路设计是指根据对ASIC的要求或规范，从电路系统的行为描述开 始，直到设计出相应的电路图，对于数字系统来说就是设计出它的 逻辑图或逻辑网表
2.版图设计（后端设计）
版图设计就是根据逻辑网表进一步设计集成电路的物理版图，也就 是制造工艺所需的掩膜版的版图。
Verilog-HDL 描述进位算法描述
module carry (co,a,b,c); output co; input a,b,c;
wire #10 co=(a&b)|(a&c)|(b&c) end module
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2.2 设计描述
• 三、结构描述
•
结构描述规定了电路系统的结构，规定了元件之间的连接关系，
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2.1 设计流程
• 二、Top-Down设计
•
从电路行为到逻辑结构的转换是由逻辑综合这一步骤自动进行的。逻辑综合
第4章 数字集成电路第4版(潘)
第4章数字集成电路4.1 逻辑代数运算规则4.2 逻辑函数的表示与化简4.3 集成门电路4.4 组合逻辑电路4.5 集成触发器4.6 时序逻辑电路4.7 半导体存储器4.8 可编程逻辑器件(PLD)4.9 应用举例电子信号概述模拟信号数字信号模拟信号:在时间和数值上都连续变化的信号数字信号:在时间和数值上都离散的信号概述集成电路是60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。
它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成一定功能的电路所需的半导体管、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小片硅片上，然后封装在一个管壳内的电子器件。
其封装外形有圆壳形、扁平形或直插式等多种。
集成电路概述模拟集成电路数字集成电路4.1 逻辑代数运算规则逻辑代数又称布尔代数，是研究逻辑关系的一种数学工具，被广泛应用与数字电路的分析与设计。
逻辑代数表示的是逻辑关系，它的变量取值只有1和0，表示两个相反的逻辑关系。
逻辑代数有三种基本的逻辑运算：与运算、或运算和非运算，其他的各种逻辑运算都可以由这三种基本运算组成。
4.1 逻辑代数运算规则自等律A A =+0A A =⋅10-1律00=⋅A 11=+A 互补律1=+A A 0=A A 重叠律AA A =+A AA =交换律BA AB =A B B A +=+4.1 逻辑代数运算规则结合律)C B (A C )B A (++=++)BC (A C )AB (=分配律ACAB )C B (A +=+)C A )(B A (BC A ++=+吸收律A AB A =+A )B A (A =+B A B A A +=+还原律A A =反演律CB A ABC ++=CB AC B A =++4.1 逻辑代数运算规则逻辑代数运算规则的证明方法一：用逻辑状态表加以证明，即等号两边表达式的逻辑状态表完全相等，等式成立。
方法二：利用已有的公式证明。
如:(A+B)·(A+C)=AA+AC+BA+BC=A+AC+AB+BC =A(1+C+B)+BC=A+BC4.2 逻辑函数的表示与化简4.2.1 逻辑函数的表示方法4.2.2 逻辑函数的代数化简法概述当一组输出变量（因变量）与一组输入变量（自变量）之间的函数关系是一种逻辑关系时，称为逻辑函数。
数字集成电路第1章PPT课件
双极集成电路的基本制造工艺
掺硼P型硅作为衬底材料并进行初始氧化,以形 成二氧化硅表层,然后再进行隐埋层光刻以形 成一个窗口后进行N+层掺杂,接着就用外延层 所覆盖,故称隐埋层
制作隐埋层后,去除表面的二氧化硅,再进行N 型外延层生长
掺P型材料进行隔离扩散. 用第三块掩模版完成基区光刻
双极集成电路的基本制造工艺
基区重掺杂 制作晶体管发射极和集电极 形成表面金属互连接的接触区 完成一层金属铝膜的沉积,然后再介质淀积 在介质层上蚀刻出连接通孔 成第二层金属铝膜的沉积 后续工序,划片,粘片,压焊,封装,测试分类,筛选,
成品测试,入库
双极集成电路应用
TTL,DTL,RTL,HTL,ECL STLL,SLTTL,I2L,I3L ASTLL.ASLTTL
环 长PSG 引线孔光刻 铝引线光刻 压焊块光刻
N阱硅栅CMOS工艺（略）
▪ 双阱硅栅CMOS工艺
BI---CMOS工艺
双极工艺特点： 速度高、驱动能力强、模拟精度高 但功耗、集成度无法满足VLSI的
要求
BI---CMOS工艺
CMOS工艺特点： 功耗低、集成度高、抗干扰能力强 但速度低、驱动能力差
成
P+
NPN管的基区扩散 PMOS管的源、漏区扩散 横向PNP管集电区、发射区扩散 纵向PNP管的发射区扩散可以同时进行完成
以双极性工艺为基础的P阱BICMOS工艺
栅氧化在PMOS管沟道注入以后进行 可获的大电流、高压 LDMOS-LOW DOUBLE MOS VDMOS-VERTICAL DOUBLE MOS
以双极性工艺为基础的BI-CMOS工艺
以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺 以双极性工艺为基础的双阱BI-CMOS工艺 特点是对双极器件有利
基于UPF的低功耗设计的逻辑综合
基于UPF的低功耗设计的逻辑综合基于UPF的低功耗设计的逻辑综合摘要:文章介绍基于UPF的低功耗设计中，各种实现低功耗的策略。
并着重介绍UPF的相关命令及其意义及使用，然后说明UPF低功耗流程中的逻辑综合及步骤。
最后给出总结，以及一些在低功耗下逻辑综合的经验。
关键词:低功耗设计;逻辑综合;UPF中图分类号:TP302文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)16-3955-02UPF-based Logic Synthesis of Low-Power DesignLIU Yi, WU Xiu-long, KE Lie-jin(School of Electronics and Information Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)Abstract: This paper introduces some implementation strategies for UPF-based low-power designs, especially significance and usage of correlative UPF commands. Then it explains UPF-based logic synthesis of low-power design and its steps. Finally given the summary and some experience of low-power logic synthesis.Key words: low-power design; logic synthesis; UPF随着SOC(片上系统)的集成度的扩大和时钟频率的提高，以及便携式的应用的需求片的功耗和面积要求越来越高。
面积制约着芯片的成本，功耗决定芯片的可靠性以及便携设备的电池寿命。
所以在便携式设备上，低功耗设计变得越来越必不可少。
百万门系统级芯片的后端设计
百万门系统级芯片的后端设计张玲;罗静【摘要】采用0.18 μm及以下工艺设计高性能的VLSI芯片面临着诸多挑战,如特征尺寸缩小带来的互联线效应、信号完整性对芯片时序带来的影响、时序收敛因为多个设计变量的相互信赖而变得相当复杂,使百万门级芯片版图设计师需深入物理设计,选用有效EDA工具,结合电路特点开发有针对性的后端设计流程.文章介绍了采用Synopsys公司Astro后端工具对一款百万门级、基于0.18 μm工艺SoC芯片后端设计的过程,分为后端设计前的数据准备、布局规划、电源设计、单元放置及优化、时钟树综合、布线等几个阶段进行了重点介绍.同时考虑到深亚微米工艺下的互联线效应,介绍了如何预防串扰问题以及在整个布局布线过程中如何保证芯片的时序能够满足设计要求.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2010(010)005【总页数】5页(P25-29)【关键词】时钟树;串扰;时序分析;时序优化【作者】张玲;罗静【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所,江苏,无锡,214035;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏,无锡,214035【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言集成电路后端设计过程是从RTL综合到GDSⅡ数据的实现过程，一个好的芯片版图设计为集成电路物理设计和实施奠定了好的基础。
随着集成电路工艺与设计技术的不断发展，系统级芯片SoC已成为当今IC的发展方向。
如何缩短SoC芯片的设计周期，同时解决芯片特征尺寸缩小、芯片规模达几百万甚至上千万、时钟频率提高以及电压降等因素使SoC芯片物理设计复杂度越来越高的问题，已成为版图设计师需面临的主要设计挑战。
用自动布局布线工具来完成芯片后端设计可以节省宝贵的设计时间，但后端设计绝不仅仅是自动化工具的掌握和应用，结合电路特点开发有针对性的后端设计流程对芯片的成功起着关键性作用。
本文介绍了采用Synopsys公司Astro后端工具对一款百万门级、基于0.18 μ m工艺SoC芯片后端设计的过程，其中包括了设计之前的数据准备、布局规划、电源设计、单元放置及优化、时钟树综合、布线过程，另外还介绍了如何预防串扰和如何保证芯片的时序能够满足设计要求。
数字集成电路设计流程ppt课件
基于规范单元的设计方法是：将预 先设计好的称为规范单元的逻辑单元， 如与门，或门，多路开关，触发器等， 按照某种特定的规那么陈列，与预先设 计好的大型单元一同组成ASIC。基于规 范单元的ASIC又称为CBIC(Cell based IC)。
组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
按功能分类 模拟电路 线性电路 非线性电路
数模混合电路
集成电路的设计过程：
设计创意
功能要求
+
行为设计〔VHDL〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿真验证
否 行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 规划布线——幅员
后仿真
是
否
—设计业—
Sing off 集成电路芯片设计过程框架
设计的根本过程 〔举例〕 功能设计 逻辑和电路设计 设计验证 幅员设计 集成电路设计的最终输出是掩膜幅员，经过制版
系统级算法级寄存器传输级也称rtl逻辑级与电路级5354系统级行为性能描述cpu存储器控制器芯片电路板子系统算法级算法硬件模块数据结构部件间的物理连接rtl状态表alu寄存mux微存储器芯片宏单逻辑级布尔方程门触发器单元布图电路级微分方程晶体管电阻电容管子布图层次行为域结构域物理域55分类内容语言描述verilog语言等功能描述与逻辑描述功能设计功能图逻辑设计逻辑图电路设计电路图版图设计符号式版图版图举例
数字集成电路 设计流程
一、集成电路设计引见
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电 路而言)
把组成电路的元件、器件以及相互间的连 线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片 上，把这个芯片放到管壳中进展封装，电路 与外部的衔接靠引脚完成。