集成电路设计基础
数字集成电路设计基础
数字集成电路设计基础
1. 数字逻辑
•布尔代数
•组合逻辑电路
•时序逻辑电路
•状态机
2. CMOS 技术
•CMOS 器件的结构和特性•MOS 晶体管的开关特性•CMOS 逻辑门
•CMOS 存储器
3. 数字集成电路设计流程
•系统规范
•架构设计
•逻辑设计
•物理设计
•验证和测试
4. 组合逻辑电路设计
•门级优化
•多级逻辑优化
•可编程逻辑器件 (FPGA)
5. 时序逻辑电路设计
•时钟和复位电路
•触发器和锁存器
•同步和异步时序电路
6. 存储器设计
•静态随机存取存储器 (SRAM) •动态随机存取存储器 (DRAM) •只读存储器 (ROM)
•闪存
7. 芯片设计中的布局和布线
•布局约束和规则•布线算法
•时序和功耗优化8. 验证和测试
•功能验证
•时序验证
•制造测试
9. 数字集成电路应用•微处理器和单片机•数字信号处理•通信系统
•嵌入式系统
其他重要概念：
•数制转换
•可靠性和容错性•EDA 工具
•低功耗设计
•可制造性设计。
集成电路设计基础第11章数字集成vlsi系统设计基础
通过对时序逻辑电路的输入、输出及状态进行分析，了解其工作原理和特性。
时序逻辑电路设计
根据实际需求，选用合适的触发器和组合逻辑电路，设计出满足特定功能的时序逻辑电路。同时 需要考虑时序问题，确保电路的正确性和稳定性。
03
数字集成VLSI系统关键技术
高性能计算技术
并行处理技术
通过多核处理器、GPU加速等技术提高计算能力。
逻辑综合
将HDL代码转换为门级网表，优化电路性能并降低功 耗。
布局布线
根据电路需求和工艺要求，将门级网映射到具体的 芯片上，实现电路的物理实现。
时序分析
对布局布线后的电路进行时序分析，确保电路时序的 正确性和性能。
仿真验证与测试方法
前仿真
在电路设计阶段进行仿真验证， 检查电路功能和性能是否符合设 计要求。
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集成电路设计基础第11章数 字集成vlsi系统设计基础
• 数字集成VLSI系统概述 • 数字集成VLSI系统基本原理 • 数字集成VLSI系统关键技术 • 数字集成VLSI系统实现方法
• 数字集成VLSI系统应用实例 • 数字集成VLSI系统前沿研究动态
01
数字集成VLSI系统概述
定义与发展历程
柔性电子在数字集成VLSI中潜在价值
柔性电子器件
利用柔性基底和可弯曲的电 子材料制造柔性电子器件， 实现可穿戴、可折叠的数字
集成VLSI系统。
生物兼容性
柔性电子具有良好的生物兼 容性，可用于生物医学应用 中与人体紧密接触的电子设
备。
轻量化与便携性
柔性电子器件具有轻量化、 薄型化和可弯曲的特点，便 于携带和集成到各种移动设 备中。
应用领域及市场需求
集成电路设计基础课程简介
集成电路设计基础课程简介集成电路设计基础课程简介集成电路设计基础课程是电子信息类专业中的一门重要课程，它主要介绍了集成电路设计的基本原理、方法和技术。
通过学习这门课程，学生将能够掌握集成电路设计的基本理论知识，了解集成电路设计的流程和方法，培养集成电路设计的能力和创新思维。
本课程主要包括以下几个方面的内容：1. 集成电路设计概述：介绍集成电路设计的基本概念、发展历程和应用领域，让学生对集成电路设计有一个整体的认识。
2. 集成电路设计流程：详细介绍集成电路设计的流程和各个环节，包括需求分析、电路设计、布局布线、仿真验证等，让学生了解整个设计过程的每个环节。
3. 集成电路设计工具：介绍常用的集成电路设计工具，如EDA软件、仿真工具等，让学生掌握使用这些工具进行集成电路设计的能力。
4. 集成电路设计基础知识：介绍集成电路设计中的基础知识，如数字电路、模拟电路、信号处理等，让学生建立起扎实的基础知识。
5. 集成电路设计方法与技术：介绍常用的集成电路设计方法和技术，如逻辑设计、时序设计、布局布线技术等，让学生了解并掌握这些方法和技术。
6. 集成电路设计案例分析：通过分析一些实际的集成电路设计案例，让学生了解集成电路设计在实际应用中的具体情况和问题，并培养学生解决问题的能力。
通过学习这门课程，学生将能够掌握以下能力：1. 掌握集成电路设计的基本理论知识，了解集成电路设计的流程和方法。
2. 掌握常用的集成电路设计工具，能够使用这些工具进行集成电路设计。
3. 建立起扎实的集成电路设计基础知识，能够进行基本的数字电路和模拟电路设计。
4. 掌握常用的集成电路设计方法和技术，能够进行逻辑设计、时序设计等。
5. 具备分析和解决集成电路设计问题的能力，能够应对实际应用中的挑战。
总之，集成电路设计基础课程是电子信息类专业中一门重要的课程，通过学习这门课程，学生将能够掌握集成电路设计的基本理论知识和方法，培养集成电路设计能力和创新思维。
《微电子与集成电路设计导论》第五章 集成电路基础
图5.2.10 与非门电路
图5.2.11-5.2.14 电路图
图5.2.15 与非门输出响应
当A、B取不同组合的 逻辑电平时，与非门 电路的输出响应如图 5.2.15所示。
2. 或非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
图5.2.16 或非门电路
图5.2.17-5.2.20 A=0，B=0时的电路图
性能指标：除增益和速度外，功耗、电源电压、线性度、噪声和最大 电压摆幅等也是放大器的重要指标。此外，放大器的输入输出阻抗将 决定其应如何与前级和后级电路进行相互配合。在实际中，这些参数 几乎都会相互牵制，一般称为“八边形法则”，茹右下图所示。
➢ 增益：输出量Xout与输入量Xin的比值
➢ 带宽：指放大器的小信号带宽。
特性参数相同，当电压翻转上升时，漏极电流
ID
Kn
W L
Vin
VTN
2
0
I
Imax
即一周期的平均电流
Imean
1 6
Kn
W L
1 VDD
VDD VTN
3
Tclk
综上，短路功耗最终为
Psc VDDImean
CMOS逻辑门电路
1.与非门电路
A=0,B=0
A=0,B=1
A=1,B=0
A=1,B=1
许的临界电平和理想逻辑电平之间的范围为 CMOS电路的直流噪声容限，定义为
VNH VOH VIH
VNL VIL VOL
图5.2.6 极限输出电平定义的噪声容限
（2）极限输出电平定义的噪声容限 根据实际工作确定所允许的最低的输出
高电平VOHmin，它所对应的输入电平定义为 关门电平VOFF；给定允许的最高的输出低电 平VOLmax，它所对应的输入电平定义为开门 电平VON。开门电平和关门电平与CMOS电 路的理想输入逻辑电平之间的范围就是 CMOS电路的噪声容限。如左图所示是反相 器的噪声容限 输入高电平噪声容限：
集成电路设计基础
集成电路设计基础1. 引言集成电路设计是现代电子工程领域中的重要一环。
它涉及到将多个电子元件（如晶体管、电容器和电阻器等）集成在同一个硅片上，从而实现更高级别的电子功能。
本文将介绍集成电路设计的基础知识，包括集成电路的分类、设计流程以及常用的设计工具等。
2. 集成电路的分类根据集成度的不同，集成电路可以分为三种类型：小规模集成电路（LSI）、中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）。
LSI通常包括10个以上的门电路，MSI则包括数十个门电路，而LSI包含了成千上万个门电路。
此外，根据功能的不同，集成电路可以分为模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路是利用模拟信号进行信息处理，而数字集成电路是利用数字信号进行信息处理。
3. 集成电路设计流程集成电路的设计通常包括以下几个步骤：3.1 需求分析在设计集成电路之前，首先需要明确设计的目标和需求。
这包括确定电路的功能、性能指标以及工作环境等。
3.2 电路设计在电路设计阶段，需要根据需求分析的结果设计出符合要求的电路结构。
这包括选择适当的电子元件、确定元件的连接方式以及设计电路的布局等。
3.3 电路模拟在电路模拟阶段，使用模拟电路仿真工具对设计的电路进行模拟。
通过模拟可以评估电路的性能指标，如增益、带宽和功耗等。
3.4 电路布局与布线在电路布局与布线阶段，需要设计电路的物理结构以及元件之间的连接方式。
这包括确定电路的尺寸、排列顺序以及设计布线的路径等。
3.5 校准与测试在校准与测试阶段，需要对设计的集成电路进行校准和测试。
这包括检查电路的功能和性能指标是否满足需求，并对电路进行调整和优化。
4. 集成电路设计工具集成电路设计通常使用专门的设计工具来辅助完成。
常用的集成电路设计工具包括：•电路设计工具：如Cadence、Mentor Graphics等，用于设计电路的原理图和逻辑图。
•电路仿真工具：如Spice、HSPICE等，用于对设计的电路进行模拟和验证。
CMOS集成电路设计基础
CMOS集成电路设计基础CMOS（亦称互补金属氧化物半导体）是一种常用的集成电路设计技术，它在数字电路中广泛使用。
本文将详细介绍CMOS集成电路设计的基础知识。
CMOS电路是由PMOS（P型金属氧化物半导体）和NMOS（N型金属氧化物半导体）晶体管组成的。
PMOS和NMOS的工作原理相反，当输入信号为高电平时，PMOS开关导通，NMOS截断；当输入信号为低电平时，PMOS截断，NMOS导通。
通过PMOS和NMOS的结合，可以实现高度集成的数字电路。
CMOS电路的优势主要体现在以下几个方面：1.功耗低：由于CMOS电路只有在切换时才消耗功耗，因此静态功耗基本可以忽略不计。
而且CMOS在开关时的功耗也非常低。
2.噪声低：CMOS电路的输出电平会受到两个晶体管开关阈值的影响，这样可以减小由于电流变化而引起的噪声。
3.集成度高：CMOS电路可以实现非常高的集成度，因为它的结构非常简单，只需要两种类型的晶体管。
1.逻辑门设计：逻辑门是CMOS电路的基本单元，它可以实现与门、或门、非门等逻辑运算。
逻辑门的设计要考虑功耗、速度和面积等因素。
2.布局设计：布局设计是将逻辑门按照一定的规则进行布置，以实现电路的高集成度和高性能。
布局设计需要考虑晶体管的相互影响，以及电路的信号延迟等因素。
3.时序设计：时序设计是指在设计中考虑到电路的时序特性，以满足时序约束。
时序设计需要考虑时钟频率、延迟等因素，以确保电路的正确操作。
4.电源和地设计：CMOS电路需要提供稳定的电源和地，以确保电路的正常运行。
电源和地的设计需要考虑电源噪声、电源提供能力等因素。
总之，CMOS集成电路设计基础知识包括逻辑门设计、布局设计、时序设计和电源地设计等方面。
了解这些基础知识，可以帮助我们理解和设计复杂的CMOS集成电路，提高电路的性能和可靠性。
集成电路的基础学科
集成电路的基础学科主要包括以下几个方面：
1. 数学：这是任何科学和工程学科的基础，包括集成电路。
微积分、线性代数、概率论和统计都在电路设计和分析中有所应用。
2. 物理：为了理解电子的行为和确定电路如何操作，购必须理解基本的物理学原理，例如电磁学。
3. 电子工程：这是集成电路的核心学科，是理论与应用相结合的领域。
它涵盖了电路设计、电子设备、信号处理、电磁学等多个子领域。
4. 计算机科学：集成电路设计需要用到许多高级计算机软件和编程，所以计算机科学的基本概念和技巧也是必需的。
5. 材料科学：理解和选择适当的电路材料（如半导体材料）也是设计和制造集成电路的一部分。
6. 化学：在制造集成电路的过程中，化学在光刻、刻蚀、清洗和其他制造步骤中起到关键
作用。
以上学科的知识体系，可以帮助集成电路设计师理解电路的工作原理，以及如何设计和优化集成电路。
集成电路设计基础
集成电路设计基础集成电路设计是现代电子技术中的重要组成部分，它涉及到电路设计、布局、布线、仿真、验证等多个环节。
本文将从集成电路设计的基础知识入手，介绍一些常用的设计方法和流程。
一、集成电路设计的基本概念集成电路是将多个电子元器件集成在一块芯片上的电路。
它的设计过程主要包括逻辑设计和物理设计两个阶段。
逻辑设计是指根据电路的功能要求，使用逻辑门和触发器等基本逻辑单元，设计出满足特定功能的逻辑电路。
物理设计则是将逻辑电路映射到实际的物理布局上，包括芯片的布局、布线和电路的优化等。
二、集成电路设计的方法1. 逻辑设计方法逻辑设计是集成电路设计的第一步，它决定了电路的功能和性能。
常用的逻辑设计方法包括门级逻辑设计、寄存器传输级（RTL）设计和行为级设计等。
门级逻辑设计是指将逻辑电路表示为逻辑门的组合，可以使用与、或、非等基本逻辑门进行逻辑运算。
寄存器传输级设计则是将逻辑电路表示为寄存器和数据传输器的组合，它可以更直观地描述电路的数据流动。
行为级设计是指使用高级语言（如Verilog、VHDL等）描述电路的功能和行为。
2. 物理设计方法物理设计是将逻辑电路映射到实际的物理布局上，其目标是在满足电路功能和性能要求的前提下，尽可能减小电路的面积和功耗。
物理设计的主要步骤包括芯片的布局、布线和电路的优化。
芯片的布局是指将电路的各个逻辑单元按照一定的规则放置在芯片上，以满足电路的连接要求和良好的电路布局。
布线是指将逻辑单元之间的连线完成，使其能够正常传递信号。
布线的目标是尽量减小连线的长度和延迟，提高电路的运行速度。
电路的优化是指对布局和布线进行进一步的优化，以减小芯片的面积和功耗。
常用的优化方法包括逻辑优化、时钟树优化和功耗优化等。
三、集成电路设计的流程集成电路设计的流程一般包括需求分析、逻辑设计、验证、物理设计和后端流程等多个阶段。
需求分析阶段是确定电路的功能和性能要求，以及电路的输入输出特性等。
逻辑设计阶段是根据需求分析的结果，设计出满足功能和性能要求的逻辑电路。
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zip压缩。
unzip解压。
ftp传送文件。
二基本概念1版图设计CIW命令解释窗口, Library 库，Reference Library相关库, Library Path库路径，Cell单元，View视图，Techfiler.tf工艺文件, cds.lib库管理文件, techfile.cds ASCII 文件，LSW图层选择窗口，display.drf图层显示文件。
LayerPurpose Pair层次用途配对，Cellview Attributes and Properties单元视图属性，Instance单元，Snap Mode 光标按钮画线条或图形的模型。
Stream。
数据流（一个标准数据格式用在cad系统间传递物理设计数据）parameterized cells，参数化单元。
Flatten，打平设计方法1 CIC设计流程①设计规划。
②建库。
③原理图输入。
④电路仿真。
⑤单元模块版图。
⑥TOP 版图。
⑦验证。
⑧输出GDSII。
⑨制掩膜。
⑩流片封装测试。
2CIC建库的步骤，工艺文件和显示文件的使用。
建库进入设计项目所在的文件夹，打开名利窗口输入icfb，在ciw菜单栏中选择file-creat-creat new library，选择要连接的Techfiler.tf或者选择相应库作为链接库，后根据指示完成余下的操作工艺文件p1-40说明图层连接，等效连接，不可被重叠，自动布线，设计规则等情况ciw-technology-file-dump ,design,layout definations,ascll 命名.Tf，ok;/techpurposes /techlayers;/techdisplays;/techlayerpurposepriorities(图层目的优先)；：q！（保存退出）：wq！（写后保存退出）；/ptapFile-load显示文件的使用：在显示资源编辑窗口里编辑并保存（display。
drf）长期有效添加新包，先编辑显示文件再在显示资源编辑窗口里编辑其填充等；file—save；tools-display resources-mergefile;分配图层目的配对。
3单元版图绘图方法及编辑基本方法，新建，根据设计要求选择图层用不同的绘图命令绘制和按参数编辑、连接，测试4绘图及编辑常用命令的使用：Create—Rectangle 。
create-rectangle left点拉升点Instance、create-instance(名字不可改)填写库cell view 坐标等Path、create-path 1点2点+回车/双击Pcell、edit-hierarchy（分层）-make cell 填写，画长方形区域，okPolygon、create- Polygon（F3），选择图层，点，点等，回车Conics create-arc，点，点，点回车Edit—Moving Objects、到新图层move-change layer；方向移动；正交选择对象Copy objects、到新图层copy- change layer；源到目的；平面数组；yank and paste Stretch objects（F4,选取边，全局部的选择切换），选项F3的使用显示option form。
5图层选择的方法在Lsw选择图层（AV/NV/AS/NS）选择NV 处理AV；shift+middle mouseLayer tap ,lsw-edit-layer tap/[t] 选取点2次6GDS数据输入输出步骤工艺文件、建库、拉动相关库、符号库、原理图编辑、版图编辑。
7pk445chip工作原理，版图设计的原则。
Pk445chip主要有两个放大器，还有一个测量控制器和测量开关管，以及两个单向二极管和信号存储器组成，当一个峰值信号来到时，第一个放大器，把峰值信号跟随输出到信号存储器存储，而峰值下降时，通过第二个放大器的反馈使信号保持。
在第二个峰值来到前，通过测量控制器控制MOS开关管放电，使存储器复位。
版图设计方面主要是运放、测量控制器和测量开关管。
运放采用差分同相输入，单端输出，加上一个RC反馈网络作为频率补偿。
测量控制器和测量开关管采用简单的反相器加与非门和一个NMOS管子组成。
布局布线采用自动的布局布线。
三DIVA验正1 概念DRC设计规则检查（按照工艺特定的规则检查物理设计版图）, EXTRACT提取（为了执行ERC，LVS,后端版图仿真分析等，从版图中提取器件参数和连接）,ERC电路规则检测, LVS版图和电路图层比较，Hierarchy层次（描述的是单元包含其他单元的设计数据的组织方式）, Flatten打散，平面化，所有设计数据在同一层Derived Layer导出层（通过层处理函数创建的新层）, Original Layer原始层,Soft-Connect软连接，CDF元件说明格式,Recognition Layer识别层，prune剔除，MatchType匹配，permute交换，2图层处理1）常用命令：逻辑命令：GeomXor（这个命令输出两层或多层之间非公有的部分）,geomNot(输出输入层的反),geomCat（使所有的输入层连续。
其输出包含所有的输入层），GeomAnd（与, 输出两个不同层次或边界间的交叠部分）, geomOr（或, 输出所有的输入层）,geomAndNot（与非,输出第一层中未被第二层覆盖的部分）。
相关命令：geomInside（选择完全处在第二输入层中的第一输入层）,geomOutside（选择完全处在第二输入层之外的第一输入层），GeomButting(选择与第二输入层相外切的层次),geomCoincident（选择与第二输入层相内切的层次）,geomOverlap(选择与第二输入层有公共面积的层次)。
尺寸命令：geomSize（按输入的数值扩张或收缩输入层）,geomStretch(扩张或收缩输入层的边界）。
存储命令：saveDerived（将衍生层存入库中相关的视图中去）,copyGraphics（从当前分析层拷贝源层次到特定层中去）,geomErase（从所有的视图中删去指定原始图形层上的全部图形）outLayer = geomBkgnd（创建个长方形包围设计中的所有数据) geomEnclose（选择完全包含第二输入层的层次，可以内切）geomStraddle(选取个被其他多变形横跨的多边形)geomHoles(从甜甜圈图形里生成图形)2）DIVA实验lab3-1图层处理程序Metal2=geomOr(‘’metal2” gemosize(“pad” 4.0))geomE rase(“matel2”)saveDerived(metal2 (“metal2” ”drawing”))viaToFox=geomOverlap(“via” gemoSize(“poly1” 0,5))viaE =geomSize(viaToFix 0.2)geomErase(“viaE”)saveDrived(viaE (“viaE” ” drawing”))3、drc1）drc程序结构图层工艺命令；用限制块去包含或排除特定的命令群组；改全局变量（drc/extract）；drc命令去检测2）常用命令Width线宽:检查同一输入层中内边线到内边线的距离,notch开槽: 检查同一输入层中外边线到外边线的距离,area面积: 检查单一输入层的面积,sep隔离: 检查第一输入层的外边线到第二输入层外边线的距离,enc包围: 检查第一输入层的内边线到第二输入层外边线的距离,ovlp覆盖: 检查第一输入层的内边线到第二输入层内边线的距离, geomStamp(pwell pplus error) 检查阱是否被错误的使用来作为传导通道drc(metal1 width <0 .8 “Metal1 Width < 0.8”)drc(metal1 sep < 1.0 “Metal1 Spacing < 1.0”)3）drc操作步骤Verify-drc；选取检查方法，选取检查限制，设置交换机名称，选取或排除检查单元，连接同名端，选取规则文件和库，规则包括（时间改动交换），设置其他选项，找到错误4 EXT版图提取1)EXT程序结构预先设定提取设备的声明；定义设备识别层；定义终端名；定义软连接（如需）；定义连接声明；完成声明输出2) 常用提取命令extractDevice(ngate poly1(“G”) nsd(“S” “D”)subConn(“B”) “nmos ivpcell”)geomConnect( via( contact metal1 nsd poly1 ptap))subConn=geomStamp( sub ptap )MeasureParameter，3）提取nmos管的程序Via=geomOr(“via”)…ngate=geomAnd(ndiff poly1)nsd=geomAndnot(ndiff poly1)ptap=geomAndNot(pdiff nwell)geomConnect(via (contact metal1 nsd poly1 ptap)) subConn=geomStamp(sub ptap) extractDevice(ngate poly1(“G”) nsd(“S””D”) subConn (“B”) “nmos ivpcell”) saveRecongnition(ngate “poly1”) saveInterconnect(contact metal1 poly1 (nsd” ndiff”))P5-4Pmos;generation of commonly used derived layerspoly1=geomOr("poly1")pdiff=geomOr("pdiff")ndiff=geomOr("ndiff")nwell=geomOr("nwell")contact=geomOr("contact")metal1=geomOr("metal1");define recognition layerspgate=geomAnd(pdiff poly1);define terminal layersnsd=ndiffpsd=geomAndNot(pdiff poly1);define geomConnect statementgeomConnect( via( contact metal1 nsd psd poly1 ) )nwellConn=geomStamp(nwell nsd);define extractDevice statementextractDevice( pgate poly1("G") psd("S" "D") nwellConn("B") "pmos ivpcell" );output data to extracted layoutsaveRecognition( pgate "poly1" )saveInterconnect( contact metal1 poly1 (nsd "pdiff") ));end extract?);end drcExtractRules5 LVS操作步骤及命令步骤verify-lvs ，设置lvs form（name 、design、rules），run PruneDevice，忽略特定的设备在比较中permuteDevice，允许mos结构与终端交换，与类似与系列设备的合并parameterMatchType，当遇到不模糊的线路时所调用的工艺参数技术规程compareDeviceProperty，在版图和原理图里比较设备参数所调用的技术参数。