集成电路设计基础Ch剖析
集成电路的设计基础
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版图几何设计规则
N阱设计规则示意图
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《集成电路设计基础》
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版图几何设计规则
P+、N+有源区相关的设计规则列表
编号 描 述
尺
寸
目的与作用
2.1
P+、N+有源区宽度
3.5
保证器件尺寸，减少窄沟道效
应
2.2
P+、N+有源区间距
3.5
减少寄生效应
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《集成电路设计基础》
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《集成电路设计基础》
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版图几何设计规则
• 有几种方法可以用来描述设计规则。 其中包括：
＊以微米分辨率来规定的微米规则 ＊以特征尺寸为基准的λ规则
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《集成电路设计基础》
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版图几何设计规则
层次
人们把设计过程抽象成若干易 于处理的概念性版图层次，这些层 次代表线路转换成硅芯片时所必需 的掩模图形。
（4）布线层选择。
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《集成电路设计基础》
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布线规则
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5 版图设计及版图验证
版图设计一般包括：
基本元器件版图设计 布局和布线 版图分析与检验
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版图设计及版图验证
版图的构成
版图由多种基本的几何图形所构成。 常见的几何图形有：
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半定制标准单元示意图
抽象图是把版图中与布局布线有关的图 形信息抽出来而删去其他信息所形成的 图形。 其中包括：单元的边界、电源线、地线、 N阱、硅栅、输入/输出的脚（PIN）等以 及其他必要的信息。
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。
集成电路设计的基础研究与应用
集成电路设计的基础研究与应用随着科技的飞速发展，集成电路已经成为现代电子产品的核心。
而在集成电路设计中，基础研究是非常重要的一环。
本文将从基础研究与应用两个方面来探讨集成电路设计的相关问题。
一、集成电路设计的基础研究1.芯片设计工艺芯片设计工艺是集成电路设计的基础，它涵盖了硅片制造、器件物理建模、电路设计、验证等多个环节。
其中，硅片制造技术是芯片设计的重要环节，目前的技术已经相当成熟，最小制造工艺已经达到了7nm，芯片上支持的晶体管数量也越来越多。
另外，近些年来，集成电路设计工艺也发生了一些变化。
比如，先进的工艺已经开始采用三维集成电路技术，将多个芯片层次立体组合在一起实现更大的集成度。
2.电子元器件基础理论电子元器件基础理论是集成电路设计中又一个极其重要的环节。
它主要包括电路图理论、模拟电路基础、数字电路基础和信号处理等方面。
在实际的集成电路设计中，这些理论会被用来验证设计的正确性和性能优化等方面。
3.嵌入式系统设计理论随着物联网和人工智能技术的发展，嵌入式系统作为机器智能的核心也表现出了日益重要的地位。
在嵌入式系统设计中，尤其是在物联网领域，需要设计具有多个特性的处理器，包括低功耗、高集成度、精确控制等。
因此，嵌入式系统设计理论是集成电路设计过程中不可或缺的一部分。
目前，嵌入式系统设计已经取得了很多突破，其中不乏像英特尔和ARM这样的大公司。
二、集成电路设计的应用在基础研究基础上，集成电路也有各种各样的应用场景。
1.科学研究在科学研究领域，集成电路的应用非常重要。
现如今，集成电路已经被广泛应用于物理实验、化学实验、生物实验等领域。
在这些领域，集成电路的设计和制造都起到了重要的作用。
比如，在生物实验中，芯片上的微流控元件可以用来诊断疾病，检测DNA等。
2.通信领域通信领域是集成电路应用最为广泛的领域之一，它主要包括移动通信、固定通信、卫星通信等。
在这些领域中，集成电路的应用非常广泛，包括调制解调器、通信网络、信号处理等。
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。
集成电路的设计基础42页PPT文档
（1）设计步骤：①～⑤（见P153）
（2）设计原则：根据电路和管子参数选择尺寸和图 形，不满足时要再作修改。
（3）常用的几种晶体管图形如下： ① 单基极条图形（适合于高频小功率管） ② 双基极条图形（适合于输出管） ③ 基极和集电极引线孔都是马蹄形结构 ④ 发射极和集电极引线孔是马蹄形结构 ⑤ 梳形结构
• 对同类晶体管 • 对横向PNP晶体管 • 对电阻 • PN结隔离沟接最低电位
– 在以上原则划分下，综合考虑，灵活划分。22Fra bibliotek04.2020
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双极型晶体管版图设计
• 几何对称设计 • 热对称设计 • 图形尺寸选择原则
22.04.2020
《集成电路设计基础》
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几何对称设计
• 模拟电路为避免“失调”（失调电压和 失调电流）产生，在版图设计上采用 “几何对称设计”。
22.04.2020
《集成电路设计基础》
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双极型晶体管版图设计
• 划分隔离区：
– 集成电路里的晶体管、二极管、电阻元件是制作在 同一半导体衬底基片上的，由于它们所处的电位各 不相同，因此必须进行电性能隔离。最后用铝线互 连来构成功能电路。
22.04.2020
《集成电路设计基础》
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隔离区的划分原则
由图可见，当多晶硅穿过有源区时，就形成了
一个管子。在图中当多晶硅穿过N扩散区时，形
成NMOS，当多晶硅穿过P扩散区时，形成PMOS。
表示栅极g
表示栅极g
s
Wd
s
d
d
s
L
表示源极和漏极的
n型扩散区
表示源极和漏极的 p型扩散区
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。
集成电路设计基础Ch(3)
2.1 了解集成电路材料 2.2 半导体基础知识
2.3 PN结与结型二极管
2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理 2.5 MOS晶体管基本结构与工作原理
1
2.1 了解集成电路材料
表2.1 集成电路制造所应用到的材料分类
分类
材料
导 体 铝、金、钨、铜等
半 导 体 硅、锗、砷化镓、磷 化铟等
金属材料
8
• 半导体表面制作了金属层后，根据金属的种类及半导体掺杂浓度的不同， 可形成 肖特基型接触或欧姆接触 – 如果掺杂浓度较低，金属和半导体结合面形成肖特基型接触，构成肖 特基二极管。 – 如果掺杂浓度足够高，以致于隧道效应可以抵消势垒的影响，那么就 形成了欧姆接触(双向低欧姆电阻值)。
• 器件互连材料包括 金属，合金，多晶硅，金属硅化物
3
2.1.1 硅
• 基于硅-FET） P型、N型MOS场效应管 双极 CMOS（BiCMOS）
(Si)
• 价格低廉，占领了90％的 IC市场
4
2.1.2 砷化镓 (GaAs)
• 能工作在超高速超高频，其原因在于这些材料具有更高的载流子迁移率，和 近乎半绝缘的电阻率
10
铝（Al）
n 在Si基VLSI技术中，由于Al几乎可满足金 属连接的所有要求，被广泛用于制作欧姆 接触及导线。
n 随着器件尺寸的日益减小，金属化区域的 宽度也越来越小，故连线电阻越来越高， 其RC常数是限制电路速度的重要因素。
n 要减小连线电阻，采用低电阻率的金属或 合金是一个值得优先考虑的方法。
• GaAs的优点: fT可达150GHz/可制作发光器件/工作在更高的温度/更好的抗辐 射性能
• GaAs IC 的三种有源器件: MESFET, HEMT 和 HBT
集成电路内部构造-概念解析以及定义
集成电路内部构造-概述说明以及解释1.引言1.1 概述集成电路是一种能够将多个电子元件和电路功能集成到一个单一芯片上的技术。
与传统电路相比，集成电路具有体积小、功耗低、速度快等显著优势。
它广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统以及各种电子设备中。
在集成电路内部构造方面，包含了多个基本元件和互连结构。
基本元件可以是传统的电阻、电容、电感等passiv元件，也可以是能够实现逻辑功能的转换器、门电路、触发器等active 元件。
互连结构则是将这些元件连接起来，形成一个完整的电路，实现特定的功能。
随着技术的不断进步，集成电路的内部构造也在不断演进。
从早期的小规模集成电路到现在的超大规模集成电路，集成度不断提高，功能更加强大。
同时，集成电路的制造工艺也在不断改进，如光刻技术、扩散技术等，使得更多的元件能够被集成到一个芯片上。
在今后的发展中，集成电路内部构造将更加注重实现更高的集成度和更复杂的功能。
同时，随着人工智能、物联网等技术的兴起，集成电路内部构造也将面临更多的挑战和机遇。
因此，研究和探索集成电路内部构造的意义和应用，以及展望未来的发展方向，对于推动整个电子产业的发展具有重要的意义。
1.2 文章结构文章结构部分的内容主要是对整篇文章的组织和安排进行介绍，目的是帮助读者更好地了解文章的结构和内容安排。
在本篇文章中，文章结构部分可以包括以下内容：文章的结构主要分为以下几个部分：1. 引言部分：在引言部分，我们将对集成电路内部构造的重要性进行概述，并介绍本文的目的和意义。
2. 正文部分：在正文部分，我们将详细介绍集成电路的定义、分类和组成，包括介绍各类集成电路的特点和应用领域等。
- 2.1 集成电路的定义：在这一部分，我们将阐述集成电路的概念和定义，包括对集成电路内部元器件关系的描述。
- 2.2 集成电路的分类：在这一部分，我们将介绍集成电路的不同分类方法，如按工艺、按功能等分类，并详细介绍每类集成电路的特点和应用。
- 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。
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INV WN=1.2U WP=3U
X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U
CL OUT 0
1PF
VCC VDD 0 5V
VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N)
.TRAN 1N 200N
.measure tran tdelay trig v(in) val=2.5 td=8ns rise=1
vb b 0
B
A1
.dc vb lin 10 0 5
不收敛！应加上
.nodeset v(i)=5v v(out)=0v
I out
37
上面电路的瞬态分析也需要初始化：
... va a 0 5v vb b 0 pulse(0 5 1n 0.1n 0.1n 5n 10n)
.IC v(i)=5v v(out)=0v .tran 0.1n 20ns ...
35
1.初始化
.IC var1=val1 <var2=VAL2>··· 瞬态分析的初始化语句
.NODESET var1=val1 <var2=VAL2>··· 直流分析的初始条件设定语句
进行含有多稳态电路的模拟时往往需要给出初始化条件。
36
初始化问题举例：
含有双稳态的电路
A1 A1
固定A端为1，扫描输出－输入B 的直流特性： va a 0 5v
第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
7.1 采用SPICE的电路设计流程 7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句 7.4 电路特性控制语句 7.5 缓冲驱动器设计实例 7.6 简单跨导放大器设计实例
4
5
第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
第7章 SPICE数模混合仿真程 序的设计流程及方法
1
第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
7.1 采用SPICE的电路设计流程 7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句 7.4 电路特性控制语句 7.5 缓冲驱动器设计实例 7.6 跨导放大器设计实例
2
3
.OPTIONS POST R1 in 1 5 C1 1 0 500pf V1 IN 0 0 AC=10V,37 .AC OCT 10 1 100MEG .noise v(1) v1 20－－分析1点电压的噪声情况，噪声源为V1端口 .END
29
30
31
8
32
33
9.温度分析
与直流或瞬态分析等命令结合使用：例 如对反相器链瞬态特性的温度扫描： …… VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) .TRAN 1N 200N sweep temp 0 125 20 .PRINT V(OUT) .END
.OP
……
.END
24
25
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低通滤波器频率响应举例
.title ac sweep example
.OPTIONS POST R1 in 1 5 C1 1 0 500pF V1 IN 0 0 AC=10V,37 .AC OCT 10 1 100MEG .PRINT ac V(1) .END
例：.option post probe $MetaWaves只观察.probe语 句输出的变量。
39
3
40
计算反相器链电路的延迟时间
.TITLE 1.2UM CMOS INVERTER CHAIN
.INCLUDE "models.sp"
……
X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U
X2 1 2
27
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控制卡——噪声分析
噪声分析：
用来计算各个器件的噪声对输出节点的影响并给出其均方根并输出，可 完成.AC语句规定的各频率的计算，应在.AC分析之后。
.NOISE ovv srcnam inter Ovv－输出变量，srcnam－输入源，inter－频率间隔 例：.title ac sweep example
曲线如右： .TEMP t1 <t2 <t3 ...>>：会产生一系 列的瞬态分析文件：tr0,tr1...,在 metawave中对应不同的分析。
34Βιβλιοθήκη 第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
7.1 采用SPICE的电路设计流程 7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句 7.4 电路特性控制语句 7.5 缓冲驱动器设计实例 7.6 跨导放大器设计实例
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2.重置参数--.OPTIONS
.OPTIONS:
该语句允许用户重新设置程序的参数或控制程序的 功能。常用的一些如下： node: 列出个节点的元件端点，便于查错； post: 使输出数据可以使用 MetaWaves 浏览（即 将数据输出到post processor） list: 列出元件列表； MEASDGT：.MEASURE语句输出的有效数字位数
6.1 采用SPICE的电路设计流程 6.2 电路元件的SPICE输入语句格式 6.3 电路特性分析语句 6.4 电路特性控制语句 6.5 缓冲驱动器设计实例 6.6 跨导放大器设计实例
6
7
8
9
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13
14
15
16
17
18
19
20
第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
.SUBCKT INV IN OUT wn=1.2u wp=1.2u
……
.ENDS
X1
IN 1
INV WN=1.2U WP=3U
X2
1
2
INV WN=1.2U WP=3U
X3
2
OUT INV WN=1.2U WP=3U
CL
OUT 0
1PF
VCC VDD 0 5V
VIN
IN 0
.DC VIN0 5V 0.1V
7.1 采用SPICE的电路设计流程 7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句 7.4 电路特性控制语句 7.5 缓冲驱动器设计实例 7.6 跨导放大器设计实例
21
7.3 电路特性分析语句
22
23
直流分析举例
例：分析反相器链的直流传输特性和工作点
……
.global vdd
+
targ v(out) val=2.5 td=9n fall=1
.END
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第7章 SPICE数模混合仿真程序的 设计流程及方法
7.1 采用SPICE的电路设计流程 7.2 电路元件的SPICE输入语句格式 7.3 电路特性分析语句 7.4 电路特性控制语句 7.5 缓冲驱动器设计实例 7.6 跨导放大器设计实例