VLSI电路与系统教程.ppt

VLSI电路与系统;教材及教学参考;第一章 概论;系统设计师(VLSI的用户)掌握了CAD工具的必要部分之后，可以在逻辑级以上的层次独立设计，以充分发挥他的知识优势和设计风格。 ;全新的集成电路生产和市场经营观念 ;大企业已不再可能简单地凭借以雄厚财力为基础的大规模生产垄断IC市场。许多有志于涉足IC的小公司凭借智力的优势在短期内也可以为自己开辟出收益颇丰的园地。 ;集成电路已是各类电子系统发展的基础技术 ;日用电子技术和产品 军事和航天技术的发展对集成电路提出子更为苛刻和更为迫切的要求 在为提高人们健康水平的医疗保健技术领域内，也愈来愈多地使用了各种医用电子设备和集成电路产品。 娱乐消费类产品。;1.2 集成电路的分类 ;按用途分类--数字集成电路 ;在正常的电压工作范围内，电压的幅度是被量化了的：某一电压范围代表二进制状态中的一个状态，另一电压??围则代表了另一个状态。这两个范围之何的不确定范围应尽可能小，这将使电路完全工作在非线性状态，如下图所示。 ;按用途分类--模拟集成电路 ;模拟集成电路中的各种集成化的高、低、中频放大器、差分放大器和运算放大器等属于线性集成电路。 模拟集成电路中的各种混频器，振荡器、非线性放大器，整流、检波和函数变换的集成电路则属于非线性集成电路。 ;按用途分类--数模混合集成电路 ;在这些领域内的电子系统或电子设备中同时兼有数字电路、模拟电路，模-数(A／D)转换电路和数-模(D／A)转换电路。 在同一芯片上含有这些电路的集成电路产品通常称为数模混合集成电路。 ;按集成度分类 ;每片有5,000个门或100,000个元件以上的集成电路则称为超大规模集成电路(VLSI)。 每个逻辑门是指一个等价二输入与非/或非门 ;按适用性分类--标准通用集成电路和专用集成电路。 ;VLSI设计技术取得突破有三方面的基础;向集成系统发展； 通用电路向专用电路发展； 设计、制造、测试等方面的自动化程度愈来愈高 高速度、高频率、大功率、低功耗、耐压高的集成电路产品亦在不断研究发展之中。 ;集成电路的设计过程 ：自上而下 ;;集成电路的设计过程 ：自下而上;芯片开发设计的5个阶段 ;在系统设计阶段，系统设计者要提出系统的总体指标，其中包括关键功能、子系统划分、各子系统功能特点以及重要的端口特性、功率消耗、封装要求以及主要的接口要求。 既然是在系统总体规划阶段进行设计，只宜对关键特性指标作出具体规定，其余细节部分不作苛求，以利后面设计阶段有较大的回旋余地。 ;进行逻辑设计和基本单元电路形式的选定。 选择制造厂商，决定采用什么工艺形式(双极、MOS)和运用什么样的设计手段(全定制、门阵列，宏单元或标准单元)。 对设计结果进行优化。对优化结果再进行逻辑模拟和时序验证，以保证逻辑系统正确。 要考虑测试方法或测试模式。 表1-4列出了在此设计阶段用户和厂商所要从事的工作和协调关系。 ;在电路设计阶段，要将上面各步的设计内容都具体化。 决定引出脚排列、封装形式 逻辑门的具体结构和数量、芯片面积、功率消耗、供电方式(单电源、双电源以及电源数值)。 输出功率、竞争条件、噪声余度、主信号通道也都是本阶段设计所要考虑的问题。 表1-5列出了这—设计阶段的主要任务 ;CAD设计过程：需要用到逻辑模拟、故障模拟、电路模拟等许多软件程序 需要单元库或各种标准单元，布局布线软件和产生版图的软件和接口设备。所有这些软件程序和接口设备都必须和选定的制造厂商协调一致，以保证通过CAD设计的结果可以投制样片 设计师可以到集成电路制造商的汁算中心去进行设计，也可以在用户自己的计算机系统或工作站上从事集成电路设计，但是这些计算机系统或工作站的软件必须与制造商协调一致。 ;CAD设计阶段的最终结果是记录在软磁盘或磁带上的一系列数据。 集成电路制造商根据这些数据就能制出一套掩模，用于选定的工艺线试制出电路样片。 制造商再根据用户提供的测试规范对样片进行检测并将结果通告用户。 用户在收到样片测试报告后，将硬件测试结果与原系统总体设计指标相比较，如果符合要求，就可准予批量投产。若样片结果不能令人满意则需要仔细检查问题出在哪里，如果原设计过程中有误，就得对原设计有关部分进行修改或全部重新设计。 表1—7列出了样片或产品制造阶段的任务 ;;工艺选择-- VLSI中常见工艺特点;全定制设计方法 ;全定制这种设计方法，一般也是利用标准单元或单元库进行设计。 这些单元的布置相连线都要用人工布置得尽可能紧凑，所以这种设计过程要花费大量的人力物力和时间。 检验和改正设计错误也是非常艰巨的工作。 ;全定制设计的产品必须有非常大的产量才能使每块芯片成本下降。通用的微处理器芯片等都是以全定制设计方法设计制造的。这是因为制造厂商在设计初期就预测到这些微处理器芯片需求量