微电子第六章 集成电路计算机辅助设计.ppt

第六章 集成电路计算机辅助设计 6.1 计算机辅助设计的基本概念 6.2 电路和系统的设计描述 6.3 电路模拟 6.4 计算机辅助版图设计 6.5 工艺模拟和器件模拟 6.6数字集成电路和系统的CAD 6.7 模拟集成电路的CAD 6.8 统计模拟和优化设计 第六章 集成电路计算机辅助设计 本章介绍集成电路计算机辅助设计(ICCAD)的基本概念、CAD系统的构成及主要CAD软件的基本工作原理，并具体介绍几种可在微机系统上运行的ICCAD软件的功能和使用实例。最后讨论模拟集成电路设计中采CAD技术的有关问题，并说明集成电路版图数据通用格式CIF的具体现定。 6.1.1 计算机辅助设计（CAD)和设计自动化(DA) 集成电路设计包括电路设计和版图设计两方面的工作。 在集成电路发展初期．集成电路的全部设计工作都是由人工直接进行的。但是，到20世纪70年代，随着集成电路发展到大规模(LSI)阶段，由人工完成全部设计任务已经很困难甚至不可能了，因此在集成电路设计中引入了计算机术。在开始阶段，主要利用计算机进行设计验证、图形处理和数据处理等方面的工作。随着计算机技术的发展，目前在集成电路设计的各方面均不同程度地采用了计算机技术。 6.1.1 计算机辅助设计（CAD)和设计自动化(DA) 1 设计自动化[DA] 如果计算机能根据集成电路的设计指标要求，自动完成电路设计和版图设计任务，就称之为设计自动化(Design Automation)。 2 计算机辅助设计[CAD] 目前在集成电路的设计领域内，只对个别的情况，例如采用可编程逻辑阵列 (PLA)结构实现的集成电路，做到了设计自动化。大部分集成电路设计中，要由 “人”为主导，同时需借助于计算机帮助入工迅速而准确地完成设计任务。 6.1.2 CAD技术的优点 (a)减轻人工劳动，缩短设计周期：在集成电路版图设计中要绘制、修改版图并要处理大量数据。 (b)保证设计的正确性：用手工方法绘版图和统计坐标数据时，在几十万甚至几百万个矩形图形和坐标数据中山现个别错误几乎是不可避免的。 (c)提高设计质量、节省设计费用：采用CAD技术可以不必经过投片，而在线路设计阶段可对不同方案进行计算机模拟分析，选取出较好的方案，并进而对择优选用的电路进行灵敏度分桥、容差分析和中心值优化设计，在提高设计质量的同时又节省了研制费用。 6.1.2 CAD技术的优点 (d)是VLSI设计中不可缺少的工具：随着集成电路发展到VLSI阶段，离开CAD技术就无法完成设计任务。以内部规则性最强的存储器电路为例，16Mb的RAM电路含有约4500万个晶体管。显然，不用CAD技术面完全靠人根本无法完成VLSI的设计。 (e)促进集成化技术的普及：在使集成电路的设计工作跳出半导体专业人员的范围，为广大线路工作者都能掌握的进程中， CAD技术起了关键作用。 6.1.3 集成电路正向CAD过程 6.1.3 集成电路正向CAD过程 1 电路设计 “电路设计”一般包括4方面工作。 (a)系统设计：根据用户对电路功能和性能指标的要求，确定总体设计方案．给出框图，并进而将总体要求分解为对每一组成部分的功能和性能指标要求。 (b)逻辑设计；对数字系统，完成系统设计后，需要确定出总体设计方案中每一部分的具体逻辑组成。如果某些部分是一些具有某种逻辑功能的“标推”功能块，这些部分就无需重新设计，可直接调用已有结果。 (c)线路设计：确定每一逻辑单元的具体线路组成。包括设计线路的拓扑结构和线路中各元器件参数值，也可以直接调用已有的“标推”单元线路。对模拟集成电路，总体设计完成后就直接近行每一部分的线路设计。 (d)设计校验：一般情况下，出于多种因素的影响，由人工进行的上述三个层次设计很难做到完全正确和满足要求。为此，需要采用计算机进行模拟分析。检验设计出的电路是否具有预定的功能，特性参数是否满足指标要求。根据模拟对象的不同，设计校验分为逻辑模拟和电路模拟两种类型。 6.1.3 集成电路正向CAD过程 2 版图设计 包括下述三方面工作。 (1)版图生成 对数字电路，目前已有不少版图白动设计软件。但是对模拟集成电路，基本还要依靠手工设计，即调用版图设计软件中的版图绘制模块，由设计人员以人机交互方式完成版图的绘制。 (2)版图校验 为了保证生成的版图“正确无误”，一般需要进行下述3方面校验工作。 (a)设计规则校验(DRC：Design Rules check)：检查版图几何尺寸是否违背生产工艺要求； (b)电学规则检验(ERC：Electric Rules check)：检查版图连接关系是否违背常规电学准则； (c)版图与电路连接一致性(LVS：Laoyout Verse Schem