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数字专用集成电路设计 2011年9月 主要内容 绪论 CMOS集成电路工艺与版图 FPGA原理 Actel生产的FPGA 设计基础 基于RAM型FPGA CPLD的基本原理与结构 主要内容 ASIC设计基础 同步设计方法 接口电路与存贮器 ----设计方法部分 VHDL语言简介 ASIC设计实例 ASIC测试与可测性设计 -----测试部分 ASIC的设计工具 -----设计实现部分 本课程与其他课程的区别与联系 基础课程 数字电路设计 与集成电路设计课区别与联系 偏重系统设计 课程的实施办法 课堂讲授 上机实验 考核方法：70%笔试，大作业30% 第一章 绪 论 第一节???????????? 什么是ASIC？ 第二节???????????? ASIC的分类 第三节???????????? ASIC的设计方法 第四节???????????? ASIC的设计层次 第五节 ASIC的设计流程 第一节 什么是ASIC？ 一、微电子技术及集成电路的发展史 1、集成度 晶体管：1949年出现 门电路：1956年出现。 SSI集成电路：1960年出现，指集成度〈100门/芯片的集成电路。 MSI集成电路：1966年出现，指集成度在100门~1000门/芯片的集 成电路。 LSI集成电路：1970年出现，指集成度在1000门~10000门/芯片的集成电路。 VLSI集成电路：1975年出现，指集成度在10000门~100000/芯片的集成电路。 ULSI 集成电路（ultralarge scale integration ）：1M–10M门/芯片。 1971年Intel 公司的4004芯片只有2300 个晶体管，现在PIII 芯片的集成度为9.5 million transistors, P4具有42 million transistors。 第一节 什么是ASIC？ 2、工作速度 集成电路的工作频率每两年翻一翻，下图表示INTEL CPU 工作频率随时间增长情况。 ? ? 3、制造工艺 l??? 特征尺寸（feature size） 所谓特征尺寸是指器件中最小线条宽度，对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟通几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸，也是设计中采用的最小设计尺寸单位（设计规则），常常作为技术水平的标志。 缩小特征尺寸从而提高集成度是提高产品性能/价格比最有效手段之一。只有特征尺寸缩小了，在同等集成度的条件下，芯片面积才可以做得更小，同等直径的大圆盘产出量才可以提高。当然，加大大圆盘的直径，同样也可以提高产出量，而集成度的提高不仅可以提高产出量，而且可以使产品的速度、可靠性都得到提高，相应地成本可以降低。目前最高水平的几何尺寸为0.045μm(45nm) ，不久将出现特征尺寸为0.032μm(32nm)的生产工艺。 大圆盘直径（Wafer size） 大圆盘的直径决定了每个大圆盘上可生产的集成电路管芯的数目，大圆盘直径越大，每个大圆盘上可生产的集成电路管芯越多，每个芯片的生产成本就会越低，所以随着集成电路工艺水平的不断提高，大圆盘的直径也在不断地增加，从4 inch增加到现在的12 inch(300mm)。 金属层层数（Number of wiring levels） 金属层用来连接芯片中的基本单元电路，金属层越多，器件的集成度越高。集成电路的金属层已从最早的一层金属布线发展到现在的6层金属布线，不久可能会出现8层金属布线。 管芯面积（Die Size） 管芯面积一般指芯片在大圆盘上所占的表面面积。通常是用mm2为单位来衡量的。芯片管芯面积越小，则每个大圆盘制造出的芯片就越多。管芯面积与电路的复杂程度、制造工艺及电路设计有关。 铝连接技术与铜连接技术 以前的集成电路的金属连线一般采用铝连接技术，由于铜比铝的导电性能更好，所以新技术采用铜连接技术（copper interconnects）。 供电电压（Supply voltage） 芯片的供电电压越来越低，现在管芯电压已达到1.5V以下 目前芯片制造业发展的三大趋势：采用更大尺寸的大圆片（硅晶片）；采用铜互连技术替代铝互连技