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1、2012-11-101第六章集成电路设计的EDA系统本章主要内容本章主要内容高级层描述及模拟高级层描述及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟工艺模拟工艺模拟器件模拟器件模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具6.1 集成电路设计的集成电路设计的EDA系统概述系统概述EDA系统简介系统简介EDAEDA：电子设计自动化电子设计自动化EDAEDA系统是指以计算机为工作平台系统是指以计算机为工作平台，融合融合应用电子技术应用电子技术、计算机技术计算机技术、智能化技术智能化技术最新成果而研制成的电子最新成果而研制成的电子CAD(CAD(计算机辅计算机辅助设计助设计)通用软件包通用软件包，主要
2、能辅助进行三主要能辅助进行三方面的设计工作方面的设计工作，即即ICIC设计设计、电子电路设电子电路设计计和和PCB(PCB(印刷电路板印刷电路板)设计设计。EDA系统的发展历程系统的发展历程第一代第一代CADCAD系统：系统：2020世纪世纪6060-8080年代年代，主要主要用于用于版图编辑和设计规则检查版图编辑和设计规则检查；第二代第二代CADCAD阶段：阶段：8080-9090年代年代，主要用于主要用于原原理图输入理图输入、模拟仿真模拟仿真和和版图编辑与验证版图编辑与验证；第三代第三代CADCAD阶段：阶段：9090年代以后年代以后，主要用于主要用于复杂电路设计复杂电路设计、可编程器件设
3、计可编程器件设计；目前目前，EDAEDA系统正向第四代推进系统正向第四代推进，使集成使集成电路设计可以在电路设计可以在更高层级展开更高层级展开。EDA技术技术以以大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件为设计载体为设计载体，以以硬硬件描述语言件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式为系统逻辑描述的主要表达方式，以以计算机计算机、大规模可编程器件的大规模可编程器件的开发软件开发软件及实验开发系统及实验开发系统为设计工具为设计工具，自动完成自动完成用软用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译译、逻辑化简逻辑化简、逻辑分割逻辑分割、逻辑综合及优化逻辑综合及优化
4、、布局布线布局布线、逻辑仿真逻辑仿真，直至完成对于特定直至完成对于特定目标芯片的适配编译目标芯片的适配编译、逻辑映射逻辑映射、编程下载编程下载等工作等工作，最终形成集成电子系统或专用集成最终形成集成电子系统或专用集成芯片芯片的一门多学科融合的新技术的一门多学科融合的新技术。2012-11-102目前目前EDA系统的作用系统的作用设计信息输入：设计信息输入：语言输入编辑工具语言输入编辑工具高层级描述的图形输入工具：高层级描述的图形输入工具：VHDLVHDL功能图功能图输入、逻辑图输入、逻辑图/电路图输入、版图输入电路图输入、版图输入设计实现：综合器设计实现：综合器设计验证：验证系统设计验证：验证
5、系统/电路符合功能电路符合功能/性能性能要求及设计规则要求要求及设计规则要求模拟器进行模拟（仿真）分析模拟器进行模拟（仿真）分析设计规则的检查设计规则的检查6.2 高级层描述与模拟高级层描述与模拟硬件语言的诞生硬件语言的诞生随着集成电路规模的增大和复杂度的提随着集成电路规模的增大和复杂度的提高，直接把总体结构用逻辑图和布尔方高，直接把总体结构用逻辑图和布尔方程在逻辑级上进行硬件描述显得过于复程在逻辑级上进行硬件描述显得过于复杂，因此需要在更高层次上对系统进行杂，因此需要在更高层次上对系统进行描述。因此逐渐出现了多种硬件描述语描述。因此逐渐出现了多种硬件描述语言。言。目前主要的两种硬件描述语言：
6、目前主要的两种硬件描述语言：VHDLVHDL和和VerilogVerilogVHDL语言语言19871987年底年底，VHDLVHDL被被IEEEIEEE(美国电子与电气协美国电子与电气协会会)和美国国防部确认为和美国国防部确认为标准硬件描述语言标准硬件描述语言。用来描述硬件电路用来描述硬件电路，可以抽象地表示电路的可以抽象地表示电路的行为和结构行为和结构（完成什么功能完成什么功能，怎样组成怎样组成）。作用作用：在集成电路设计过程中：在集成电路设计过程中，支持从系统支持从系统级到门和器件级的电路描述级到门和器件级的电路描述，并具有在不同并具有在不同设计层次上的模拟验证机制设计层次上的模拟验证机
7、制。也可作为综合也可作为综合软件的输入语言软件的输入语言，支持电路描述由高层向低支持电路描述由高层向低层的转换层的转换。VHDL语言的基本结构语言的基本结构VHDLVHDL的基本结构：设计实体和结构体的基本结构：设计实体和结构体设计实体设计实体用于实体命名以及实体与外部环境的接口描述用于实体命名以及实体与外部环境的接口描述，不涉及其内部行为及结构。，不涉及其内部行为及结构。一个硬件单元在一个硬件单元在VHDLVHDL中看作一个设计实体。中看作一个设计实体。结构体结构体(实体的功能描述实体的功能描述)用来建立实体输入与输出之间的关系，给出设用来建立实体输入与输出之间的关系，给出设计实体的结构和行
8、为。计实体的结构和行为。一个设计实体可以有很多结构体，代表实体的一个设计实体可以有很多结构体，代表实体的不同实现方案。不同实现方案。结构体的功能描述结构体的功能描述行为描述行为描述：表示输入和输出之间转换的行：表示输入和输出之间转换的行为为(信号的变化信号的变化、组合和传播组合和传播)，进程是行进程是行为描述的基本单元为描述的基本单元，进程之间是并行的进程之间是并行的，进程内部是顺序执行的进程内部是顺序执行的。结构描述结构描述：表示部件及其相互间的连接关：表示部件及其相互间的连接关系系。数据流描述数据流描述：在行为表示的同时：在行为表示的同时，也表示也表示了进程间的通信了进程间的通信，隐含了结
9、构的表示隐含了结构的表示。2012-11-103VHDL语言的组成语言的组成VHDL语言描述举例语言描述举例例：例：2 2选选1 1选择器的选择器的VHDLVHDL描述描述Verilog语言语言VerilogVerilog硬件描述语言是硬件描述语言是GatewayGateway在在19831983年到年到19841984年设计实现的年设计实现的。19891989年年CadenceCadence收购了收购了GatewayGateway后后，于于19901990年将这种语言公布年将这种语言公布。VerilogVerilog描述的基本单元是描述的基本单元是模块模块，将电路实际将电路实际上描述成一组模
10、块及其连接上描述成一组模块及其连接，每个模块具有每个模块具有一个名称一个名称、一组命名端口组成的接口一组命名端口组成的接口、一组一组局部网络和寄存器以及一个实体局部网络和寄存器以及一个实体。与与VHDLVHDL相比相比，语言比较自由语言比较自由，容易出错容易出错，VHDLVHDL更适合系统级更适合系统级,算法级等高层级描述算法级等高层级描述。6.3 综合综合综合综合基本概念基本概念综合是通过附加一定的约束条件，从设计的综合是通过附加一定的约束条件，从设计的高层次向低层次转换的过程高层次向低层次转换的过程，是一种自动设，是一种自动设计的过程。计的过程。分类分类(根据转换的设计层次不同根据转换的设
11、计层次不同)高级综合：从算法级到寄存器传输级高级综合：从算法级到寄存器传输级逻辑综合：从寄存器传输级到逻辑级逻辑综合：从寄存器传输级到逻辑级高级综合高级综合基本概念基本概念将将算法级算法级描述转换为描述转换为寄存器传输级寄存器传输级结构描述。结构描述。核心核心调度调度：将数据流图中的操作赋给各控制步，确：将数据流图中的操作赋给各控制步，确定相应的时序。定相应的时序。分配分配：确定相应的寄存器传输级单元来实现各：确定相应的寄存器传输级单元来实现各种操作，产生相应的数据通道，也就是将数据种操作，产生相应的数据通道，也就是将数据处理、存储以及传输等行为与元件对应起来。处理、存储以及传输等行为与元件对
12、应起来。2012-11-104逻辑综合逻辑综合基本概念基本概念通过逻辑综合器结合单元库，将寄存器传输通过逻辑综合器结合单元库，将寄存器传输级转换成逻辑级描述。级转换成逻辑级描述。输入输入逻辑设计描述逻辑设计描述输出输出逻辑网表或逻辑图逻辑网表或逻辑图逻辑综合的过程逻辑综合的过程向逻辑综合器向逻辑综合器输入输入HDLHDL描述描述；综合器进行分析编译形成一种综合器进行分析编译形成一种逻辑结构逻辑结构(该结构由逻辑单元组成该结构由逻辑单元组成)；逻辑优化逻辑优化(降低面积，提高速度降低面积，提高速度)；逻辑逻辑工艺映射工艺映射(映射到一个与特定工艺相映射到一个与特定工艺相关的目标单元库关的目标单元
13、库)；生成生成逻辑网表逻辑网表。综合的特点综合的特点综合具有综合具有多值性多值性，相同的功能可以由多种，相同的功能可以由多种不同的逻辑网表实现，出现“不同的逻辑网表实现，出现“一对多一对多”的”的情况。情况。优化是综合技术的关键优化是综合技术的关键。6.4 逻辑模拟逻辑模拟逻辑模拟的基本概念逻辑模拟的基本概念根据给出的逻辑电路结构拓扑关系及电路根据给出的逻辑电路结构拓扑关系及电路内各单元的功能和延迟特性，由内各单元的功能和延迟特性，由计算机模计算机模拟分析整个逻辑电路的功能和特性拟分析整个逻辑电路的功能和特性。将逻辑图、直接用硬件语言描述的系统、将逻辑图、直接用硬件语言描述的系统、由逻辑综合得
14、到的门级逻辑描述，输入到由逻辑综合得到的门级逻辑描述，输入到计算机，计算机，用软件方法形成硬件模型用软件方法形成硬件模型，给定，给定输入激励波形，利用模型算出各节点和输输入激励波形，利用模型算出各节点和输出端的波形，并判断正确性。出端的波形，并判断正确性。逻辑模拟的作用逻辑模拟的作用校验校验人工设计好的逻辑电路是否满足预定人工设计好的逻辑电路是否满足预定要求要求，以便尽早检测出逻辑设计中可能出以便尽早检测出逻辑设计中可能出现的逻辑错误和定时错误；现的逻辑错误和定时错误；进行进行故障模拟故障模拟，产生故障诊断的测试码产生故障诊断的测试码，以便进行计算辅助测试以便进行计算辅助测试。2012-11-
15、105逻辑模拟需要解决的六个问题逻辑模拟需要解决的六个问题逻辑单元模型的建立逻辑单元模型的建立时间延迟的处理时间延迟的处理信号值的处理信号值的处理信号强度信号强度模拟算法模拟算法逻辑模拟程序与用户间的接口逻辑模拟程序与用户间的接口逻辑单元模型的建立逻辑单元模型的建立在逻辑模拟中不需要详细了解每个元器件工在逻辑模拟中不需要详细了解每个元器件工作的细节作的细节，为了节省模拟时间为了节省模拟时间，根据模拟对根据模拟对象的不同象的不同，可可将不同类型的逻辑功能块作为将不同类型的逻辑功能块作为基本单元基本单元。按规模大小分为三级按规模大小分为三级。门级模型门级模型：门电路：门电路、触发器作为单元模型；触
16、发器作为单元模型；功能块级模型功能块级模型：加法器：加法器、计数器等作为单元计数器等作为单元模型；模型；寄存器级模型寄存器级模型：以寄存器作为单元模型：以寄存器作为单元模型。时间延迟处理时间延迟处理时间延迟的处理方式有两种：时间延迟的处理方式有两种：零延迟和指定零延迟和指定延迟延迟。零延迟：零延迟：假定所有逻辑单元的延迟时间均为假定所有逻辑单元的延迟时间均为零零。适用条件是只要求检查逻辑关系是否正适用条件是只要求检查逻辑关系是否正确确。指定延迟：指定延迟：对不同的逻辑元件或不同的元件对不同的逻辑元件或不同的元件类型分别指定不同的延迟时间类型分别指定不同的延迟时间。这种情况模这种情况模拟结果比较
17、接近实际拟结果比较接近实际。信号值的处理信号值的处理二值逻辑二值逻辑：信号可以看作只有高电平和低电：信号可以看作只有高电平和低电平两种状态平两种状态，即即信号值信号值1 1和和0 0；三值逻辑三值逻辑：如考虑到实际情况：如考虑到实际情况，需要引入第需要引入第三个逻辑状态三个逻辑状态 表示不定状态表示不定状态，即即信号值信号值1 1、0 0和和。多值逻辑多值逻辑：若将波形值进一步细分：若将波形值进一步细分，并使每并使每一部分对应一个定值一部分对应一个定值，就需要就需要多值表示多值表示。三值逻辑三值逻辑三值逻辑三值逻辑0 0，1 1，(表示不定态，如记忆元件等未指定表示不定态，如记忆元件等未指定的
18、初始态、不可预测的振荡态、无关态等的初始态、不可预测的振荡态、无关态等)三值逻辑真值表三值逻辑真值表与与 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 信号强度信号强度在分子逻辑电路中的“传输门”以及“线与在分子逻辑电路中的“传输门”以及“线与”、“线或”、“线连”逻辑时，需要考虑”、“线或”、“线连”逻辑时，需要考虑作用于作用于同一节点处的不同逻辑信号的强度同一节点处的不同逻辑信号的强度。从强到弱的顺序，逻辑模拟程序中将信号强从强到弱的顺序，逻辑模拟程序中将信号强度分为度分为驱动级驱动级、电阻级电阻级、高阻级高阻级。2012-11-1066.5 电路模拟电路模拟电路设计电路设计电路设计是指根据电路
19、所要求的性能电路设计是指根据电路所要求的性能（包括包括直流特性直流特性、交流特性和瞬态特性交流特性和瞬态特性）确定电路确定电路结构和元件参数结构和元件参数。目前没有自动电路设计软件目前没有自动电路设计软件，在电路设计方在电路设计方面的面的EDAEDA工具主要都是电路模拟软件工具主要都是电路模拟软件，设计设计人员根据电路性能要求人员根据电路性能要求，初步确定电路结构初步确定电路结构和元件参数和元件参数，利用电路模拟软件进行模拟分利用电路模拟软件进行模拟分析析、判断修改判断修改、优化参数优化参数。电路模拟电路模拟根据电路的拓扑结构和元件参数根据电路的拓扑结构和元件参数将电路问将电路问题转换成适当的
20、数学方程并求解题转换成适当的数学方程并求解，根据计根据计算结果检验电路设计的正确性算结果检验电路设计的正确性。特点：不需实际元件特点：不需实际元件、可进行各种模拟可进行各种模拟甚甚至破坏性模拟至破坏性模拟SPICE电路模拟软件电路模拟软件SPICESPICE程序程序是目前最具代表性是目前最具代表性、应用范围应用范围最广的电路模拟软件最广的电路模拟软件。可分析的元件可分析的元件：电阻：电阻、电容电容、电感电感、互互感感、独立电流源独立电流源、电压源电压源、传输线传输线、四四种类型的受控源种类型的受控源(电压或电流控制型电流电压或电流控制型电流源源、电压或电流控制型电压源电压或电流控制型电压源)、
21、四种通四种通用半导体器件用半导体器件（二极管二极管、双极晶体管双极晶体管、结型场效应管结型场效应管、MOSMOS场效应管场效应管）等等。SPICE的分析功能的分析功能直流分析直流分析：求解电路直流转移特性：求解电路直流转移特性。在输入端加扫在输入端加扫描电压或电流描电压或电流，求输出其他节点求输出其他节点（元件连接处元件连接处）的的电压或支路电流电压或支路电流。交流分析交流分析：通常以频率为变量：通常以频率为变量，在不同的频率上求在不同的频率上求出稳态下输出端和其他节点的电压或支路电流的幅出稳态下输出端和其他节点的电压或支路电流的幅值和相位值和相位。还可以进行噪声分析和失真分析还可以进行噪声分
22、析和失真分析。瞬态分析瞬态分析：以时间为变量：以时间为变量，在输入端加入随时间变在输入端加入随时间变化的信号化的信号，计算输出端和其节点电压或支路电流的计算输出端和其节点电压或支路电流的瞬态值瞬态值。温度特性分析温度特性分析：不同温度下进行上述分析：不同温度下进行上述分析，通过比通过比较求出电路的温度特性较求出电路的温度特性。电路模拟程序的基本结构电路模拟程序的基本结构程序主要包括五部分：程序主要包括五部分：输入处理输入处理、元器件模型处元器件模型处理理、建立电路方程建立电路方程、方程求解方程求解和和结果输出结果输出2012-11-107电路模拟程序每部分的作用电路模拟程序每部分的作用输入处理
23、输入处理：主要完成对输入文件进行编译主要完成对输入文件进行编译，词词法语法检查法语法检查、存储输入数据存储输入数据、其他其他（元件预处理元件预处理等等）。元器件模型处理元器件模型处理：用数学公式描述器件的电用数学公式描述器件的电流电压特性流电压特性、以及与物理参数和工艺参数的关系以及与物理参数和工艺参数的关系。（主要是非线性元件的模型：如主要是非线性元件的模型：如MOSMOS、双极双极性晶体管性晶体管、二极管等二极管等。）电路模拟程序每部分的作用电路模拟程序每部分的作用建立电路方程建立电路方程：电路模拟软件能够根据电路电路模拟软件能够根据电路结构结构、元件参数和分析要求自动建立相应的电元件参数
24、和分析要求自动建立相应的电路方程；建立方程依据的基本原理是欧姆定律路方程；建立方程依据的基本原理是欧姆定律和基尔霍夫定律和基尔霍夫定律。方程数值解法方程数值解法：线性代数方程组解法线性代数方程组解法、非线非线性方程组解法性方程组解法、常微分方程组解法常微分方程组解法。输出处理输出处理：可以根据用户要求选择输出内容可以根据用户要求选择输出内容（直流特性直流特性、瞬态响应瞬态响应、传输特性及灵敏度分析传输特性及灵敏度分析等等等等）和输出方式和输出方式（表格和曲线表格和曲线）。6.6 工艺模拟工艺模拟工艺模拟工艺模拟为了获得性能好为了获得性能好、可靠性高的集成电路可靠性高的集成电路，需要需要选选择合
25、理的工艺过程和优化的工艺条件择合理的工艺过程和优化的工艺条件。如果利用如果利用实验流片来确定工艺参数实验流片来确定工艺参数，周期长周期长、成本高成本高，为为此选择工艺模拟来改善这一问题此选择工艺模拟来改善这一问题。工艺模拟就是在深入探讨各工艺过程物理机制的工艺模拟就是在深入探讨各工艺过程物理机制的基础上基础上，对工艺过程建立数学模型对工艺过程建立数学模型，在某些已知在某些已知工艺参数的情况下工艺参数的情况下，对工艺过程进行数值求解对工艺过程进行数值求解，计算经过该工序后的计算经过该工序后的杂质浓度分布杂质浓度分布、结构特性变结构特性变化化(厚度和宽度变化厚度和宽度变化)或或应力变化应力变化(氧
26、化氧化、薄膜淀积薄膜淀积、热过程等引起热过程等引起)。工艺模拟的作用工艺模拟的作用优化优化工艺流程、工艺条件；工艺流程、工艺条件；预测预测工艺参数变化对工艺结果的影响；工艺参数变化对工艺结果的影响；有利于有利于缩短缩短工艺开发周期，工艺开发周期，提高提高工艺成工艺成品率。品率。工艺模拟的基本内容工艺模拟的基本内容可处理的工艺过程可处理的工艺过程高温处理过程高温处理过程：氧化：氧化、扩散扩散、外延外延、预淀积等预淀积等非高温处理过程非高温处理过程：离子注入：离子注入、低温淀积低温淀积、光刻光刻、腐蚀等腐蚀等可处理的材料可处理的材料单晶硅单晶硅、多晶硅多晶硅、二氧化硅二氧化硅、氮化硅氮化硅、氮化氧
27、氮化氧硅硅、钛及钛硅化物钛及钛硅化物、钨及钨硅化物钨及钨硅化物、光刻胶光刻胶、铝以及用户自定义的其他材料等铝以及用户自定义的其他材料等。可掺杂的杂质可掺杂的杂质硼硼、磷磷、砷砷、锑锑、镓镓、铟铟、铝铝2012-11-108工艺模型工艺模型工艺模型就是用工艺模型就是用数学方法表示的工艺过数学方法表示的工艺过程程,不同的工艺过程有相应的工艺模型。不同的工艺过程有相应的工艺模型。工艺模型是工艺模拟的关键工艺模型是工艺模拟的关键，直接影响，直接影响到模拟的精度和准确性。到模拟的精度和准确性。目前很多模型都是目前很多模型都是经验公式经验公式。工艺模拟软件工艺模拟软件目前较通用的工艺模拟软件主要有：目前较
28、通用的工艺模拟软件主要有：SUPREMSUPREM、DIOSDIOS等等，其中其中SUPREMSUPREM-、限于一维分析限于一维分析，SUPREMSUPREM-可以进可以进行二维分析行二维分析。6.7 器件模拟器件模拟器件模拟器件模拟集成电路几乎全部是由晶体管组成的集成电路几乎全部是由晶体管组成的，器件的器件的性能对电路性能有直接影响性能对电路性能有直接影响。目前还不能根据目前还不能根据器件的电学特性和工艺水平自动设计出器件结器件的电学特性和工艺水平自动设计出器件结构和参数构和参数，只能进行模拟分析只能进行模拟分析，通过调试参数通过调试参数来实现性能要求来实现性能要求。器件模拟是指在给定器件
29、结构和掺杂分布的情器件模拟是指在给定器件结构和掺杂分布的情况下况下，采用数值方法直接求解器件的基本方程采用数值方法直接求解器件的基本方程，得到器件的直流得到器件的直流、瞬态瞬态、交流小信号等交流小信号等电学电学特性和某些电学参数特性和某些电学参数。器件模拟的作用器件模拟的作用通过研究结构参数通过研究结构参数、工艺参数对器件性能工艺参数对器件性能的影响的影响，对器件性能进行预测对器件性能进行预测；对器件物理机制的研究对器件物理机制的研究，通过分析无法或通过分析无法或难以测量的器件性能难以测量的器件性能，分析器件的物理机分析器件的物理机制；制；与工艺模拟集成可直接与工艺模拟集成可直接分析工艺条件对
30、器分析工艺条件对器件性能的影响件性能的影响；器件模拟软件器件模拟软件SentaurusSentaurus TCADTCAD：一个可视化的集成环境：一个可视化的集成环境，其直观的其直观的GUIGUI可用于设计可用于设计、组织和运行模拟组织和运行模拟。包括多个工具包括多个工具，比如工艺模拟器比如工艺模拟器，网格化网格化工具工具，器件模拟器器件模拟器，绘图和分析工具绘图和分析工具。2012-11-109器件模拟的基本原理器件模拟的基本原理器件模拟实际上就是利用数值方法器件模拟实际上就是利用数值方法，根据根据一定的边界条件一定的边界条件求解器件的基本方程求解器件的基本方程；器件的基本方程有器件的基本方
31、程有泊松方程泊松方程、电子和空穴电子和空穴连续性方程连续性方程、热扩散方程热扩散方程、电子和空穴的电子和空穴的漂移漂移/扩散方程扩散方程等；等；求解基本量包括求解基本量包括静电势静电势、电子电子/空穴浓度空穴浓度、电子电子/空穴温度空穴温度、晶格温度晶格温度，得到这些得到这些量可以进一步求出其他的器件特性量可以进一步求出其他的器件特性。器件模拟的基本功能器件模拟的基本功能可处理的器件类型可处理的器件类型：二极管、双极晶体管、场：二极管、双极晶体管、场效应器件、效应器件、MOSMOS电容器、多层结构器件、光电电容器、多层结构器件、光电器件、可编程器件等器件、可编程器件等可模拟的材料可模拟的材料：
32、半导体、半导体化合物、金属：半导体、半导体化合物、金属化合物，用户自定义的材料化合物，用户自定义的材料可完成的电学分析可完成的电学分析：DCDC、ACAC、瞬态、热载流子、瞬态、热载流子、光电等等、光电等等可获得的电学特性和电参数可获得的电学特性和电参数端特性：端特性：I I-V V；电容；电容-V V等等内部特性：浓度分布、电势电场分布等内部特性：浓度分布、电势电场分布等电参数：阈值电压、亚阈斜率、薄层电阻等电参数：阈值电压、亚阈斜率、薄层电阻等6.8 版图设计的版图设计的EDA工具及制版工具及制版版图设计的基本概念版图设计的基本概念版图设计版图设计根据电路功能和性能要求及工艺限制根据电路功
33、能和性能要求及工艺限制(线宽、间线宽、间距等距等)，设计集成电路制造过程中必需的光刻掩，设计集成电路制造过程中必需的光刻掩膜版图。膜版图。版图设计的重要性版图设计的重要性版图设计是电路功能和性能的物理实现；布局、版图设计是电路功能和性能的物理实现；布局、布线结果决定了电路的工作速度和芯片面积。布线结果决定了电路的工作速度和芯片面积。版图设计的目标版图设计的目标保证连线全部实现，芯片面积最小，性能优化保证连线全部实现，芯片面积最小，性能优化(连线总延迟最小连线总延迟最小)。版图设计的版图设计的EDA工具工具按工作方式分为三类按工作方式分为三类版图的自动设计版图的自动设计版图的半自动设计版图的半自
34、动设计版图的人工设计版图的人工设计版图的自动设计版图的自动设计版图的自动设计就是通过版图的自动设计就是通过EDAEDA软件，将电路软件，将电路的的逻辑描述自动转换成版图描述逻辑描述自动转换成版图描述。典型的典型的EDAEDA软件：软件：CadenceCadence、SynopsysSynopsys、PandaPanda等等版图设计的层级处理版图设计的层级处理2012-11-1010版图的自动设计版图的自动设计逻辑划分逻辑划分：将逻辑电路划分成几个功能块：将逻辑电路划分成几个功能块，连接度大的连接度大的元件放在同一功能块中元件放在同一功能块中。并使功能块数目或总的外连接并使功能块数目或总的外连接
35、数最小数最小。布图规划布图规划：根据电路网表：根据电路网表、估计的芯片的大体面积和形估计的芯片的大体面积和形状状、各功能块的大体形状面积各功能块的大体形状面积、功能块的数目功能块的数目、输入输入/输出数目等输出数目等，对设计的电路进行物理划分和预布局对设计的电路进行物理划分和预布局。自动布局自动布局：按电路功能：按电路功能、性能性能、几何要求几何要求，放臵各部件放臵各部件。在布局过程中在布局过程中，需要通过近似算法估计出布线占据区需要通过近似算法估计出布线占据区域的大小域的大小。自动布线自动布线：满足工艺规则：满足工艺规则、布线层数限制布线层数限制、线宽线宽、线间线间距限制和各线网可靠绝缘等距
36、限制和各线网可靠绝缘等，根据电路的连接关系进行根据电路的连接关系进行连线连线，100100%连通连通，使芯片面积最小使芯片面积最小。版图的半自动设计版图的半自动设计利用半自动版图设计软件利用半自动版图设计软件，设计人员在设计人员在计算机上用计算机上用符号进行版图输入符号进行版图输入，以反映以反映不同层版的版图信息不同层版的版图信息，再通过自动转换再通过自动转换程序将符号转换成版图程序将符号转换成版图，再进行版图压再进行版图压缩缩，得到最终的版图数据得到最终的版图数据，最后送制版最后送制版中心进行制版中心进行制版。版图的人工设计版图的人工设计全人工版图设计主要用于全人工版图设计主要用于全定制数字
37、电全定制数字电路设计路设计、单元库单元设计单元库单元设计、模拟集成电模拟集成电路设计路设计等几个方面等几个方面。注意：设计人员必须选择相应的工艺文注意：设计人员必须选择相应的工艺文件件，在一定的设计规则限制下进行设计在一定的设计规则限制下进行设计，考虑线宽考虑线宽、间距间距、重叠重叠、出头等特定出头等特定的要求的要求。版图的检查与验证版图的检查与验证原因原因：人工介入带来错误人工介入带来错误，物理因素的介入与逻物理因素的介入与逻辑设计辑设计、电路设计的结果相比产生一定的变化电路设计的结果相比产生一定的变化检查内容检查内容：几何设计规则检查几何设计规则检查、电学规则检查电学规则检查、网表一致性检
38、查网表一致性检查、后仿真后仿真（电路功能和性能验电路功能和性能验证证）制版制版注意注意：EDAEDA软件生成的版图数据需通过一定软件生成的版图数据需通过一定接口程序转换成制版设备的输入格式接口程序转换成制版设备的输入格式，才能用才能用于制版于制版。专用制版设备专用制版设备：光学图形发生器光学图形发生器、电子束制版电子束制版机机光学图形发生器光学图形发生器：将光通过一个位臵和尺寸可将光通过一个位臵和尺寸可变的光阑变的光阑，作用在涂胶的铬版上作用在涂胶的铬版上，从而在铬版从而在铬版上获得所需的版图图形上获得所需的版图图形。电子束制版机电子束制版机：控制电子束的扫描进行曝光控制电子束的扫描进行曝光，制版分辨率高制版分辨率高，适合小尺寸电路制版适合小尺寸电路制版重点内容重点内容高层级描述高层级描述综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟工艺模拟工艺模拟器件模拟器件模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具2012-11-1011IC设计中的设计中的Y型图型图