《微电子学概论集成电路设计的EDA系统学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电子学概论集成电路设计的EDA系统学习教案.pptx（99页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1微电子学概论微电子学概论(giln)集成电路设计的集成电路设计的EDA系统系统第一页，共99页。集成电路集成电路(jchng-(jchng-dinl)dinl)设计流程设计流程第2页/共99页第二页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统概述系统概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟VHDLVHDL及模拟及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟时序分析和混合模拟时序分析和混合模拟版图版图(bnt)(bnt)设计的设计的EDAEDA工具工具器件模拟器件模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技术）技术第3页/共99页第三页，共99
2、页。IC EDAIC EDA系统系统(xtng)(xtng)概概述述nEDAEDA（Electronic Design AutomationElectronic Design Automation）n 电子设计自动化；电子设计自动化；Computer Aided DesignComputer Aided Design，CADCADnEDAEDA的目的的目的(md)(md)n 运用计算机辅助设计，建立起完整的电子系运用计算机辅助设计，建立起完整的电子系统设计、分析、模拟、仿真、综合等手段，以使统设计、分析、模拟、仿真、综合等手段，以使整个电子系统的设计能够在计算机平台上自动运整个电子系统的设计能
3、够在计算机平台上自动运行。行。第4页/共99页第四页，共99页。IC EDAIC EDA系统系统(xtng)(xtng)的作用的作用什么是模拟？什么是模拟？什么是模拟？什么是模拟？对于设计对于设计对于设计对于设计(shj)(shj)(shj)(shj)输入抽象出模型，施加外部激励，输入抽象出模型，施加外部激励，输入抽象出模型，施加外部激励，输入抽象出模型，施加外部激励，观察输出，进行判断观察输出，进行判断观察输出，进行判断观察输出，进行判断第5页/共99页第五页，共99页。IC EDAIC EDA系统系统(xtng)(xtng)的发展的发展第6页/共99页第六页，共99页。n n整个设计整个设
4、计(shj)(shj)过程就是把高过程就是把高层次的抽象描述逐级向下进行综层次的抽象描述逐级向下进行综合、验证、实现，直到物理级的合、验证、实现，直到物理级的低层次描述，即掩膜版图。低层次描述，即掩膜版图。n n各设计各设计(shj)(shj)阶段相互联系，阶段相互联系，例如，寄存器传输级描述是逻辑例如，寄存器传输级描述是逻辑综合的输入，逻辑综合的输出又综合的输入，逻辑综合的输出又可以是逻辑模拟和自动版图设计可以是逻辑模拟和自动版图设计(shj)(shj)的输入，版图设计的输入，版图设计(shj)(shj)的结果则是版图验证的的结果则是版图验证的输入。输入。n nICEDAICEDA系统介入了
5、包括系统功能系统介入了包括系统功能设计设计(shj)(shj)、逻辑和电路设计、逻辑和电路设计(shj)(shj)以及版图设计以及版图设计(shj)(shj)等等在内的集成电路设计在内的集成电路设计(shj)(shj)的的各个环节各个环节ICIC设计设计(shj)(shj)中的中的EDAEDA系统系统第7页/共99页第七页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统概述系统概述高层高层(o cn)(o cn)级描述与模拟级描述与模拟VHDLVHDL及及模拟模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟时序分析和混合模拟时序分析和混合模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具
6、工具器件模拟器件模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技术）技术第8页/共99页第八页，共99页。硬件硬件(yn jin)(yn jin)描述语言描述语言 Hardware Description Language,HDLHardware Description Language,HDLnHDLHDL出现的背景出现的背景(bijng)(bijng)n 复杂电子系统难以用逻辑图、电路图和逻辑表复杂电子系统难以用逻辑图、电路图和逻辑表达式等描述，希望有更加简练、使用达式等描述，希望有更加简练、使用top-downtop-down设计方设计方法的描述，因此出现了多种法的描
7、述，因此出现了多种HDLHDL语言。语言。n通常指高层设计阶段描述硬件通常指高层设计阶段描述硬件第9页/共99页第九页，共99页。nHDLHDL语言的特点语言的特点(tdin)(tdin)n抽象地对电子实体进行精确、简练的行为抽象地对电子实体进行精确、简练的行为描述和结构描述描述和结构描述n可在不同层次上，形成用于模拟和验证的可在不同层次上，形成用于模拟和验证的设计描述设计描述n多层次混合描述多层次混合描述n 既可被模拟，又可被综合既可被模拟，又可被综合出现多种出现多种出现多种出现多种HDLHDLHDLHDL语言，为便于信息交换和维护，出现工业语言，为便于信息交换和维护，出现工业语言，为便于信
8、息交换和维护，出现工业语言，为便于信息交换和维护，出现工业(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)标准标准标准标准第10页/共99页第十页，共99页。几种主要几种主要(zhyo)的硬件描述的硬件描述语言语言nVHDLVHDLn 美国国防部开发。在不同的抽象程度上描述美国国防部开发。在不同的抽象程度上描述各种不同层次的电子系统。支持行为级、各种不同层次的电子系统。支持行为级、RTLRTL级、级、门级设计。即可作为硬件门级设计。即可作为硬件(yn jin)(yn jin)动作的描述，动作的描述，又可作为功能模拟或逻辑综合的输入。又可作为功能模拟或逻辑综合的输入。n Verilog Veri
9、logn 作为逻辑模拟软件的输入语言而开发的。描作为逻辑模拟软件的输入语言而开发的。描述能力没有述能力没有VHDLVHDL强，但结构化语言，程序库丰富。强，但结构化语言，程序库丰富。应用广泛。应用广泛。第11页/共99页第十一页，共99页。系统系统(xtng)功能设计的功能设计的EDA技术技术第12页/共99页第十二页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统系统(xtng)(xtng)概述概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟VHDLVHDL及模拟及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟时序分析和混合模拟时序分析和混合模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具
10、器件模拟器件模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技术）技术第26页/共99页第二十六页，共99页。综合综合(zngh)n n 概念：从设计的高层次向低层次概念：从设计的高层次向低层次转换的过程，是一种转换的过程，是一种(y zhn)(y zhn)自动设计的过程；一种自动设计的过程；一种(y(y zhn)zhn)专家系统专家系统n n分类（根据设计层次分类（根据设计层次分类（根据设计层次分类（根据设计层次(cngc)(cngc)(cngc)(cngc)）：）：）：）：n n高级综合高级综合高级综合高级综合(算法级综合算法级综合算法级综合算法级综合)：从算法级到寄存器
11、传输级：从算法级到寄存器传输级：从算法级到寄存器传输级：从算法级到寄存器传输级n n逻辑综合逻辑综合逻辑综合逻辑综合(RTL(RTL(RTL(RTL级综合、行为综合级综合、行为综合级综合、行为综合级综合、行为综合)：从寄存器传输级到：从寄存器传输级到：从寄存器传输级到：从寄存器传输级到逻辑级逻辑级逻辑级逻辑级n n物理综合：逻辑图或电路图到版图，严格说应该是同级物理综合：逻辑图或电路图到版图，严格说应该是同级物理综合：逻辑图或电路图到版图，严格说应该是同级物理综合：逻辑图或电路图到版图，严格说应该是同级驱动驱动驱动驱动第27页/共99页第二十七页，共99页。高级高级(goj)综合综合将设计的算
12、法级描述将设计的算法级描述将设计的算法级描述将设计的算法级描述(mio sh)(mio sh)(mio sh)(mio sh)转换为转换为转换为转换为RTLRTLRTLRTL级描述级描述级描述级描述(mio sh)(mio sh)(mio sh)(mio sh)第28页/共99页第二十八页，共99页。高级高级(goj)综合综合n n 核心：分配（核心：分配（ALLOCATIONALLOCATION）和）和调度（调度（SCHEDULINGSCHEDULING）n n 分配：给定性能、面积分配：给定性能、面积/功耗条功耗条件下，确定硬件资源：执行单元、件下，确定硬件资源：执行单元、存储器、控制器、
13、总线等，产生存储器、控制器、总线等，产生(chnshng)(chnshng)数据通道数据通道n n调度：确定这些结构的操作次序调度：确定这些结构的操作次序n n根据控制流图和调度中产生根据控制流图和调度中产生(chnshng)(chnshng)的状态信息，利用的状态信息，利用传统的传统的RTL/RTL/逻辑综合技术综合出逻辑综合技术综合出控制器部分控制器部分n n目标：找到代价最小的硬件结构，目标：找到代价最小的硬件结构，使性能最佳使性能最佳第29页/共99页第二十九页，共99页。n n综合中的优化问题：资源共享、综合中的优化问题：资源共享、连接连接(linji)(linji)优化、时钟分配优
14、化、时钟分配等等n n 优化目标：面积、速度、功耗、优化目标：面积、速度、功耗、可测试性可测试性第30页/共99页第三十页，共99页。行为行为(xngwi)模拟验证模拟验证第31页/共99页第三十一页，共99页。数据通道和控制数据通道和控制数据通道和控制数据通道和控制(kngzh)(kngzh)部分（部分（部分（部分（RTLRTL级网表）级网表）级网表）级网表）逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图 模拟模拟模拟模拟(mn(mn)验证验证验证验证输入的行为描述输入的行为描述输入的行为描述输入的行为描述(mio sh)(mio sh)编译（编译（编译（编译（VHDLVHDL，VerilogVerilog）中间
15、数据结构中间数据结构中间数据结构中间数据结构数据流综合子系统、控制流综合子系统数据流综合子系统、控制流综合子系统数据流综合子系统、控制流综合子系统数据流综合子系统、控制流综合子系统模拟验证模拟验证模拟验证模拟验证 工艺相关的结构工艺相关的结构工艺相关的结构工艺相关的结构 RTLRTL两级工艺映射两级工艺映射两级工艺映射两级工艺映射逻辑图自动生成逻辑图自动生成逻辑图自动生成逻辑图自动生成综合过程综合过程高高级级综综合合逻逻辑辑综综合合第32页/共99页第三十二页，共99页。通过高级综合，已知工艺无通过高级综合，已知工艺无关关(wgun)(wgun)的的RTLRTL结构描述、目结构描述、目标工艺及
16、一组设计约束，在满足标工艺及一组设计约束，在满足设计约束条件下，在物理域上实设计约束条件下，在物理域上实现同一层次的结构描述，实现与现同一层次的结构描述，实现与工艺相关的工艺相关的RTLRTL结构描述。（不结构描述。（不丢结构信息，增加工艺数据）丢结构信息，增加工艺数据）工艺工艺(gngy)映射映射第33页/共99页第三十三页，共99页。RTLRTL两级映射：两级映射：高级综合和逻高级综合和逻辑辑(lu j)(lu j)综综合之间的桥梁合之间的桥梁第34页/共99页第三十四页，共99页。逻辑设计的逻辑设计的EDAEDA技术技术(jsh)(jsh)第35页/共99页第三十五页，共99页。逻辑逻辑
17、(lu j)综合综合n n 概念：由给定的逻辑功能和性概念：由给定的逻辑功能和性能要求，在一个能要求，在一个(y)(y)包含许包含许多结构、功能、性能已知的逻辑多结构、功能、性能已知的逻辑元件的逻辑单元库支持下，确定元件的逻辑单元库支持下，确定出由一定逻辑单元组成的逻辑结出由一定逻辑单元组成的逻辑结构构n n n n 输入：逻辑设计描述；输出：输入：逻辑设计描述；输出：逻辑网表或逻辑图逻辑网表或逻辑图第36页/共99页第三十六页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统概述系统概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟VHDLVHDL及模拟及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路
18、模拟电路模拟时序分析和混合模拟时序分析和混合模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具器件模拟器件模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试计算机辅助测试(csh)(csh)（CATCAT）技术）技术第37页/共99页第三十七页，共99页。逻辑模拟逻辑模拟第38页/共99页第三十八页，共99页。逻辑模拟逻辑模拟n n 逻辑模拟的主要作用：验证逻辑逻辑模拟的主要作用：验证逻辑功能和时序的正确性功能和时序的正确性n n基本概念：将逻辑设计输入到计算基本概念：将逻辑设计输入到计算机，用软件方法形成机，用软件方法形成(xngchng)(xngchng)硬件的模型，给定输入波形，利硬件的模型，给定输入波形，利
19、用模型算出各节点和输出端的波用模型算出各节点和输出端的波形，判断是否正确形，判断是否正确n n逻辑模拟的基本概念：逻辑模拟的基本概念：n n将逻辑设计输入到计算机，用软件将逻辑设计输入到计算机，用软件方法形成方法形成(xngchng)(xngchng)硬件的模型硬件的模型n n给定输入信号波形，利用模型算出给定输入信号波形，利用模型算出各节点和输出端的波形，判断是各节点和输出端的波形，判断是否正确否正确第39页/共99页第三十九页，共99页。n n几个概念几个概念n n什么是逻辑什么是逻辑(lu j)(lu j)功能？输入功能？输入和输出之间的逻辑和输出之间的逻辑(lu j)(lu j)关系，
20、关系，不考虑与时间的关系。不考虑与时间的关系。n n什么是时序？考虑与时间的关系，什么是时序？考虑与时间的关系，输入和输出之间与时间有关系输入和输出之间与时间有关系n n组合逻辑组合逻辑(lu j)(lu j)和时序逻辑和时序逻辑(lu j)(lu j)n n组合逻辑组合逻辑(lu j)(lu j)：输出只决定：输出只决定于同一时刻各输入状态的组合，于同一时刻各输入状态的组合，与以前状态无关与以前状态无关n n 特点：输入与输出间无反馈特点：输入与输出间无反馈途径；电路中无记忆单元途径；电路中无记忆单元n n时序逻辑时序逻辑(lu j)(lu j)：输出与输入：输出与输入状态有关，还与系统原先
21、状态有状态有关，还与系统原先状态有关关n n 特点：输入与输出间有反馈特点：输入与输出间有反馈途径；电路中有记忆单元途径；电路中有记忆单元第40页/共99页第四十页，共99页。逻辑模拟（续）逻辑模拟（续）n n 设计输入设计输入设计输入设计输入(shr)(shr)(shr)(shr)方法：逻辑综合的结果；原理图输入方法：逻辑综合的结果；原理图输入方法：逻辑综合的结果；原理图输入方法：逻辑综合的结果；原理图输入(shr)(shr)(shr)(shr)；逻辑描述语言；逻辑描述语言；逻辑描述语言；逻辑描述语言n n主要作用：主要作用：主要作用：主要作用：n n信号模拟：验证逻辑功能的正确性，真值表（
22、信号模拟：验证逻辑功能的正确性，真值表（信号模拟：验证逻辑功能的正确性，真值表（信号模拟：验证逻辑功能的正确性，真值表（first-first-first-first-stepstepstepstep）n n延迟模拟：时序的正确性，预先检查是否有尖峰、竞争冒延迟模拟：时序的正确性，预先检查是否有尖峰、竞争冒延迟模拟：时序的正确性，预先检查是否有尖峰、竞争冒延迟模拟：时序的正确性，预先检查是否有尖峰、竞争冒险现象险现象险现象险现象(second step)(second step)(second step)(second step)n n 竞争冒险：从门的输入竞争冒险：从门的输入竞争冒险：从门的
23、输入竞争冒险：从门的输入(shr)(shr)(shr)(shr)到输出存在延迟，不同到输出存在延迟，不同到输出存在延迟，不同到输出存在延迟，不同门的延迟不同，不同通路上的延迟不同，引起电路出现错门的延迟不同，不同通路上的延迟不同，引起电路出现错门的延迟不同，不同通路上的延迟不同，引起电路出现错门的延迟不同，不同通路上的延迟不同，引起电路出现错误的输出误的输出误的输出误的输出n n 举例：两个路径在不同时刻到达：竞争；举例：两个路径在不同时刻到达：竞争；举例：两个路径在不同时刻到达：竞争；举例：两个路径在不同时刻到达：竞争；n n 输出的干扰脉冲：冒险输出的干扰脉冲：冒险输出的干扰脉冲：冒险输出
24、的干扰脉冲：冒险n n 主要环节：逻辑模拟模型、设计输入主要环节：逻辑模拟模型、设计输入主要环节：逻辑模拟模型、设计输入主要环节：逻辑模拟模型、设计输入(shr)(shr)(shr)(shr)、模拟算法、模拟算法、模拟算法、模拟算法第41页/共99页第四十一页，共99页。逻辑模拟模型逻辑模拟模型(mxng)n n 元件的延迟模型元件的延迟模型(mxng)(mxng)n n信号模型信号模型(mxng)(mxng)n n 逻辑模拟信号中的逻辑值和信逻辑模拟信号中的逻辑值和信号强度。号强度。什么什么(shn me)是延是延迟？迟？第42页/共99页第四十二页，共99页。OUTLINEOUTLINEI
25、C EDAIC EDA系统概述系统概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟VHDLVHDL及模拟及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟时序分析和混合模拟时序分析和混合模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具器件器件(qjin)(qjin)模拟模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技术）技术第50页/共99页第五十页，共99页。电路电路(dinl)模拟模拟n n电路设计：根据电路性能确定电电路设计：根据电路性能确定电路结构和元件参数，没有自动设路结构和元件参数，没有自动设计软件计软件n n 设计人员根据电路性能要设计人员根据电路性能要求，初步确定电路结构和元件
26、参求，初步确定电路结构和元件参数，利用电路模拟软件进行模拟数，利用电路模拟软件进行模拟分析，判断修改。分析，判断修改。n n电路模拟：根据电路的拓扑电路模拟：根据电路的拓扑(tu(tu p)p)结构和元件参数将电路问题结构和元件参数将电路问题转换成适当的数学方程并求解，转换成适当的数学方程并求解，根据计算结果检验电路设计的正根据计算结果检验电路设计的正确性确性n n模拟对象：晶体管、电阻、电容模拟对象：晶体管、电阻、电容等元器件组成的电路。等元器件组成的电路。n n 优点：不需实际元件、可作优点：不需实际元件、可作各种模拟甚至破坏性模拟各种模拟甚至破坏性模拟第51页/共99页第五十一页，共99
27、页。电路电路(dinl)模拟（续）模拟（续）n n在集成电路设计中起的作用：在集成电路设计中起的作用：n n版版图图(bnt)(bnt)设设计计前前的的电电路路设设计计，保保证证电电路路正正确确(包包括括电电路路结结构构和和元件参数元件参数)n n有有单单元元库库支支持持：单单元元事事先先经经过过电电路模拟路模拟n n无无单单元元库库支支持持的的全全定定制制设设计计：由由底底向向上上，首首先先对对单单元元门门电电路路进进行行电电路路设设计计、电电路路模模拟拟，依依此此进进行行版版图图(bnt)(bnt)设设计计，直直至至整整个个电电路路n n后后仿仿真真：考考虑虑了了寄寄生生参参数数，由由电电
28、路模拟预测电路性能路模拟预测电路性能n n典型软件：典型软件：SPICESPICE、HSPICEHSPICE第52页/共99页第五十二页，共99页。元器件模型处理输入处理电路方程求解输出处理建立电路方程电路模拟软件(run jin)的基本结构主要完成对输入文主要完成对输入文件进行编译，词法件进行编译，词法(cf(cf)语法检查等语法检查等用数学公式描述器用数学公式描述器件件(qjin)(qjin)的电流的电流电压特性以及与物电压特性以及与物理参数和工艺之间理参数和工艺之间的关系的关系根据电路结构、根据电路结构、元件参数、分析元件参数、分析要求，建立方程。要求，建立方程。依据的基本原理依据的基本
29、原理是欧姆定律和基是欧姆定律和基尔霍夫定律。尔霍夫定律。高斯消去法、高斯消去法、LULU分解法、线性化处分解法、线性化处理、牛顿迭代理、牛顿迭代选择输出内容和输选择输出内容和输出方式（表格和曲出方式（表格和曲线）线）第55页/共99页第五十五页，共99页。电路电路(dinl)描述描述n n较大规模电路，一般用电路图输较大规模电路，一般用电路图输入，相应的编译程序转换为电路入，相应的编译程序转换为电路描述语言再进行模拟。描述语言再进行模拟。n n 电路描述语言：描述电路结电路描述语言：描述电路结构、元件参数、器件模型、电路构、元件参数、器件模型、电路运行环境、分析类型和输出要求运行环境、分析类型
30、和输出要求等等n n电路描述前首先要画好电路图，电路描述前首先要画好电路图，节点编号（接地节点零号，其他节点编号（接地节点零号，其他正整数）正整数）n nSPICESPICE的描述语言：自由格式输入的描述语言：自由格式输入语言语言n n电路拓扑电路拓扑(tu p)(tu p)（网表）（网表）n n选用的模型（元件属性）选用的模型（元件属性）n n仿真内容控制仿真内容控制第56页/共99页第五十六页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统概述系统概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟(mn)VHDL(mn)VHDL及模及模拟拟(mn)(mn)综合综合逻辑模拟逻辑模拟(m
31、n)(mn)电路模拟电路模拟(mn)(mn)时序分析和混合模拟时序分析和混合模拟(mn)(mn)版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具器件模拟器件模拟(mn)(mn)工艺模拟工艺模拟(mn)(mn)计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技术）技术第57页/共99页第五十七页，共99页。时序时序(sh x)分析和混合分析和混合模拟模拟n n逻辑模拟逻辑模拟n n基本单元是门或功能块基本单元是门或功能块n n一定程度上反映竞争、冒险等现一定程度上反映竞争、冒险等现象，模拟速度比象，模拟速度比SPICESPICE快三个量快三个量级级n n但精度不够，各节点电流、电压但精度不够，各节点电流、
32、电压不知不知n n电路模拟电路模拟n n基本单元是晶体管、电阻、电容基本单元是晶体管、电阻、电容等元器件等元器件n n可以较精确地获得电路中各节点可以较精确地获得电路中各节点的电压或电流，的电压或电流，n n但对于但对于(duy)(duy)较大的电路，很较大的电路，很多的迭代求解需要很大的存储空多的迭代求解需要很大的存储空间和很长的计算时间间和很长的计算时间第58页/共99页第五十八页，共99页。n n时序分析时序分析时序分析时序分析n n 介于逻辑模拟和电路模拟之间，可提介于逻辑模拟和电路模拟之间，可提介于逻辑模拟和电路模拟之间，可提介于逻辑模拟和电路模拟之间，可提供详细的波形和时序关系，比
33、供详细的波形和时序关系，比供详细的波形和时序关系，比供详细的波形和时序关系，比SPICESPICESPICESPICE快二个快二个快二个快二个量级，精度低量级，精度低量级，精度低量级，精度低10%10%10%10%，但比带延迟的逻辑模拟，但比带延迟的逻辑模拟，但比带延迟的逻辑模拟，但比带延迟的逻辑模拟要高得多要高得多要高得多要高得多n n混合模拟混合模拟混合模拟混合模拟n n 结合三者特点，对影响电路性能的关结合三者特点，对影响电路性能的关结合三者特点，对影响电路性能的关结合三者特点，对影响电路性能的关键部分键部分键部分键部分(b fen)(b fen)(b fen)(b fen)进行电路模拟
34、，其他部分进行电路模拟，其他部分进行电路模拟，其他部分进行电路模拟，其他部分(b fen)(b fen)(b fen)(b fen)用逻辑模拟和时序分析用逻辑模拟和时序分析用逻辑模拟和时序分析用逻辑模拟和时序分析第59页/共99页第五十九页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统概述系统概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟VHDLVHDL及模拟及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟时序时序(sh x)(sh x)分析和混合模拟分析和混合模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具器件模拟器件模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技
35、术）技术第60页/共99页第六十页，共99页。版图设计(shj)的EDA工具 版图设计过程往往版图设计过程往往(wngwng)是一个反复迭代求是一个反复迭代求解过程。其中各个步骤算法间目标是一致性，前后步解过程。其中各个步骤算法间目标是一致性，前后步骤需要照应。骤需要照应。第61页/共99页第六十一页，共99页。版图版图(bnt)设计的设计的EAD工具工具n n版图设计：根据电路功能和性能版图设计：根据电路功能和性能要求及工艺限制（线宽、间距等）要求及工艺限制（线宽、间距等），设计掩膜版图，设计掩膜版图n n输入：可以是原理图、网表；可输入：可以是原理图、网表；可以直接编辑版图以直接编辑版图n
36、 n输出：版图输出：版图n n版图设计的重要性：版图设计的重要性：n n电路功能和性能的物理实现电路功能和性能的物理实现n n尺寸减小后，连线延迟尺寸减小后，连线延迟(ynch)(ynch)直接决定芯片速度。布直接决定芯片速度。布线方案、从而布局方案很重要线方案、从而布局方案很重要 芯片面积、速度芯片面积、速度第62页/共99页第六十二页，共99页。n n版图设计的目标：连线全部实现，版图设计的目标：连线全部实现，芯片面积最小，性能优化（连线芯片面积最小，性能优化（连线总延迟最小）总延迟最小）n nEADEAD工具分类（按工作方式分）：工具分类（按工作方式分）：n n自动设计自动设计n n半自
37、动设计半自动设计n n人工设计人工设计n n版图验证与检查版图验证与检查n n 用的大多是启发式算法用的大多是启发式算法(sun(sun f),f),求出近似解。求出近似解。第63页/共99页第六十三页，共99页。版图的自动版图的自动(zdng)设计设计n n概念：通过概念：通过(tnggu)EDA(tnggu)EDA软件，软件，将逻辑描述自动转换成版图描述将逻辑描述自动转换成版图描述n n成熟的自动版图设计包括基于门成熟的自动版图设计包括基于门阵列、标准单元、阵列、标准单元、PLAPLA的布图系统，的布图系统，BBLBBL布图系统也在发展中布图系统也在发展中n n典型的典型的IC CADIC
38、 CAD软件，如软件，如CadenceCadence、SynopsysSynopsys、Mentor GraphicsMentor Graphics、PandaPanda等设计系统中都有自动版图等设计系统中都有自动版图设计功能设计功能第64页/共99页第六十四页，共99页。自动自动(zdng)版图设计版图设计过程过程逻辑逻辑(lu j)(lu j)划分划分布局布局(bj)(bj)布线布线设计检验设计检验输出输入人机交互人机交互单元库单元库布图规划布图规划第65页/共99页第六十五页，共99页。n n 版版图图的的半半自自动动设设计计：符符号号式式版版图设计图设计n n 用用符符号号进进行行版版
39、图图输输入入，通通过过自自动动转转换换程程序序转转换换（压压缩缩功功能能）；可不考虑设计规则可不考虑设计规则n n 版图的人工设计版图的人工设计n n 用用于于底底层层单单元元设设计计、单单元元库库单单元元设设计计、模模拟拟(mn)(mn)电电路路设设计计等方面等方面n n 进进行行版版图图输输入入编编辑辑，考考虑虑设计规则设计规则第72页/共99页第七十二页，共99页。版图检查与验证版图检查与验证(ynzhng)流程流程结构结构网表与参数提取网表与参数提取设计规则检查设计规则检查版图版图版图网表版图网表后仿真后仿真电学规则检查电学规则检查网表一致性检查网表一致性检查原理图网表原理图网表第74
40、页/共99页第七十四页，共99页。版图版图(bnt)检查与验证检查与验证（续）（续）n n DRC DRC：设计规则检查（最小线宽、：设计规则检查（最小线宽、最小图形间距、最小接触孔尺寸、最小图形间距、最小接触孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠等）栅和源漏区的最小交叠等）n n实现：通过图形计算（线和线间实现：通过图形计算（线和线间的距离计算）的距离计算）n n DRC DRC软件软件n n用户：编写用户：编写DRCDRC文件，给出设计文件，给出设计规则规则n n ERC ERC：检查电学规则，检测出没：检查电学规则，检测出没有电路意义的连接错误，（短路、有电路意义的连接错误，（短路、开路、孤立布线
41、、非法器件等），开路、孤立布线、非法器件等），介于设计规则与行为介于设计规则与行为(xngwi)(xngwi)级分析之间，不涉及电路行为级分析之间，不涉及电路行为(xngwi)(xngwi)n n实现：提取版图网表，实现：提取版图网表，ERC ERC软件软件n n 第75页/共99页第七十五页，共99页。版图版图(bnt)检查与验证（续）检查与验证（续）n n LVS LVS：网表一致性检查：网表一致性检查n n 概念：从版图提取出的电路网表与从原理概念：从版图提取出的电路网表与从原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。n n 作用与特点：主要用于保
42、证进行电路功能作用与特点：主要用于保证进行电路功能和性能验证之前避免物理设计错误。和性能验证之前避免物理设计错误。n n 可以检查出可以检查出ERCERC无法无法(wf)(wf)检查出的设检查出的设计错误，也可以实现错误定位计错误，也可以实现错误定位n n 实现：网表提取，实现：网表提取，LVSLVS软件软件第76页/共99页第七十六页，共99页。版图版图(bnt)检查与验证检查与验证（续）（续）n n 后仿真：考虑版图引入的寄生后仿真：考虑版图引入的寄生量的影响，进行后仿真，保证版量的影响，进行后仿真，保证版图能满足电路功能和性能的要求图能满足电路功能和性能的要求n n后仿真对象后仿真对象(
43、duxing)(duxing)n n参数提取程序提取出实际版图参参数提取程序提取出实际版图参数和寄生电阻、寄生电容等寄生数和寄生电阻、寄生电容等寄生参数，生成带寄生参数的器件级参数，生成带寄生参数的器件级网表网表n n提取得到寄生参数文件和单元延提取得到寄生参数文件和单元延迟文件结合，通过延迟计算器生迟文件结合，通过延迟计算器生成一个延迟文件，把该延迟文件成一个延迟文件，把该延迟文件反标（反标（back-annotationback-annotation）到网）到网表中表中n n通过参数提取直接得到一个与路通过参数提取直接得到一个与路径延迟相关的延迟文件，进行反径延迟相关的延迟文件，进行反标标
44、第77页/共99页第七十七页，共99页。制版制版(zh bn)n n专专用用制制版版设设备备：光光学学图图形形发发生生器器、电子束制版机电子束制版机n n基本原理：基本原理：n n光光学学图图形形发发生生器器：光光阑阑位位置置和和尺尺寸寸可可变变，一一般般是是矩矩形形的的，作作用用在在涂涂胶胶的的铬铬版版上上；版版图图图图形形分分割割成成矩矩形形，并并进进行行排排序序，这这些些数数据据控控制制光光阑阑的的尺尺寸寸和和位位置置的的变变化化(binhu)(binhu)n n电电子子束束制制版版机机：控控制制电电子子束束的的扫扫描进行暴光描进行暴光n n 制制版版分分辨辨率率高高，适适合合小小尺尺寸
45、寸电路制版电路制版n nEDAEDA软软件件生生成成的的版版图图数数据据需需通通过过一一定定接接口口程程序序转转换换成成制制版版设设备备的的输入格式，才能用于制版输入格式，才能用于制版第78页/共99页第七十八页，共99页。OUTLINEOUTLINEIC EDAIC EDA系统概述系统概述高层级描述与模拟高层级描述与模拟VHDLVHDL及模拟及模拟综合综合逻辑模拟逻辑模拟电路模拟电路模拟时序时序(sh x)(sh x)分析和混合模拟分析和混合模拟版图设计的版图设计的EDAEDA工具工具器件模拟器件模拟工艺模拟工艺模拟计算机辅助测试（计算机辅助测试（CATCAT）技术）技术第79页/共99页第
46、七十九页，共99页。器件器件(qjin)模拟模拟n n集集成成电电路路的的基基础础是是器器件件，但但目目前前不不能能从从电电学学性性能能和和工工艺艺水水平平自自动动设计器件，只能进行模拟分析设计器件，只能进行模拟分析n n器器件件模模拟拟概概念念：给给定定器器件件结结构构和和掺掺杂杂分分布布，采采用用数数值值方方法法直直接接求求解解器器件件的的基基本本方方程程，得得到到DCDC、ACAC、瞬瞬 态态 特特 性性 和和 某某 些些 电电 学学 参参 数数(cnsh)(cnsh)n n器件模拟作用：器件模拟作用：n n结结构构、工工艺艺参参数数(cnsh)(cnsh)对对器器件件性能的影响性能的影
47、响性能预测性能预测n n物物理理机机制制研研究究：分分析析无无法法或或难难以以测量的器件性能测量的器件性能n n可可 为为 SPICESPICE模模 拟拟 提提 供供 模模 型型 参参 数数(cnsh)(cnsh)n n与与工工艺艺模模拟拟集集成成可可直直接接分分析析工工艺艺条件对器件性能的影响条件对器件性能的影响第80页/共99页第八十页，共99页。器件器件(qjin)模拟模拟n n 软件支持：一维、二维、三维软件支持：一维、二维、三维软件支持：一维、二维、三维软件支持：一维、二维、三维n n MEDICI MEDICI MEDICI MEDICI、SILVACOSILVACOSILVACO
48、SILVACO、ISEISEISEISE、CADDETHCADDETHCADDETHCADDETH、PISCESPISCESPISCESPISCES、DAVANCIDAVANCIDAVANCIDAVANCIn n以以以以MEDICIMEDICIMEDICIMEDICI为例为例为例为例n n基本原理基本原理基本原理基本原理n n根据一定的边界条件求解器件的基本方程。根据一定的边界条件求解器件的基本方程。根据一定的边界条件求解器件的基本方程。根据一定的边界条件求解器件的基本方程。n n基本方程：泊松方程、电子和空穴连续性方程、热扩基本方程：泊松方程、电子和空穴连续性方程、热扩基本方程：泊松方程、电
49、子和空穴连续性方程、热扩基本方程：泊松方程、电子和空穴连续性方程、热扩散方程、电子和空穴的漂移散方程、电子和空穴的漂移散方程、电子和空穴的漂移散方程、电子和空穴的漂移/扩散方程（能量输运方程）扩散方程（能量输运方程）扩散方程（能量输运方程）扩散方程（能量输运方程）;n n可处理的器件边界条件：欧姆可处理的器件边界条件：欧姆可处理的器件边界条件：欧姆可处理的器件边界条件：欧姆(u m)(u m)(u m)(u m)接触、肖特基接接触、肖特基接接触、肖特基接接触、肖特基接触、绝缘基础等。触、绝缘基础等。触、绝缘基础等。触、绝缘基础等。第81页/共99页第八十一页，共99页。器件器件(qjin)模拟
50、模拟n n基本功能基本功能n n可可处处理理的的器器件件类类型型：二二极极管管、BJTBJT、MOSMOS、多多层层结结构构、光光电电器器件件、可编程器件等、可编程器件等n n可可模模拟拟的的材材料料：多多种种，不不限限于于硅硅、二氧化硅二氧化硅n n可可完完成成的的电电学学分分析析：DCDC、ACAC、瞬瞬态、热载流子、光电等等态、热载流子、光电等等n n可可获获得得(hud)(hud)的的电电学学特特性性和和电电参数参数n n端特性：端特性：I-VI-V；电容；电容-V-V等等n n内内部部特特性性：浓浓度度分分布布、电电势势电电场场分布等分布等n n电电参参数数：阈阈值值电电压压、亚亚阈