《集成电路设计实践》第一讲_A
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集成电路设计技术与实践随着现今科技的高速发展,集成电路作为电子技术的重要组成部分,广泛应用于计算机、手机、电视等众多电子产品上。
而集成电路的设计技术日益成熟,也越来越被广泛应用。
本文将从概念入手,详细探讨集成电路设计技术与实践。
一、集成电路的概念及发展集成电路(Integrated Circuit)简称IC,是指在一块微小晶片上用半导体器件成分集成大量的电子元件,并经过特别规划布线、焊接、封装组成一个完整的电路系统。
1960年基于晶体管器件的TTL逻辑电路问世,创立了IC的概念。
至今,IC已经发展到了VLSI级别,实现了数十亿晶体管集成在一个芯片里。
二、集成电路的设计流程集成电路的设计流程一般包括电路设计、电路仿真、物理版图设计和电路实现等四个环节。
首先,电路设计是集成电路设计的第一步,是指利用集成电路设计语言对指定的电路功能进行描述。
其次,电路仿真环节是指利用相关软件对电路设计结果进行验证,以确定其在实现中的正确性。
第三个环节是物理版图设计,该环节将电路设计转化为实际可实现的物理尺寸和布局。
最后,电路实现是指将物理版图转化为硅片、生产出最终集成电路芯片的全过程。
三、集成电路设计技术的发展与应用集成电路设计技术一直处于技术创新和发展的前沿。
1965年,美国计算机科学家戈登摩尔提出了著名的“摩尔定律”。
简单来说,摩尔定律认为,集成电路上的晶体管数量,将会随着时间的推移而翻倍增长,而成本则将减少一半。
这个定律对整个IT行业的发展起到了举足轻重的作用,也成为了集成电路行业前进的重要指导方针。
如今,从CPU、存储、图像处理到各类芯片,拥有先进集成电路设备的公司产品性能越来越强大,性能提升颇具突破。
同时,在物联网、智能家居、车联网等领域,集成电路的使用也越来越广泛。
四、集成电路设计面临的挑战尽管集成电路设计技术不断更新,但是它仍面临着巨大的挑战。
首先,是IC的可靠性指标,质量是保障市场竞争力的基础。
为了对高质量的IC进行研究,通常需要耗费大量的时间和经费。
《集成电路设计实践》指导书一、设计目的与要求1、全面掌握《半导体集成电路》、《集成电路工艺原理》与《集成电路设计技术》等课程的内容,加深对 CMOS 集成电路的设计及其制造工艺的理解,学会利用专业理论知识,实现半定制集成电路设计。
2、学会利用 Tanner 软件完成给定功能的集成电路原理设计与特性模拟,按版图规则完成版图设计, 并确定相应的制造工艺流程; 掌握版图布局规划、单元设计和布线规划的知识。
3、培养学生独立分析和设计的在综合实践能力。
4、培养学生的创新意识、严肃认真的治学态度和求真务实的工作作风。
二、设计任务要求根据给定集成电路的功能要求, 确定设计方法和电路基本单元类型, 完成逻辑电路原理设计,模拟分析电路特性,根据版图规则完成光刻版图设计,确定工艺流程,完成版图参数提取与 LVS 分析。
具体设计任务详见《集成电路设计实践任务书》。
三、基本格式规范要求1、设计报告可采用统一规范的稿纸书写,也可以用 16k 纸按照撰写规范单面打印,并装订成册(顶部装订。
内容包括:1 封面(包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、职称、起止时间等2 报告正文(即设计过程说明书2、封面格式(第一页2、正文格式 *版图信息表格电路单元类型晶体管数目版图尺寸(不含 PAD版图尺寸(含 PAD设计结构 (层次化 or Flatten备注四、考核考核方法与评分标准按以下三个方面要求 (评分标准按 5分制或百分制记, 总分 5分制 : 1、设计报告(30分 ,分值分布参考如下:1 电路设计方案 (5分2 电路特性仿真及分析(5分3 版图布局及单元设计、工艺流程图(15分 ;4 总结、设计汇总(5分。
2、验收答辩、特性模拟结果、版图检查与回答问题(60分。
3、平时考勤和答疑时的提问情况(10分。
附录:一、0.35μm CMOS工艺版图设计规则说明Tanner 软件使用简介 Tanner 软件含 Ledit 版图编辑工具、Sedit 原理图编辑工具和 Tspice 电路特性模拟工具,LVS 版图原理图验证工具和版图参数提取工具都在 Ledit 文件夹中。
引言:介绍我国集成电路设计企业的现状。
讲述内容综述:以实际的CMOS低压差线性稳压器为具体事例,按照现阶段我国集成电路设计企业常规的流程,从产品的定义、电路设计、版图设计、制版、Wafer测试、封装、末测、可靠性测试、典型应用方案调试、产品说明书的编写,讲述完整的流程。
第一章产品定义1.1 集成电路产品定义的依据通常是根据集成电路产品的实际用途定义其功能和性能指标。
主要内容包括:1)产品型号和名称:2)产品主要特征3)产品的应用领域4)产品的整体功能说明5)产品的典型应用电路图6)产品的极限参数7)产品的管脚功能排列和封装形式说明8)产品的管脚功能说明9)电路的系统框图10)典型应用说明1.1.1 定义产品过程中要事先考虑的问题:除要满足客户对产品的功能和性能要求之外,还要考虑产品价格以及客户使用产品的生产成本。
1)采用何种工艺才能满足该集成电路产品的性能指标要求?通常会在选择的集成电路加工工艺与加工成本之间这种处理。
2)如果市场上有同类电路产品,要考虑您定义的产品在性能上、价格上、等有什么优势? 若市场上无此类产品也要尽量考虑使产品有较高的性价比,以防替代产品的竞争力超过该产品。
产品设计与生产的产生的直接费用组成:掩膜版费用、工艺技术费用、圆片测试费用、封装费用、成品测试费用。
实际上用户最在意整个电路系统的成本:1)电路系统BOM表中总器件数量和费用,决定了客户的器件采购成本;2)电路系统的外接器件数量决定了PCB版的大小和生产成本;3)给出的典型应用的合理性决定了生产的成品率和返修率;1.1.2 具有何种能力的人才能胜任产品定义的工作?1)非常熟悉完整集成电路研发流程2)熟悉各种集成电路工艺加工技术3)熟悉集成电路的系统应用4)熟悉集成电路的系统架构5)熟悉集成电路系统架构中的各子模块的具体实现简言之:在公司中,必须是一位“大师级的人物”。
第二章集成电路设计实例介绍LDO基础理论介绍:2.1 产品中的子电路模块设计与仿真2.1.1以最简单的CMOS-LDO为例。
集成电路原理一、实现课程简介集成电路原理是一门理论性较强的课程,同时也是一门综合型课程。
它结合了电路,模拟电路,线性电子电路等方面的知识,使学生在学习新知识的同时又加强了对以往知识的巩固。
由于集成电路较强的理论性,开设集成电路实验课的意义就不言而喻。
通过实验,使得学生对理论知识有了更好的掌握,并锻炼了学生的动手能力。
本课程实验共四个,分别为:积分与微分电路(有源)、有源滤波器、电压/频率转换电路、波形变换电路,每个实验均紧贴课程内容,并针对学生在学习理论过程中易遇到的难题部分,在实验中通过练习和思考题的方式予以帮助解决。
四个实验由易到难,由浅到深,使学生易于理解和掌握。
二、TPE-A实验箱简介:集成电路原理的实验均是在TPE-A实验箱中完成,该实验箱主要是用于完成低频模拟电子技术方面的实验。
该实验箱的实验板采用独特工艺,正面贴膜同时印有原理图及符号,反面为印制导线并焊有相应元器件,需要测量及观察的部分装有自锁紧式接插件,使用直观、可靠,维修方便、简捷。
同时在使用该实验箱的时候,配备使用数字万用变、双踪示波器、函数发生器等仪器,使学生的动手能力得到充分锻炼。
实验一积分电路与微分电路一、实验目的1. 掌握由运算放大器组成的积分与微分电路。
2. 掌握积分与微分电路的特点,并观察记录积分与微分电路的实验区别。
3. 熟悉运算放大器在电路中的使用。
二、实验仪器1. 数字万用表2. 信号发生器3. 双踪示波器4. TPE-A实验箱三、实验原理1.积分电路如图1.1所示,其输出信号与输入信号的积分成正比,采用基本积分电路可以实现某一信号的一般波形转换(电路原理基于电容的冲放电原理),积分电路运算关系:⎰RCVo Vidt=)/1-(图1.1 积分电路2.微分电路如图1.2所示,其输出信号与输入信号的微分成正比,微分电路运算关系:)V-=RCdVi(o dt/图1.2 微分电路3.积分-微分电路如图1.3所示。
图1.3积分-微分电路图四、实验内容与步骤1. 积分电路部分:(1)按实验图在实验箱中连接电路,并在输入端取Vi =1V,观察输出Vo的结果。
实验指导书教学单位:计算机系课程名称:集成电路设计原理面向专业:电子科学与技术湖北大学知行学院2013年6月实验指导书实验一:熟悉L-EDIT软件工具学时安排:3学时实验类别:演示性实验要求:必做 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄一、实验目的和任务本实验其目的在于:学会使用集成电路版图设计L-EDIT软件工具,熟练画电路版图的操作指令和各种快捷命令,并熟悉应用特定工艺库即工艺文件来实现电路。
通过该实验,使学生掌握L-EDIT的设计方法,加深对课程知识的感性认识,增强学生的设计与综合分析能力,为将来成为优秀的后端工程师做准备。
二、实验原理介绍如将设计好的电路制成实际使用的集成块,就必须利用版图工具将设计的电路采用标准工艺文件转换成可以制造的版图。
然后再将版图提交给集成电路制造厂家(foundry),完成最后的集成块制造,所以画版图的本质就是画电路原理图。
在画版图时,首先要明白工艺文件的含义,每一种工艺文件代表一条工艺线所采用的光刻尺寸,以及前后各个工序等等;其次要懂得所使用的工具步骤及各个菜单及菜单栏的内容,以便熟练使用该软件;最后对所画版图进行验证,确保不发生错误。
此外,还必须了解所使用的版图设计法则,对于不同的工艺尺寸其法则有所不同,这就要求设计者在应用该软件时,必须熟悉相应的设计法则,为完成正确的版图做准备。
该实验原理是画常用的NMOS管,画图时要求熟悉NMOS的工艺过程及设计法则。
三、实验设备介绍1.工作站或微机终端一台2.局域网3.L-EDIT版图工具软件 1套四、实验内容和步骤了解L-EDIT版图软件工具的安装,熟悉该软件工具栏的菜单功能及使用方法。
试以NMOS器件为例,调用相应的工艺文件画版图(如选用几微米的工艺线、设计法则)。
对所画的版图进行DRC验证,并修改不正确的部分。
1.安装L-EDIT仿真软件:先点击Daemon.exe文件,用虚拟光驱将.ISO文件载入,并点击L-EDIT 的Setup.exe文件即可。