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数字集成电路设计 第一章 ppt

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《数字集成电路》课件

《数字集成电路》课件

1 滤波
去除噪声、增强信号的关键技术。
2 变换
将信号在时域与频域之间转换的方法。
3 压缩
减少数据量，方便存储和传输。
数字信号处理中的滤波器设计
FIR滤波器
时域响应仅有有限个点，稳定性好。
IIR滤波器
时域响应呈指数衰减，延时较小。
模拟/数字混合信号集成电路
1
基础理论
混合信号电路设计所需的模拟电路与数字电路基础知识。
时序逻辑电路
触发器与锁存器
用于存储时钟信号冲突消除和数 据暂存。
计数器
移位寄存器
用于计算和记录触发事件的数量。
用于数据移位操作，实现数据的 串行传输。
数字信号处理技术
数字信号处理（DSP）是用数字计算机或数字信号处理器对原始信号进行处理、分析和存储的一 种技术。它在通信、音频处理和图像处理等领域具有广泛应用。
《数字集成电路》PPT课 件
数字集成电路PPT课件大纲： 1. 什么是数字集成电路 2. 数字集成电路的分类和结构
数字电路设计的流程
1
需求分析
确定数字电路的功能与性能要求，并定义输入输出及约束条件。
2
电路设计
利用逻辑门、触发器等基本组件进行数字电路设计。
3
电路仿真
使用仿真软件验证数字电路中的电气特性和功能。
2 低功耗设计
3 增强型通信
减少功耗，延长电池寿命。
提升通信性能和速度。
2
模拟数字转换
模拟和数字信号之间的转换方法和技术。
3
功耗与噪声
如何平衡功耗Βιβλιοθήκη 噪声性能。电路模拟与仿真SPICE仿真
使用电路仿真软件模拟电路 的工作状态。
参数提取与建模

第1章集成电路设计导论

第1章集成电路设计导论
第1章 集成电路设计导论
1、微电子（集成电路）技术概述 2、集成电路设计步骤及方法
1
集成电路设计步骤
➢ “自底向上”（Bottom-up）
“自底向上”的设计路线，即自工艺开始，先进行单元设 计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块、子系统 设计直至最终完成整个系统设计。在模拟IC和较简单的数 字IC设计中，大多仍采用“自底向上”的设计方法 。
5
半定制方法
半定制的设计方法分为： 门阵列（GA：Gate Array）法； 门海（GS：Sea of Gates）法； 标准单元（SC: Standard Cell）法； 积木块（BB：Building Block Layout）； 可编程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。
标准单元法也存在不足：பைடு நூலகம்
(1) 原始投资大：单元库的开发需要投入大量的人力物力；当工艺变化时， 单元的修改工作需要付出相当大的代价，因而如何建立一个在比较长的时 间内能适应技术发展的单元库是一个突出问题。 (2) 成本较高：由于掩膜版需要全部定制，芯片的加工也要经过全过程，因 而成本较高。只有芯片产量达到某一定额(几万至十几万)，其成本才可接受。
不满足 后仿真
满足
VLS流I数片、字封I装C、的测设试 计流图
功能要求
系统建模 （Matlab等）
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真 满足
模流拟片、IC封的装、设测计试 流图
3
集成电路设计方法
➢ 全定制方法（Full-Custom Design Approach） ➢ 半定制方法（Semi-Custom Design Approach）

《数字集成电路设计》PPT课件

《数字集成电路设计》PPT课件

② x和z值 在数字电路中，x代表不定值，z代表高阻值。 例如： 8’b1001xxxx 表示位宽8的二进制数第四位为不定值。
ⅱ. Parameter常数
在Verilog中，用parameter定义一个标识符代表一个常量，称为符 号常量。采用标识符代表一个常量可提高程序的可读性和可维护 性。其定义结构如下：
Verilog HDL程序模块包括模块名、输入输出端口说明、 内部信号说明、逻辑功能定义等几部分。
程序模板如下：
module <模块名>(<输入、输出模块列表>); /*端口描述*/ input <输入端口列表>; output <输出端口列表>;
/*内部信号说明*/ wire //nets型变量 reg //register变量 integer //常数
位运算是对两个操作数相应位进行运算操作数的位数是不变的而缩减运算时针对单个操作数先将操作数的第一位于第二位进行运算再将结果与第三位进行运算以此类推直到最后一位其结果是一个一位二进制数
数字集成电路设计
FPGA结构与设计流程
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵 列，是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，即 解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
wire[n:1] 变量名1，变量名2，……，变量名n；
ⅱ. register型变量
register型变量对应于具有状态保持作用的电路元件，如触发器，锁 存器等。它只有明确地赋值后才能对其他变量赋值，重新赋值前一 直保持原值。在设计中，此类变量必须放在块语句(always语句)中， 通过过程语句赋值。同一个register型变量只能在一个块语句中重复 赋值，而不能同时在多个块语句中重复赋值使用。register型变量包 括reg型和integer型。

数字集成电路 数字集成电路设计流程和设计方法PPT课件

数字集成电路 数字集成电路设计流程和设计方法PPT课件

pmos p2 (i2, il, b); pmos p3 (i3, i2, c); pmosp4 (il, vdd, b); pmos p5 (i2, il, c); pmos p6 (i3, i2, a); pmos p7 (co, vdd, i3); end module
第16页/共58页
第17页/共58页
pmos p4 (i4, vdd, b); pmos p5 (i4, vdd, a); pmos p6 (co, vdd, en); pmos n6 (co, vss, en); end module
第18页/共58页
2.2 设计描述
• 四、物理描述
•
电路的物理描述是用来定义在硅表面的物理实现，并由物理实现
数字集成电路设计总体上可分为
1.电路设计（前端设计）
电路设计是指根据对ASIC的要求或规范，从电路系统的行为描述开 始，直到设计出相应的电路图，对于数字系统来说就是设计出它的 逻辑图或逻辑网表
2.版图设计（后端设计）
版图设计就是根据逻辑网表进一步设计集成电路的物理版图，也就 是制造工艺所需的掩膜版的版图。
Verilog-HDL 描述进位算法描述
module carry (co,a,b,c); output co; input a,b,c;
wire #10 co=(a&b)|(a&c)|(b&c) end module
第11页/共58页
2.2 设计描述
• 三、结构描述
•
结构描述规定了电路系统的结构，规定了元件之间的连接关系，
第4页/共58页
2.1 设计流程
• 二、Top-Down设计
•
从电路行为到逻辑结构的转换是由逻辑综合这一步骤自动进行的。逻辑综合

数字电子电路第二版电子课件第一章数字电路基础

数字电子电路第二版电子课件第一章数字电路基础
3
§１—１ 数字信号与数字电路
4
第一章 数字电路基础
当人们在超市购物结账付款时，收银员只要把条形码扫描器对准货物上 的条形码一扫，计算机屏幕上立刻就会显示该物品的价格。这是因为条形 码经扫描器扫描后，会产生相应的“数字信号”，经计算机处理后就可以 显示为货物的名称及价格等信息，进而可刷卡付款，打印付款收据。超市 自动收款设备如图所示。
非逻辑开关电路
44
第一章 数字电路基础
图所示为非门逻辑符号。非门真值表见表。 非门的逻辑功能可概括为“有0出1，有1出0”。非门的逻辑表达式为：
该表达式读作Y等于A非。
非门真值表
非门逻辑符号
45
28
第一章 数字电路基础
几种常见的BCD码
29
第一章 数字电路基础
（1）8421BCD码 最常用的BCD码是8421BCD码。 （2）5421BCD码 5421BCD码也是一种有权码，从高位到低位分别是5、4、2、1。 （3）2421BCD码 2421BCD码也是一种有权码，从高位到低位的权分别是2、4、2、1。 （4）余3码 这是一种无权码，它是在相应的8421BCD码上加0011（3）得到的。
15
第一章 数字电路基础
用数字电路测量电动机转速的原理框图
16
第一章 数字电路基础
2. 四人抢答器 四人抢答器原理框图如图所示。
四人抢答器原理框图
17
第一章 数字电路基础
从以上两个电路的工作过程可以看出，数字电路大致包含数字信号的产 生与整形、编码、寄存、译码、显示等典型单元数字电路。
此外，为了将传感器转换而来的模拟信号转换成控制系统所需要的数字 信号，必须采用模数转换器（A/D Converter）。数字信号被处理后，通常 还要经过数模转换器（D/A Converter）恢复成模拟信号，去驱动执行元件， 如图所示。

《数字集成电路设计》课件

《数字集成电路设计》课件
加法器和减法器
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。

数字集成电路第1章PPT课件

离子反应刻蚀 扩散
双极集成电路的基本制造工艺
掺硼P型硅作为衬底材料并进行初始氧化,以形 成二氧化硅表层,然后再进行隐埋层光刻以形 成一个窗口后进行N+层掺杂,接着就用外延层 所覆盖,故称隐埋层
制作隐埋层后,去除表面的二氧化硅,再进行N 型外延层生长
掺P型材料进行隔离扩散. 用第三块掩模版完成基区光刻
双极集成电路的基本制造工艺
基区重掺杂 制作晶体管发射极和集电极 形成表面金属互连接的接触区 完成一层金属铝膜的沉积,然后再介质淀积 在介质层上蚀刻出连接通孔 成第二层金属铝膜的沉积 后续工序,划片,粘片,压焊,封装,测试分类,筛选,
成品测试,入库
双极集成电路应用
TTL,DTL,RTL,HTL,ECL STLL,SLTTL,I2L,I3L ASTLL.ASLTTL
环 长PSG 引线孔光刻 铝引线光刻 压焊块光刻
N阱硅栅CMOS工艺（略）
▪ 双阱硅栅CMOS工艺
BI---CMOS工艺
双极工艺特点： 速度高、驱动能力强、模拟精度高 但功耗、集成度无法满足VLSI的
要求
BI---CMOS工艺
CMOS工艺特点： 功耗低、集成度高、抗干扰能力强 但速度低、驱动能力差
成
P+
NPN管的基区扩散 PMOS管的源、漏区扩散 横向PNP管集电区、发射区扩散 纵向PNP管的发射区扩散可以同时进行完成
以双极性工艺为基础的P阱BICMOS工艺
栅氧化在PMOS管沟道注入以后进行 可获的大电流、高压 LDMOS-LOW DOUBLE MOS VDMOS-VERTICAL DOUBLE MOS
以双极性工艺为基础的BI-CMOS工艺
以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺 以双极性工艺为基础的双阱BI-CMOS工艺 特点是对双极器件有利

《集成电路设计导论》课件


IC设计的测试和验证
探讨IC设计的测试和验证技术， 以确保设计的正确性和可靠性。
总结与展望
集成电路设计的现状与未来趋势
总结集成电路设计的现状并展望未来的发展趋 势，如人工智能芯片和物联网应用。
集成电路设计中的挑战与机遇
探讨集成电路设计中面临的挑战和机遇，如功 耗优化和设计验证等。
《集成电路设计导论》 PPT课件
这是一套《集成电路设计导论》的PPT课件，针对集成电路的概念、分类和历 史发展等主题进行介绍，通过丰富的内容和精美的图片，让学习更加生动有 趣。
第一章：集成电路概述
集成电路的定义
介绍集成电路的基本概念和定义，以及其在电子领域中的重要作用。
集成电路的分类
分析不同类型的集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和混合集成电路。
探讨集成电路设计中常用的仿真 技术，如时序仿真、噪声仿真和 功耗仿真等。
CMOS工艺的基本原理和特点，以及其在集成电路设计中的应用。
2
CMOS电路设计基础
讨论CMOS电路设计的基本原则和技巧，包括逻辑门设计和布局。
3
CMOS电路的布局与布线
解释CMOS电路布局与布线的重要性，以及如何进行最佳布局和布线。
第五章：模拟电路设计
模拟电路设计基础
介绍模拟电路设计的基本原理和 技术，包括信号放大、滤波和稳 压等。
模拟电路的建模与仿真
讨论模拟电路的建模方法和仿真 技术，以验证电路设计的准确性 和性能。
模拟电路的测试和调试
探讨模拟电路的测试和调试方法， 以保证电路的可靠性和稳定性。
第六章：数字电路设计
1
数字电路的逻辑设计
第四章：数模转换电路设计
数模转换电路的种类

数字集成电路设计流程ppt课件

半定制设计方法又分成基于规范单 元的设计方法和基于门阵列的设计方法。
基于规范单元的设计方法是：将预 先设计好的称为规范单元的逻辑单元， 如与门，或门，多路开关，触发器等， 按照某种特定的规那么陈列，与预先设 计好的大型单元一同组成ASIC。基于规 范单元的ASIC又称为CBIC(Cell based IC)。
组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
按功能分类 模拟电路 线性电路 非线性电路
数模混合电路
集成电路的设计过程：
设计创意
功能要求
+
行为设计〔VHDL〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿真验证
否 行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 规划布线——幅员
后仿真
是
否
—设计业—
Sing off 集成电路芯片设计过程框架
设计的根本过程 〔举例〕 功能设计 逻辑和电路设计 设计验证 幅员设计 集成电路设计的最终输出是掩膜幅员，经过制版
系统级算法级寄存器传输级也称rtl逻辑级与电路级5354系统级行为性能描述cpu存储器控制器芯片电路板子系统算法级算法硬件模块数据结构部件间的物理连接rtl状态表alu寄存mux微存储器芯片宏单逻辑级布尔方程门触发器单元布图电路级微分方程晶体管电阻电容管子布图层次行为域结构域物理域55分类内容语言描述verilog语言等功能描述与逻辑描述功能设计功能图逻辑设计逻辑图电路设计电路图版图设计符号式版图版图举例
数字集成电路 设计流程
一、集成电路设计引见
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电 路而言)
把组成电路的元件、器件以及相互间的连 线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片 上，把这个芯片放到管壳中进展封装，电路 与外部的衔接靠引脚完成。

集成电路设计ppt


第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 引言 4.2 集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS工艺流程 4.4 设计规则 4.5 CMOS反相器的闩锁效应 4.6 版图设计
第五章 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS管逻辑电路 5.2 静态CMOS逻辑电路 5.3 MOS管改进型逻辑电路 5.4 MOS管传输逻辑电路 5.5 触发器 5.6 移位寄存器 5.7 输入输出（I/O）单元
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
第六章 MOS管数字集成电路子系统设计 6.1 引言 6.2 加法器 6.3 乘法器 6.4 存储器
6.5 PLA 第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
7.1 引言 7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件 7.3 MOS模拟集成电路基本单元电路 7.4 MOS管集成运算放大器和比较器 7. 5 MOS管模拟集成电路版图设计 第八章 集成电路的测试与可测性设计
1.2 集成电路的发展
1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标 （1）集成度（Integration Level）
集成度是以一个IC芯片所包含的元件（晶体管或门/数）来 衡量（包括有源和无源元件）。随着集成度的提高，使IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、体积 和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能/价格比，不断扩 大其应用领域，因此集成度是IC技术进步的标志。为了提高集成 度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设 计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构。硅晶片集 成（Wafer Scale Integration -WSI)和三维集成技术也正在研 究开发。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集 成或片上系统（SoC）的时代。
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Circuits2nd
Introduction
Intel 4004 Micro-Processor
1971 1000 transistors 1 MHz operation
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
9
Intel Pentium (IV) microprocessor
Circuits2nd
Introduction
21
Challenges in Digital Design
DSM
“Microscopic Problems”
• Ultra-high speed design • Interconnect • Noise, Crosstalk • Reliability, Manufacturability • Power Dissipation • Clock distribution. Everything Looks a Little Different
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
4
The First Computer
The Babbage Difference Engine (1832) 25,000 parts cost: ? 7,470
EE141 Integrated © Digital
17
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
Power Dissipation
100
Power (Watts)
P6 Pentium ® proc
10
8086 286
1 8085 8080
486 386
8008 4004
Digital Integrated Circuits
A Design Perspective
Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic
Introduction
July 30, 2002
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd

3
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
Introduction
Why
is designing digital ICs different today than it was before? Will it change in future?
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
20
Not Only Microprocessors
Cell Phone
Small Signal RF Power RF
Digital Cellular Market (Phones Shipped)
7
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
The First Integrated Circuits
Bipolar logic 1960’s
ECL 3-input Gate Motorola 1966
8
EE141 Integrated © Digital
Power will be a major problem
100000 10000
Power (Watts)
1000
18KW 5KW 1.5KW 500W
Pentium® proc
100
286 486 8086 10 386 8085 8080 8008 1 4004 0.1 1971 1974 1978 1985 1992 2000 2004 2008 Year
10,000 1,000 100 10
8086
Source: Intel
i486 i386 80286
1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Projected
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
8085 Transistors on Lead Microprocessors double every 2 years 0.01 0.001 1970
1990 Year
2000
2010
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
10
Moore’s Law
In
1965, Gordon Moore noted that the number of transistors on a chip doubled every 18 to 24 months. He made a prediction that semiconductor technology will double its effectiveness every 18 months
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
11
EE141 Integrated © Digital
LOG2 OF THE NUMBER OF COMPONENTS PER INTEGRATED FUNCTION
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

What will you learn?
Understanding, designing, and optimizing digital circuits with respect to different quality metrics: cost, speed, power dissipation, and reliability
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
13
Transistor Counts
K 1,000,000
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
100,000
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Introduction
2
Digital Integrated Circuits
Introduction: Issues in digital design The CMOS inverter Combinational logic structures Sequential logic gates Design methodologies Interconnect: R, L and C Timing Arithmetic building blocks Memories and array structures
Introduction
1
What is this book all about?

Introduction to digital integrated circuits.
CMOS devices and manufacturing technology. CMOS inverters and gates. Propagation delay, noise margins, and power dissipation. Sequential circuits. Arithmetic, interconnect, and memories. Programmable logic arrays. Design methodologies.
2000
2010
Die size grows by 14% to satisfy Moore’s Law
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
16
Frequency
10000
Frequency (Mhz)
1000 100
Power delivery and dissipation will be prohibitive
19
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
Power density
10000
Power Density (W/cm2)
0.1 1971 1974 1978 1985 1992 2000
Year
Lead Microprocessors power continues to increase
EE141 Integrated © Digital
Circuits2nd
Courtesy, Intel
Introduction
18
1/DSM
“Macroscopic Issues”