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集成电路分析与设计PPT课件

Intel公司微处理器—Pentium® 4
25
2 集成电路发展
Intel公司微处理器—Pentium® 6
26
2 集成电路发展 Intel Pentium 4微处理器
27
2 集成电路发展 Intel XeonTM微处理器
28
2 集成电路发展 Intel Itanium微处理器
29
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
30
2 集成电路发展
集成电路发展里程碑
31
2 集成电路发展
晶体管数目
2003年一年内制造出的晶体管数目达到1018个，相当于地球上所有蚂蚁数量的100倍
32
2 集成电路发展
芯片制造水平
2003年制造的芯片尺寸控制精度已经达到头发丝直径的1 万分之一，相当于驾驶一辆汽车直行400英里，偏离误差不到1英寸！
33
2 集成电路发展
晶体管的工作速度
1个晶体管每秒钟的开关速度已超过1.5万亿次。如果你要用手开关电灯达到这样多的次数，需要2万5千年的时间！
34
2 集成电路发展
半导体业的发展速度
1978年巴黎飞到纽约的机票价格为900美元，需要飞7个小时。如果航空业的发展速度和半导体业
1960年，Kang和Atalla研制出第一个利用硅半导体材料制成的MOSFET
1962年出现了由金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管组成的MOS 集成电路
早期MOS技术中，铝栅P沟MOS管是最主要的技术，60年代后期，多晶硅取代铝成为MOS晶体管的栅材料
1970’s解决了MOS器件稳定性及工艺复杂性之后，MOS数字集成电路开始成功应用
一个有关集成电路发展趋势的著名预言，该预言直至今日依然准确。

《集成电路设计导论》PPT课件

12
2）积木块法(BB)
又称通用单元设计法。与标准单元不同之处是：第一，它既不要求每个单元（或称积木块）等高，也不要求等宽。每个单元可根据最合理的情况单独进行版图设计，因而可获得最佳性能。设计好的单元存入库中备调用。第二，它没有统一的布线通道，而是根据需要加以分配。
引脚
ROM
ALU、寄存器等引
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。
10
SC法设计流程与门阵列法相似，但有若干基本的不同点：
(1) 在门阵列法中逻辑图是转换成门阵列所具有的单元或宏单元，而标准单元法则转换成标准单元库中所具有的标准单元。
(2) 门阵列设计时首先要选定某一种门复杂度的基片，因而门阵列的布局和布线是在最大的门数目、最大的压焊块数目、布线通道的间距都确定的前提下进行的。标准单元法则不同，它的单元数、压焊块数取决于具体设计的要求，而且布线通道的间距是可变的，当布线发生困难时，通道间距可以随时加大，因而布局和布线是在一种不太受约束的条件下进行的。
7
Foundry
设计中心
寄存器传输级行为描述
单元库
布局布线
向 Foundry 提供网表
行为仿真综合
逻辑网表逻辑模拟
掩膜版图
生成延迟版图检查 / 网表和参数提取文件
/ 网表一致性检查
后仿真产生测试向量
制版 / 流片 /测试/封装

《集成电路》课件

《集成电路》ppt课件
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04

《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。

《集成电路版图设计》课件

元器件工作原理
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电路版图设计
案例一
某数字集成电路版图设计
案例三
某射频集成电路版图设计
案例五
某可编程逻辑集成电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、高复杂度、高一致性的特点，需要综合考虑电路功能、性能、可靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电路设计转化为实际产品的关键环节，是实现电路功能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高集成电路的性能和可靠性，确保产品在长期使用中保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证，确保版图设计的正确性和可制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节，进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。

集成电路设计.pptx

双极晶体管和MOS晶体管都可用作有源电阻
MOS管有源电阻器
IDS I
I
VGS V VTP
DI
O
S
+
G+
G
V -
V-
O
I
S
D
VTN V VGS
IDS
(a)
(b)
MOS有源电阻及其I-V曲线
第23页/共66页
晶体管有源寄生电阻
双极晶体管集电区电阻集成电路中集电区电阻Rc要比分立管的大。Rc的增大会影响高频特性和开关性能。
第2页/共66页
Tox
N+
P
sio2
金属
NP金s+io属2
纵向结构
横向结构
MOS 电容电容量
Cox=
Aε0 εsio2
Tox
Tox: 薄氧化层厚度；A: 薄氧化层上金属电极的面积。
一般在集成电路中Tox 不能做的太薄，所以要想提高电容量，只能增加面积。 N+层为了减小串联电阻及防止表面出现耗尽层。
集成电路中要制作一个30 pF的MOS电容器，所用面积相当于25个晶体管的面积。
第3页/共66页
MOS电容 N+
SiO2 P+
AL
N+ N-epi
P-SUB
Al P+
第4页/共66页
❖ PN结电容在PN结反偏时的势垒电容构成的电容器
❖ PN结电容与 MOS电容的数量级相当。
+
-
N+
P
N
外
P衬
第39页/共66页
第40页/共66页
CMOS反相器工作原理
输入端高电平时：

《集成电路设计》课件

蒙特卡洛模拟法
通过随机抽样和概率统计的方法，模拟系统或产品的失效过程，评估其可靠性。
可靠性分析流程
确定分析目标
明确可靠性分析的目的和要求，确定分析的对象和范围。
进行需求分析
分析系统或产品的使用环境和条件，确定影响可靠性的因素和条件。
进行失效分析
分析系统或产品中可能出现的失效模式和原因，确定失效对系统性能和功能的影响。
DRC/LVS验证
DRC/LVS验证概述
DRC/LVS验证是物理验证中的两个重要步骤，用于检查设计的物理实现是否符合设计规则和电路图的要求。
DRC验证
DRC验证是对设计的物理实现进行规则检查的过程，以确保设计的几何尺寸、线条宽度、间距等参数符合设计规则的要求。
LVS验证
LVS验证是检查设计的物理实现与电路图一致性的过程，以确保设计的逻辑功能在物理实现中得到正确实现。
版图设计流程
确定设计规格
明确设计目标、性能指标和制造工艺要求。
导出掩模版
将最终的版图导出为掩模版，用于集成电路制造。
电路设计和模拟
进行电路设计和仿真，以验证电路功能和性能。
物理验证和修改
进行DRC、LVS等物理验证，根据结果进行版图修改和完善。
版图绘制
将电路设计转换为版图，使用专业软件进行绘制。
集成电路设计工具
电路仿真工具
用于电路设计和仿真的软件，如Cadence、Synopsys等。
版图编辑工具
用于绘制版图的软件，如Laker 、Virtuoso等。
物理验证工具
用于验证版图设计的正确性和可靠性的软件，如DRC、LVS等。
可靠性分析工具
用于进行可靠性分析和测试的软件，如EERecalculator、 Calibre等。

《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

集成电路课件

集成电路设计的工具主要包括EDA（Electronic Design Automation）软件，如Cadence、Synopsys等，这些软件提供了从设计到仿真的各种功能。
设计方法学
集成电路设计的方法学主要包括基于硬件描述语言的设计方法、基于高层次综合的设计方法等。同时，随着技术的发展，人工智能和机器学习等方法也逐渐被应用于集成电路设计中。
理和传输。
在计算机领域，集成电路被用于CPU 、GPU、内存等计算机核心部件的设计和制造。
在消费电子领域，集成电路被用于手机、电视、数码相机等电子产品的设计和制造。
在汽车电子领域，集成电路被用于发动机控制、车身控制、自动驾驶等系统的设计和制造。
在航空航天领域，集成电路被用于航空航天设备的导航、控制、通信等系统的设计和制造。
全球集成电路产业现状及特点
01
02
03
产业规模不断扩大
全球集成电路市场规模持续增长，从2016年的 1690亿美元增长到2020 年的1960亿美元。
高技术含量
集成电路是信息技术产业的核心，具有高技术含量，涉及微电子、计算机、通信等多个领域。
全球化特征明显
全球集成电路产业分布广泛，美国、欧洲、日本等国家和地区都有强大的产业集群。
总结词
高可靠性、低能耗、快速响应的功率器件芯片。
详细描述
该案例探讨了某型功率器件芯片的技术创新与产业升级，涉及先进的材料技术、精细加工技术、可靠性验证技术等，强调了集成电路在节能减排、绿色环保等领域的重要作用。
相关知识点
功率器件芯片的特点与用途，集成电路在节能减排、绿色环保等领域的应用价值。
集成电路的基本组成
集成电路主要由输入输出端口、逻辑功能模块、存储器、时钟等组成，不同功能的芯片可能还包括其他特殊模块。

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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0.01
256G 1400 750 3000
9 0.5-0.6
450 18吋
1.1 集成电路（IC）的发展
特征尺寸（微米）
集成电路工艺特征尺寸
0.3 0.25
0.2 0.15
0.1 0.05
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
工艺尺寸
1.1 集成电路（IC）的发展
晶体管数（M）
1G~4G 4G
40
76
385
430
1400 7
1600 7
1.2-1.5 1.2-1.5
300 12吋
300 12吋
2006
0.10
16G 200 520 2000 7～8 0.9-1.2 300 12吋
2009
0.07
64G 520 620 2500 8～9 0.6-0.9 450 18吋
2012
• 1952年5月，英国科学家G. W. A. Dummer第一次提出了集成电路的设想。
• 1958年以德克萨斯仪器公司（TI）的科学家基尔比 (Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路，并于1959年公布了该结果。锗衬底上形成台面双极晶体管和电阻，总共12个器件，用超声焊接引线将器件连起来。
• 特征尺寸越来越小（最小的MOS管栅长或者连线宽度） • 芯片尺寸越来越大（die size） • 单片上的晶体管数越来越多 • 时钟速度越来越快 • 电源电压越来越低 • 布线层数越来越多 • I/O引线越来越多
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路发展规划（1997）
年份
最小线宽 (mm）
1997
元件
连线
I/O
工艺加工
单片半导体材料
1.1 集成电路（IC）的发展
应用电路系统
晶体管的发明
• 1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组： W. Schokley，J. Bardeen、W. H. Brattain
• Bardeen提出了表面态理论， Schokley给出了实现放大器的基本设想，Brattain设计了实验；
• 1947年12月23日，第一次观测到了具有放大作用的晶体管；
• 1947年12月23日第一个点接触式NPN Ge晶体管发明者： W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年Nobel物理奖
1.1 集成电路（IC）的发展
获得1956年Nobel物理奖
集成电路的发明
0.25
DRAM容量 256M
பைடு நூலகம்
晶体管数量(M) 11 芯片尺寸(mm2) 300
时钟频率(MHz) 750
金属层数
6
最低供电电压 (V)
1.8-2.5
最大硅片直径 200
(mm)
8吋
1999
0.18
1G 21 340 1200 6～7 1.5-1.8 300 12吋
2001 2003
0.15
0.13
1.1 集成电路（IC）的发展
第一块单片集成电路
集成电路发展史上的几个里程碑
• 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术现在集成电路产业中占95%以上
• 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器 • 1968年Dennard——单晶体管DRAM • 1971年Intel公司生产出第一个微处理器芯片4004—
• 集成度（元件/芯片）
• 生产IC所用的硅片的直径（6、8、12英寸）
• 芯片的速度 (时钟频率)
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展
• 小规模集成（SSI）→中规模集成（MSI）→大规模集成（LSI）→超大规模集成电路(VLSI)→特大规模集成电路(ULSI)→GSI →SoC 。
集成电路设计基础
第一章集成电路设计概述
华南理工大学电子与信息学院广州集成电路设计中心殷瑞祥教授
第一章集成电路设计概述
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路（IC）的发展
• IC——Integrated Circuit； • 集成电路是电路的单芯片实现； • 集成电路是微电子技术的核心；
ULSI 106 ~ 107 105 ~ 106
1990
DSP
GSI >107 >106 2000
P3 CPU
SoC >5×107 >5×106
2003
P4 CPU
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展
1990年代以后, 工艺从亚微米(0.5到1微米)→深亚微米(小于 0.5m)→超深亚微米(小于0.25 m ，目前已经到了0.06 m) 发展。其主要特点：
单个芯片上的晶体管数
600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
晶体管数
1.1 集成电路（IC）的发展
芯片面积（平方毫米）
集成电路芯片面积
700 600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
获得2000年Nobel物理奖
1.1 集成电路（IC）的发展
获得2000年Nobel物理奖
集成电路的发明
• 平面工艺的发明 1959年7月，美国Fairchild 公司的Noyce发明第一块单片集成电路：利用二氧化硅膜制成平面晶体管，用淀积在二氧化硅膜上和二氧化硅膜密接在一起的导电膜作为元器件间的电连接(布线)。这是单片集成电路的雏形，是与现在的硅集成电路直接有关的发明。将平面技术、照相腐蚀和布线技术组合起来，获得大量生产集成电路的可能性。
—计算机的心脏 • 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算
机完成的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认为：微处理器、宽带连接和智能软件将是21世纪改变人类社会和经济的三大技术创新。
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展水平的标志
• IC加工工艺的特征尺寸 (MOS晶体管的最小栅长、最小金属线宽)
1.1 集成电路（IC）的发展
芯片面积
Vdd(V)
集成电路的电源电压
工艺元件数
门数年代
典型产品
SSI
<102
<10
1961 集成门、触发
器
MSI 102 ~ 10
3
10 ~ 102 1966
计数器加法器
LSI 103 ~ 104 102 ~ 103
1971
8bMCU ROM RAM
VLSI 104 ~ 106 103 ~ 105
1980
16-32bit MCU