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设计方法举例
反相器的标准单元
反相器的 掩膜版图 单元库中的每个单元 都具有3种描述方式 ： ①单元的逻辑符号（ 以字母L为特征符）
②单元的拓扑版图（ 以字母O为特征符） ③单元的掩膜版 图（ 以字母A为特征符） 反相器 的拓扑 图
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反相器的 逻辑符号
设计方法举例
标ห้องสมุดไป่ตู้单元设计的版图布置
单元库一般包括 有下列元件：
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作业
1. 试述门阵列和标准单元设计方法的概 念和它们之间的异同点。 2. 标准单元库中的单元的主要描述形式 有哪些？分别在 IC 设计的什么阶段应 用？
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集成电路设计EDA系统
Mentor Graphics的特色

从市场占有来看，Cadence的强项产品为IC版图 设计和服务，Synopsys的强项产品为逻辑综合, Mentor Graphics的强项产品为PCB设计和深亚 微米IC设计验证和测试等。

Mentor的网站：
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设计方法举例
FPGA的版图布置
由布线分隔的可编程逻辑 （或宏单元）（CLB： Configurable Logic Block)、 可编程输入\输出块（IOB： Input/output Block) 和布线通道中可编程内部 连线（PI:Programmable Inteconnect)三部分组成。
集成电路设计

基本过程
设计的基本过程 （举例）

功能设计 逻辑和电路设计 版图设计

集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通 过制版和工艺流片可以得到所需的集成电 路。 设计与制备之间的接口：版图
集成电路设计
主要内容

IC设计特点及设计信息描述 典型设计流程 典型的布图设计方法及可测性设计技术
集成电路设计

集成电路设计与制造的主要流程框架
系 统 需 求 设计 掩膜版
芯片制造 过程
单晶、外 延材料
芯片检测
封装
测试
集成电路设计与制造所包含的主要内容



半导体器件物理基础：包括PN结的物理机制、双极管、 MOS管的工作原理等 电路的制备工艺：光刻、刻蚀、氧化、离子注入、扩散、 化学气相淀积、金属蒸发或溅射、封装等工序 集成电路设计：最能反映人的能动性，结合具体的电路， 具体的系统，设计出各种各样的电路 掌握正确的设计方法，可以以不变应万变。随着电 路规模的增大，计算机辅助设计手段在集成电路设 计中起着越来越重要的作用

小规模逻辑电路 中规模逻辑电路 各种宏单元模块 IP核 为了便于布局和布 线，SSI和MSI标准 单元的版图都被设 计成矩形状，版图 的高度相近或相等， 但宽度可以不同。
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宏
单元 宏单元
能 模 块
功
设计方法分类
可编程逻辑电路设计

可编程逻辑电路设计是指用户通过生产商提供的 通用器件自行进行现场编程和制造，得到所需的 专用集成电路。

人工设计，设计周期长，高性能，高集成度
微处理器，模拟电路，IP核…


标准单元 (Standard Cell)

预先设计好的标准单元，设计周期短，性能较好 专用电路 (ASIC)


可编程逻辑器件 (FPGA/PLD)

预先生产的芯片，设计周期最短，低研发成本 原形验证(Prototyping)，可重构计算
设计方法分类
全定制设计



指在电路设计中进行电路结构、电路参数的人工 优化，完成电路设计后，人工设计版图中的各个 器件和连线，以获得最佳性能和最小芯片尺寸。 。 这种设计技术周期很长，设计成本很高，一般适 用于对性能要求很高或批量很大的产品。如存储 器、微处理器等通用集成电路，一个设计版本有 几百万块集成电路的批量。 由于模拟集成电路、数模混合集成电路的设计软 件尚不很成熟，通常也采用全定制设计方法。
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设计方法举例
全定制的集成电路设计
运算放大器版图设计
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设计方法举例
全定制的集成电路设计
运算放大器的设计
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设计方法举例
电路设计抽象级别
ENABLE ENABLE
使能电路 上电复位电路 DIN 发送控制电路 输出驱动电路 OUT1 OUT2
基准源
共模反馈电路
偏置电路
系统级
结构级
晶体管级 器件物理级
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集成电路设计EDA系统
Zeni EDA软件
九天（Zeni）系统是熊猫（Panda）系统的改进版， 由我国在80年代后期自主开发，面向全定制和半定制大
规模集成电路设计的EDA工具软件。
覆盖了集成电路设计的主要过程，包括： 基于语言的和基于图形的设计输入，各个级别的设计 正确性的模拟验证（ZeniVDE）； 交互式的物理版图设计（ZeniPDT）；
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设计方法分类
标准单元设计


标准单元法设计是一种常用的集成电路设计方法。 所谓标准单元，是指预先设计完毕并存放在单元 库中的元件，这些元件在逻辑功能层次和版图层 次都经过优化和标准化设计，标准单元的逻辑符 号及电学特性存入逻辑库中，版图则存入版图库。 标准单元设计，就是在设计中用图形或硬件描述 语言调用库元件，在布局布线阶段，这些库元件 的版图也被 EDA 工具所调用，进行自动布局和布 线。
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设计方法分类
设计方法选取的主要依据:

设计周期 设计成本 芯片成本 芯片尺寸 设计灵活性、保密性和可靠性等. 最主要的：设计成本在芯片成本中所占比例
芯片成本CT：
CD CP CT V yn
小批量的产品：减小设计费用； 大批量的产品：提高工艺水平，减小芯片尺寸， 增大圆片面积
CMOS、双极(Bipolar)、Bi-CMOS
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic) 寄生参数提取 (PE: Parasitical Extraction) 后仿真
按照规格要求，选用已用于工 业的成熟模块，略微修改、组 合成满足规格要求的电路。
设计特点和设计信息描述

设计特点(与分立电路相比)



对设计正确性提出更为严格的要求 测试问题 版图设计：布局布线 分层分级设计(Hierarchical design)和模块化设计
高度复杂电路系统的要求 什么是分层分级设计？ 将一个复杂的集成电路系统的设计问题分解为复杂性较低 的设计级别，这个级别可以再分解到复杂性更低的设计级别； 这样的分解一直继续到使最终的设计级别的复杂性足够低，也 就是说，能相当容易地由这一级设计出的单元逐级组织起复杂 的系统。一般来说，级别越高，抽象程度越高；级别越低，细 节越具体
GDSII文件
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集成电路设计EDA系统
集成电路设计EDA工具介绍

EDA—Electronic Design Automation --电子设计自动化。

集成度提高，设计的复杂度越来越高。
提高设计效率，减少设计周期。
工作平台
•公司、高校：工作站，Unix、Linux操作系统； •高校、个人学习：PC机，Linux操作系统； •极少使用Windows操作系统。 Unix, Linux操作系统： 开放、安全、稳定、可靠、免费使用。
集成电路设计

定义
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行封装， 电路与外部的连接靠引脚完成。
集成电路设计

定义
什么是集成电路设计？ 根据电路功能和性能的要求，在正确选 择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方 案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积， 降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局 优化，设计出满足要求的集成电路。
版图正确性验以及CAD数据库 （ZeniVERI）。
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集成电路设计EDA系统
Silvaco EDA软件

工艺计算机辅助设计(TCAD);
基于PDK(制造验证工艺设计工具 )的定制IC CAD设计


工艺仿真和器件仿真； SPICE 模型的生成和开发； 互连寄生参数的极其精确的描述； 基于物理的可靠性建模以及传统的CAD。

设计特点和设计信息描述
从层次和域表示分层分级设计思想
域： 行为域：集成电路的功能
结构域：集成电路的逻辑和电路组成 物理域：集成电路掩膜版的几何特性和物 理特性的具体实现
层次：系统级、算法级、寄存器传输级(也称
RTL级)、 逻辑级与电路级
设计方法分类

设计方法分类
全定制 (Custom Design)
设计人员采用熔断丝、电写入等方法对已制备好 的通用器件实现编程，得到所需的逻辑功能，这 种方式不需要制作掩膜版和进行微电子工艺流片， 因此设计周期短、成本低。


包 括 PLD(Programmable Logic Device) 和 FPGA(Field Programmable Gate Array)等
自动测试向量生成 TetraMAX ATPG 。。。。。。。。。
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集成电路设计EDA系统
Mentor graphics EDA软件
具有EDA全线产品，包括： 仿真工具Eldo、 ModelSim等 ; 验证工具Calibre 系列； IC设计工具icstudio； FPGA设计系统; IC测试软件FastScan 、DFT、DFM等 ; PCB设计系统