• 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。
24
工作站平台上的主流EDA软件
Cadence EDA软件
✓数字系统模拟工具Verilog-XL； ✓电路图设计工具Composer； ✓电路模拟工具Analog Artist； ✓射频模拟工具Spectre RF； ✓版图编辑器Virtuoso Layout； ✓布局布线工具Preview； ✓版图验证工具Dracula等
3
集成电路的特点：
➢微型化 ➢高集成度 ➢低成本 ➢功能强大 ➢低功耗 ➢高速 ➢所有元件及连线享用同一基片 ➢损坏后不可维修
4
Intel 公司CPU—Pentium® 4
电路规模：4千2百万个晶体管 生产工艺：0.13um 最快速度：2.4GHz
5
➢ 自上世纪90年代以来:
➢ 数字集成电路飞速发展： 微处理器性能提高了 1000倍！
➢ 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
14
集成电路设计方法的比较
全定制
单片成本 开发费用 开发周期
低
高
长
标准单元
可编程逻辑器件
高
低
短
15
产量不同时成本与设计方法的关系
16
全定制的集成电路设计
运算放大器的设计
17
全定制的集成电路设计
运算放大器版图设计
18
电路设计抽象级别
ENABLE ENABLE
DIN
系统级
使能电路
上电复位电路
发送控制电路
后仿真
寄生参数
芯片
测试
20
模拟集成电路设计
模拟电路设计
布局布线(Layout)
晶体管级原理图设计 SPICE仿真
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)
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。
物理规则验证 (DRC: Design Rule Check)
与电路图一致性验证 (LVS: Layout vs. Schematic)
GDSII文件
22
本课程采用的设计流程
设计目标 User concept
原理图设计与输入 Schematic
电路仿真 simulation
版图绘制与优化 Layout
➢ 模拟集成电路进展： ADC速度或精度提高10倍。
➢ 为什么数字电路发展更快?
➢ 数字电路: 折中考虑速度和功耗；按比例缩小。 ➢ 模拟电路: 兼顾速度、功耗、精度、线性度、噪声、
匹配...
6
双极型（三极管）与CMOS技术
• 双极型技术（Bipolar）:
• 低噪声 • 高增益 • 高驱动能力、高频
• CMOS技术:
• 低功耗 • 高集成度 • 抗噪声
• Bi-CMOS技术:
7
现代IC设计绝大多数采用CMOS工艺
数字电路 数模混合电路 现代模拟电路
8
利益驱动下，IC特征尺寸不断缩小
1960年：25um
1990年：1um
2000年：0.18um
2009年：45nm
1000
特征尺寸（纳米）
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
输出驱动电路
基准源
共模反馈电路
偏置电路
OUT1 OUT2
结构级
晶体管级
器件物理级 19
设计目标
集成电路设计流程
功能与性能指标
系统级设计
划分功能模块，系统级仿真
前端设计 电路原理图设计
行为级/寄存器级/门级 /晶体管级电路设计与仿真
电路版图设计
布局布线，规则验证
后端设计
模拟集成电路设计 数字集成电路设计
寄生参数提取 (PE: Parasitical Extraction)
GDSII文件
后仿真
21
数字集成电路设计流程
数字电路设计
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Verilog/VHDL进行 行为级功能设计
布局布线 (LAYOUT)
行为级功能仿真 综合(Synthesis) 门级verilog仿真
11
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
IC设计流程与常用EDA工具 CMOS集成电路原理图及版图 工艺库文件 CMOS倒相器的原理图绘制与电路仿真 CMOS倒相器的版图绘制与验证 寄生参数提取与后仿真 设计实例
12
第一章 IC设计流程与常用EDA工具
13
设计方法
➢ 定制 (Custom Design)
集成电路设计
引言：芯片，现代社会的基石
内存条
PDA：掌上电脑
手机
数码相机
主板
计算机
2
Integrated Circuit (IC)
以半导体材料为基片，将至少有一个是有源元件的 两个以上元件和部分或者全部互连线路集成在一个基片 上，以执行某种功能的电子产品。
芯片内部 集成电路
芯片 内存条
主板
计算机
100
10
1
9
Beyond 90 nm
90nm工艺
65nm工艺
45nm工艺
30nm工艺
10
先修课程
理论课： ➢模拟集成电路设计 ➢数字集成电路设计 ➢半导体工艺技术
语言： ➢Spice
本课程
➢集成电路设计实践环节
《集成电路设计技术与工具》 王志功，东南大学出版社 《模拟集成电路设计精粹》 Sansen，清华大学出版社 《数字集成电路——设计透视》Jan M.Rabaey，清华大学出版社 《CMOS集成电路版图—概念、方法与工具》 Dan Clein,电子工业出版社
设计规则检查 DRC check
原理图与版图一致性比较 LVS check
寄生参数提取mulation
工艺文件 Files from foundry
版图文件输出 Export GDS file
23
集成电路设计EDA工具介绍
• EDA—Electronic Design Automation --电子设计自动化。