其设计步骤与“自底向上”步骤相反。设计者首先进行行
为
设计；其次进行结构设计；接着把各子单元转换成逻辑图
或电路图；最后将电路图转换成版图。
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功能要求
行为设计 （Verilog/VHDL）
不满足 行为仿真
满足 综合、优化
网表 不满足
时序仿真 满足
版图自动 布局、布线
不满足 后仿真
满足
流片、封装、测试
集成电路设计技术与工具
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主要内容
集成电路简介 集成电路材料与器件物理基础 集成电路制造工艺 集成电路版图设计与工具 集成电路元器件及其SPICE模型 集成电路仿真软件SPICE 模拟集成电路晶体管级设计 数字集成电路晶体管级设计 集成电路模块级设计 集成电路系统级设计简介 集成电路封装 集成电路测试
表1 CMOS工艺特征尺寸发展进程
在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十年，集成电路芯片
的集成度每三年翻两番 ，而加工特征尺寸缩小 2 倍。 这就是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总
结的规律，被称为摩尔定律。
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1.2 集成电路的分类
器件结构类型 集成度 使用的基片材料 电路的功能 应用领域
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1.3 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 。
❖ “自顶向下”（Top-down）
4
集成电路芯片显微照片
集成电路芯片键合
5
各种封装好的集成电路
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1.1 集成电路的发展
集成电路的历程:
1947-1948年: 世界上第一只晶体三极管面世 1950年: 成功研制出结型晶体管 1952年: 英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路”
的设想 1958年: 在美国德州仪器公司工作的Jacky Killby制造
按晶体管数目划分的集成电路规模
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按使用的基片材料分类
• 单片集成电路：
它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半 导体基片上的集成电路 在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅， 除此之外还有GaAs等
• 混合集成电路：
厚膜集成电路 薄膜集成电路
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按电路的功能分类
➢ 数字集成电路(Digital IC)： 它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进 行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路。
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按集成度分类
集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目
类别
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC 双极IC
<102
<100
102103 100500
103105 5002000
105107 >2000
107109
>109
模拟集成电路
<30 30100 100300 >300
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一、全定制方法
全定制IC：硅片没有经过加工 ，其各掩模层都要 Байду номын сангаас特定电路的要求进行专门设计
适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积 的芯片设计
版图设计时采用人工设计，对每个器件进行优化， 芯片性能获得最佳，芯片尺寸最小
设计周期长，设计成本高，适用于性能要求极高 或批量很大的产品，模拟电路
出世界上第一块集成电路—双极型晶体管集成 电路 1960年: 世界上成功制造出第一块MOS集成电路
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1.1 集成电路的发展
年份 1989年 特征尺寸 1.0µm 水平标志 微米（M）
1993年
0.6µm
亚微米 （SM）
1997年
0.35µm
深亚微米 （DSM）
2001年
0.18µm
超深亚微米 （VDSM）
VLSI数字IC的设计流图
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
流片、封装、测试
模拟IC的设计流图
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1.4 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）
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集成电路设计与九天EDA工具应用 第1章 集成电路设计导论
1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路的分类 1.3 集成电路设计步骤 1.4 集成电路设计方法 1.5 电子设计自动化技术概论
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集成电路
Integrated Circuit ，缩写IC 通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二 极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源 器件，按照一定的电路互连，“集成”在一 块 半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一 个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种 器件。
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按器件结构类型分类
双极集成电路：主要由双极晶体管构成
NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路
金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS 晶体管(单极晶体管)构成
NMOS PMOS
CMOS(互补MOS)
双 极 -MOS(BiMOS) 集 成 电 路 ： 同 时 包 括 双 极 和 MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合 了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂
➢ 模拟集成电路(Analog IC)： 它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路，通 常又可分为线性集成电路和非线性集成电路 ： 线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、 电压比较器、跟随器等。 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路。
➢ 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ： 例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。
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按应用领域分类
❖ 标准通用集成电路： 通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大的 标准系列产品。这类产品往往集成度不高，然而社会需 求量大，通用性强。
❖ 专用集成电路： 根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的集成 电路简称ASIC，其特点是集成度较高功能较多，功耗较 小，封装形式多样。
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二、半定制方法
半定制的设计方法分为门阵列（GA：Gate Array）法和门海（GS：Sea of Gates）； 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。