集成电路CAD概述习题.ppt

第一章第一章 集成电路集成电路(IC)(IC)设计及集成电设计及集成电路路CADCAD工具应用概述工具应用概述第三节第三节 集成电路集成电路CADCAD概述概述 术语荟萃术语荟萃CAX(ComputerAidedX)计计算算机机辅辅助助技术技术CAD(ComputerAidedDesign)计计算算机机辅助设计辅助设计CAM(Computer Aided Manufacturing)计算机辅助制造计算机辅助制造CAPP计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划(ComputerAidedProcessProgramming)CIMS计算机集成制造系统计算机集成制造系统(ComputerAidedManufacturingSystem)CAE计算机辅助工程计算机辅助工程(ComputerAidedEngineerring)CAT计算机辅助测试计算机辅助测试(ComputerAidedTest)1.3.2 EDA1.3.2 EDA工具的工具的发展与现状发展与现状集成电路最重要的生产过程包括集成电路最重要的生产过程包括EDA(电子设计自动化电子设计自动化)EDA进行集进行集成电路设计成电路设计;3.根据设计结果在硅圆片上加工芯根据设计结果在硅圆片上加工芯片片;4.对加工完毕的芯片进行测试对加工完毕的芯片进行测试;5.对芯片进行封装对芯片进行封装;最后经应用开发将其装备到整机系最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。统上与最终消费者见面。第一代第一代用于用于IC设计的设计的CAD工具出工具出现于现于20世纪世纪60年代末年代末70年代初，年代初，只能用于芯片的版图设计及版图设只能用于芯片的版图设计及版图设计规则检查，尚不能提供电器规则计规则检查，尚不能提供电器规则检查以保证所设计的版图满足电路检查以保证所设计的版图满足电路性能的要求。性能的要求。20世纪世纪80年代，工作站年代，工作站（Workstation）推出，一些）推出，一些CAD公司公司推出了推出了第二代第二代CAD系统。这些软件不系统。这些软件不仅具有图形处理能力，而且还有原理图仅具有图形处理能力，而且还有原理图输入和模拟能力。随着输入和模拟能力。随着pc机的普及，这机的普及，这种种IC CAD开发工具又很快进入到个人计开发工具又很快进入到个人计算机领域。算机领域。第三代第三代，称之为电子设计自称之为电子设计自动化（动化（EDA:Electronic-System Design Automation）系统。目）系统。目前，设计工具已从前，设计工具已从CAD技术发展技术发展到了到了EDA技术技术.EDA即电子设计自动化，即电子设计自动化，EDA技技术的发展是以计算机科学、微电术的发展是以计算机科学、微电子技术的发展为基础，并汇集了子技术的发展为基础，并汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数计算机图形学、拓扑学和计算数学等众多学科的最新成果发展起学等众多学科的最新成果发展起来的。来的。主要标志是系统及设计工具主要标志是系统及设计工具的推出（包括目前已广泛流行的推出（包括目前已广泛流行的硬件描述语言的硬件描述语言VHDL和和Verilog机器模拟器）和逻辑机器模拟器）和逻辑设计工具的广泛应用。设计工具的广泛应用。这些这些EDA系统功能覆盖了电子产品的设系统功能覆盖了电子产品的设计全过程，从系统描述输入、综合、模计全过程，从系统描述输入、综合、模拟、布图、验证、到测试都有各种各样拟、布图、验证、到测试都有各种各样的的CAD工具，系统的设计能力已经达到工具，系统的设计能力已经达到每个芯片几十万到上百万门。在现代电每个芯片几十万到上百万门。在现代电子设计中，子设计中，EDA技术已经成为一种普遍技术已经成为一种普遍的工具，对设计者而言，熟练的掌握的工具，对设计者而言，熟练的掌握EDA技术，可以大大提高工作效率。技术，可以大大提高工作效率。近年来，近年来，EDA设计工具根据市场需求迅设计工具根据市场需求迅速发展，出现了专门的速发展，出现了专门的EDA工具供应商，工具供应商，目前，目前，EDA主要市场份额为美国的主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和和Mentor等少数等少数企业所垄断，中国华大集成电路设计中企业所垄断，中国华大集成电路设计中心是国内唯一一家心是国内唯一一家EDA开发和产品供应开发和产品供应商。商。EDAEDA设计条件设计条件1 1）硬硬件件：高高性性能能的的计计算算机机，包包括括工工作作站站（Working Working StationStation），应应用用的的操操作作系系统统是是UNIXUNIX，还还有有高高性性能能的的PCPC机机，应应用用的的操操作作系系统统有有两种，两种，LinuxLinux和和WindowsWindows。工作站工作站诞生于诞生于2020世纪世纪8080年代年代品种品种:SUN,IBM,DEC,HP,SGI:SUN,IBM,DEC,HP,SGI等公司的产品等公司的产品2)2)软件软件 工工作作站站EDAEDA软软件件，微机微机EDAEDA软件。软件。3 3）ICIC设计工程师设计工程师 了解电路基础知识。至了解电路基础知识。至少掌握一门硬件语言，熟悉少掌握一门硬件语言，熟悉工具使用，对所作的项目有工具使用，对所作的项目有一个全面的了解。一个全面的了解。1.3.3 1.3.3 目前应用广泛的目前应用广泛的EDAEDA工具工具1、Cadence EDA软件软件2、Synopsys EDA软件软件3、Mentor EDA 4、Zeni EDA软件软件安装在工作站上的软件安装在工作站上的软件 EDA工具仍以工作站作工具仍以工作站作为主要安装平台，尽管微为主要安装平台，尽管微机非常普及，但是由于多机非常普及，但是由于多种原因，安装在工作站上种原因，安装在工作站上的软件普遍功能较全。的软件普遍功能较全。1、Cadence EDA软件软件Cadence公司成立于公司成立于1987年，是世界年，是世界EDA业界的著名公司之一。业界的著名公司之一。Cadence是一个大是一个大型的型的EDA软件，包括软件，包括了了ASIC设计整个流程设计整个流程所需的工具。所需的工具。电路图设计工具电路图设计工具Composer数字仿真工具数字仿真工具Verilog-xl布局布线工具布局布线工具Silicon Ensemble电路模拟工具电路模拟工具Analog Artist版图设计工具版图设计工具Virtuoso Layout Editor版图验证工具版图验证工具Dracula Cadence的的综合工具与综合工具与Synopsys的相比略有逊色，一般工作站上的的相比略有逊色，一般工作站上的综合都是由综合都是由DC来完成。所以来完成。所以Cadence与与Synopsys的结合可以的结合可以说是说是EDA 设计领域的黄金搭档。设计领域的黄金搭档。图图1 cadence1 cadence的的CIWCIW用用户户界面界面启动启动Cadence 软件的命令常用的软件的命令常用的有有icfb,icms等等 2、Synopsys EDA软件软件Synopsys公司在公司在EDA业界以它的综合工具而业界以它的综合工具而著称。著称。Synopsys提倡提倡高层设计，使用该公司高层设计，使用该公司的综合工具。的综合工具。3、Mentor EDA Mentor EDA公司创立于公司创立于1981年，年，具有具有EDA全线产品，包括以下工具：全线产品，包括以下工具：设计图输入设计图输入数字电路设计工具数字电路设计工具模拟电路分析工具模拟电路分析工具数数/模混合电路分析工具模混合电路分析工具逻辑综合工具逻辑综合工具故障分析模拟工具、故障分析模拟工具、PCB设计、设计、ASIC设计与校验、自动测试矢设计与校验、自动测试矢量生成（量生成（ATPG）、系统设计）、系统设计工具、数字信号处理（工具、数字信号处理（DSP）工具、工具、FPGA设计工具等。设计工具等。4、Zeni EDA软件软件 九天（九天（Zeni）系统是熊猫）系统是熊猫（Panda）系统的改进版。熊猫系统）系统的改进版。熊猫系统是我国在是我国在20世纪世纪80年代后期自主开年代后期自主开发的面向全定制合半定制大规模集成发的面向全定制合半定制大规模集成电路而设计的，具有可支持电路而设计的，具有可支持10万个万个元件规模设计能力的大型集成电路计元件规模设计能力的大型集成电路计算机辅助设计系统。算机辅助设计系统。ViewlogicViewlogic电路设计工具电路设计工具 Tanner Tools ASICTanner Tools ASIC开发工具开发工具 OrCADOrCAD综合电子综合电子CADCAD工具工具 微机软件微机软件 Viewdraw-Viewdraw-电路原理图绘制电路原理图绘制ViewsimViewsim功能模拟，时序仿真功能模拟，时序仿真ViewgenViewgen从网表生成原理图从网表生成原理图ViewfaultViewfault故障仿真器故障仿真器SpeedwareVHDLSpeedwareVHDL语言设计环境语言设计环境一般前端电路设计应用较多一般前端电路设计应用较多ViewlogicViewlogic电路设计工具电路设计工具Tanner Tools ASICTanner Tools ASIC开发工具开发工具也也能能用用于于逻逻辑辑模模拟拟，后后端端版版图图设设计计是是它的强项和重点。主要有以下工具：它的强项和重点。主要有以下工具：全定制版图编辑工具：全定制版图编辑工具：L-EditL-Edit,其中其中有有SPPSPP标准单元布局布线标准单元布局布线,DRC,DRC设计规设计规则检查则检查,LPE,LPE版图参数提取版图参数提取,LVS,LVS版图电版图电路验证路验证。OrCADOrCAD综合电子综合电子CADCAD工具工具原理图设计工具原理图设计工具OrCAD/CaptureOrCAD/Capture数字数字/模拟电路仿真工具模拟电路仿真工具OrCAD/PspiceOrCAD/PspicePCBPCB版图设计工具版图设计工具OrCAD/layout.OrCAD/layout.另外另外仿真工具仿真工具modelsim面向面向ASIC的的NT版本的综版本的综合工具合工具DC Compiler第四节第四节 习题与讨论习题与讨论集成电路集成电路(Integrated Circuit)Integrated Circuit)是指通过一系列特定的加工工艺，是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有元器件和电将晶体管、二极管等有元器件和电阻、电容、电感等无源器件，按着阻、电容、电感等无源器件，按着一定的电路互连，一定的电路互连，“集成集成”在一块在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。或系统功能的一种器件。1 1、集成电路的基本概念、集成电路的基本概念？2 2、集成电路、集成电路CADCAD的含义，的含义，目前发展阶段？目前发展阶段？Integrated Circuit Computer Aided Design EDA3 3、写出英文缩写的全称：、写出英文缩写的全称：IC VLSI IC VLSI ICIC：Integrated Circuit VLSI：Very Large Scale Integration Circuit 1 1）按器件结构类型：）按器件结构类型：双极集成电路双极集成电路MOSMOS集成电路集成电路BiCMOSBiCMOS集成电路集成电路4 4、述集成电路的几种主要分类、述集成电路的几种主要分类方法方法 小规模集成电路小规模集成电路(SSI:Small Scale Integration)中规模集成电路中规模集成电路(MSI:Medium Scale Integration)大规模集成电路大规模集成电路(LSI:Large Scale Integration)超大规模集成电路超大规模集成电路(VLSI:Very Large Scale Integration)特大规模集成电路特大规模集成电路(ULSI:Ultra Scale Integration)巨大规模集成电路巨大规模集成电路(GLSI:Giant Scale Integration)2 2）按集成度（规模）分类：）按集成度（规模）分类：单片集成电路单片集成电路混合集成电路混合集成电路3 3）按基片材料分：）按基片材料分：4 4）按电路的功能分：）按电路的功能分：数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路数模混合集成电路数模混合集成电路5 5）按应用领域分：）按应用领域分：标准通用集成电路标准通用集成电路专用集成电路专用集成电路5 5、按设计步骤分集成电路、按设计步骤分集成电路设计方法分几类？都是什么设计方法分几类？都是什么？自顶向下（自顶向下（top-downtop-down）自底向上自底向上(Bottom-up)(Bottom-up)6 6、试述集成电路设计流程？、试述集成电路设计流程？ASICASIC的一般设计步骤：的一般设计步骤：设设 计计 输输 入入：采采 用用 草草 图图 或或 硬硬 件件 描描 述述 语语 言言HDL(Hardware HDL(Hardware Description Description Language)Language)的的方方式式将电子系统输入到将电子系统输入到ASICASIC设计系统。设计系统。功能仿真功能仿真逻逻辑辑综综合合：对对于于HDLHDL输输入入方方式式，采采用用逻逻辑辑综综合合工工具具建建立立网网表表对对逻逻辑辑单单元元和和其其相相互互连连接接的描述。的描述。布局前模拟：监查系统功能的正确性。布局前模拟：监查系统功能的正确性。布局：确定功能块中每个单元的位置。布局：确定功能块中每个单元的位置。布线：对功能块之间和单元之间进行布线。布线：对功能块之间和单元之间进行布线。参参数数提提取取：确确定定各各个个连连接接处处的的电电阻阻和和电电容容等等电学参数值。电学参数值。布布局局后后模模拟拟（后后仿仿真真）：加加入入世世不不拒拒不不嫌嫌增增加加的的各各种种寄寄生生电电学学参参数数之之后后，再再次次检检查查电电子子系系统能否正常工作。统能否正常工作。7 7、集成电路设计方法？、集成电路设计方法？1.1.全定制设计方法全定制设计方法(Full-Custum(Full-Custum Design Approach)Design Approach)2.2.半定制半定制设计设计方法（方法（Semi-Custom Semi-Custom Design ApproachDesign Approach）8 8、衡衡量集成电路发展水平量集成电路发展水平指标？指标？1 1、集成规模（、集成规模（Integration ScaleIntegration Scale）2 2、特征尺寸、特征尺寸(Feature Size)(Feature Size)9 9、摩尔定律、摩尔定律芯片上晶体管数目每隔芯片上晶体管数目每隔1818个个月翻一番或每两三年翻两番，月翻一番或每两三年翻两番，这一关系称为摩尔定律这一关系称为摩尔定律（Moores LawMoores Law）1010、趋势？、趋势？高密度高密度高高I/OI/O引脚数引脚数高系统时钟频率高系统时钟频率低功耗低功耗先进封装先进封装 1111、设设计要素？计要素？高素质的工程师高素质的工程师 完善的完善的EDAEDA工具工具 高质量的设计库高质量的设计库 1212、半定制设计方法有那、半定制设计方法有那几种？几种？门阵列（门阵列（GA:Gate ArrayGA:Gate Array）法）法门海门海(Sea Of Gate)(Sea Of Gate)法法标标准准单单元（元（SC:Standard CellSC:Standard Cell）法）法 积积木法（木法（BB:Building BlockBB:Building Block）可可编编程程逻辑逻辑器件（器件（PLD:Programmable PLD:Programmable Logic DeviceLogic Device）设计设计方法。方法。1313、标准单元法的特点、标准单元法的特点？等高不等等高不等宽 1414、列出主要的、列出主要的EDAEDA工具？工具？1 1、Cadence EDACadence EDA软件软件2 2、Synopsys EDASynopsys EDA软软件件 3 3、Mentor EDAMentor EDA软软件件4 4、Zeni EDAZeni EDA软软件件