超大规模集成电路课程论

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1、超大规模集成电路课程论文题目：超大规模集成电路的设计方法和应用实例院系：专业：年级：　　　学号：　姓名：　　指导老师：　　　完成时间：　　　超大规模集成电路的设计方法和应用实例作者:陈茜指导老师:张婧婧(湖北文理学院，物理与电子工程学院)摘要:本文在概述超大规模集成电路设计方法上，系统地论述了各种设计集成电路的方法，讨论了全定制法、定制法、半定制法以及可编程逻辑器件和逻辑单元阵列设计方法的特点和适用范围。关键词:全定制法定制法半定制法引言:自1959年以来，集成电路技术发生了惊人的变化。第一个设计出来的集成电路只有四个晶体管，而三十年以后的今天，在1989年，一个芯

2、片上集成的晶体管数目已超过一千万个。集成电路经历了SSI、MSI、LSI、VLSL阶段，目前已开始进入特大规模集成电路ULSI（UltraLargeScaleIntegration）阶段。随着集成技术的发展和集成度迅速提高，集成电路芯片的设计越来越复杂，原有的传统方法——手工画图、刻红膜的方法已无法适应，急需在设计方法与设计工具方面来一个大的变革。这就是经常谈论的“设计革命”。各种设计方法学的诞生正是为了适应这种要求。一个集成系统的设计就是在保证产品质量的前提下，正确的选择器件结构、电路形式、工艺方案和设计规则，同时要尽可能地减小芯片尺寸，降低设计成本和缩小设计周期

3、。2设计方法分类目前集成电路已渗透到各个应用领域。它的品种从微处理器、数字式电话一直到电子玩具和家用电器。由于品种的不同，在性能和价格上有很大差别，因而实现各种设计的方法和手段也有所不同。总的来讲，我们希望能在尽可能短的时间内用最低的成本来获得最佳的设计指标，而所用的芯片面积又是最小的。但实际上要全面达到这种要求是很困难的，只能进行某种折衷。根据不同的设计要求，现有的各种设计方法可归纳如下：2.1全定制设计方法（Full-CustomDesignApproach）它适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的设计芯片设计。这种方法通常采用随机逻辑网络，因为它能满足上

4、述要求。但版图设计通常需要人来不断完善，以便把每个器件及内连接安排得最紧凑、最合适，又由于全定制设计是基于晶体管级的芯片设计，从管子的尺寸、安放位置及管子间互连着手设计，因而设计时花费的人工最多，周期最长，比较适合于大批量生产的集成电路芯片设计。全定制设计可以分为手工布图设计和版图自动生成两大类。手工布图设计则是通过人机对话的办法在计算机上完成的。手工布图是最老式的设计方法，但他可以设计出性能最好的VLSI与ASIC，并且自动版图生成器所设计的版图经常要用手工设计的方法加以完善和调整。无论是数字集成电路，还是模拟集成电路，或是数模混合电路，都可以用全定制的方法设计。

5、目前很多芯片已采用或部分采用规则结构网络，如ROM、RAM或PLA，因为这类规则结构的版图设计比较容易，易于用自动设计手段实现。而部分随机逻辑网络也逐渐走向模块化结构，例如计数器、行波进位加法器等。这种标准的模块式结构的版图设计比非标准的随机逻辑要容易得多，且便于检查。为了提高全定制制设计方法的效率，减小错误，现在采用层次式设计手段。2.1.1全定制版图设计方法这种方法是利用人机交互图形系统，由版图设计人员设计版图中的各个器件和连接线。全定制版图设计的特点是针对每个晶体管进行电路参数的优化，这样可以得到最佳的性能以及最小的尺寸。采用这种方法时，除了要求有人机交互的图

6、形系统支持外，还要求有完整的检查和验证的CAD工具，因为设计人员不可避免会造成版图上的某些错误，需要通过自动的加工加以彻底地纠正。2.1.2符号法版图设计这是为了提高版图设计效率而开发的一种设计方法。它利用一组事先定义好的符号来表示版图中的晶体管、接触孔、多晶硅和铝引线等。设计人员根据网络要求画出一相应的符号图，自动转换程序再将这些符号自动地转换成版图图形。这时人们不必考虑版图规则的细节，也不存在违反设计规则的问题。目前有三种符号法：（1）固定栅格式；（2）梗图式；（3）虚网式。固定栅格式是把芯片表面划分成均匀间隔的栅格。栅格大小表示最小的特征尺寸或布局的容差。梗图

7、示是设计人员根据网络图画出一对应的梗形草图。符号法设计系统将其整理成规则的梗形图，再进一步转换成版图形式。虚网格符号法是在吸收了其它符号法的经验基础上发展起来的。2.2定制设计方法（CustomDesignApproach）它适用于芯片性能指标比较高而生产批量又比较大的产品设计。2.2.1标准单元法，其商业名称为多元胞法标准单元法是库单元设计方法中的一种。标准单元法中的各个单元具有同一高度，但宽度不等。单元内的每个器件事先都经过精心的设计，并经过设计规则和电学性能的验证。设计好的各个单元存入CAD系统的单元库中以便调用，单元的电学特性也存入CAD系统的单元模型库