专用集成电路和可编程集成电路

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1、第八章专用集成电路和可编程集成电路8.1专用集成电路的作用与特点8.2门阵列集成电路8.3标准单元集成电路8.4多设计项目硅圆片方法8.5可编程逻辑器件8.6逻辑单元阵列8.7门阵列、标准单元与可编程集成电路的比较8.1专用集成电路的作用与特点专用集成电路(ASIC)被认为是用户专用电路(customspecificIC)，即它是根据用户的特定要求．能以低研制成本、短交货周期供货的集成电路。它最主要的优点在于：(1)可减少系统上总的芯片数目，因为一个新的ASIC芯片可以替代印刷电路板上一组通用的标准IC产品；(2)有较高的性能，由于是专门为某

2、一种应用而设计的，因此可以得到优化的设计；(3)可增加一些特殊的功能，这些特殊的功能是其他公司的产品所不具有的，而付出的代价并不大；(4)增加设计的保密性，如果采用通用的IC产品则很容易被别人所抄袭。8.1专用集成电路的作用与特点采用ASIC后，对整机系统的制造也会带来明显的效益：(1)减少了印刷电路板的数目，可明显地节省系统购体积和重量；(2)增加了系统的可靠性；(3)减少了总的功率耗散，因而可用较小的电源设备；(4)由于减少了芯片之间的连接，因而可增加系统的工作速度。此外，系统尺寸、重量以及功耗的减少可进一步降低系统在外壳和冷却方面的成本

3、。ASIC可以说是市场竞争的产物，因而ASIC通常不采用设计周期很长、设计成本很高的全定制设计方法，而往往采用半定制的门阵列IC、定制的标准单元IC，或者直接使用可编程逻辑器件糊可编程逻辑单元阵列由用户自己通过编程来实现。8.2门阵列集成电路门阵列(gatearray)包括数字电路门阵列和线性阵列(lineararray)两大类。前者简称为门阵列，它又分为有通道门阵列(常称为门阵列)及无通道门阵列(或称门海)两种。门阵列从。严格的意义上讲，应称为晶体管阵列。它是预先在芯片上生成由基本单元所组成的阵列，即完成了连线以外的所有芯片加工工序。设计时

4、是调用门阵列库，根据电路要求完成布局布线。再送去工厂完成最后的连线等工序。8.2.1TTL有通道门阵列典型的有通道门阵列的基片结构如图8-1所示。单元被排列成行，行与行(列与列)之间留有作为这线用的通道区，通道区的高度是固定的。这就是“有通道门阵列”这一名词的来由。为了保证单元之间的布线具有100％的布通率，需要有较宽的通道，因这会导致无用的走线区域，因而浪费硅面积。门阵列的另一特点是在基片的四周，有固定数目的输入／输出单元和压焊块。门阵列可以有单层布线和双层布线。如果只允许单层金属布线，当垂直线段为金属时，则水平线段必须采用多晶硅。如果有双

5、层布线时，则两层金属之间通过通孔(via)相连。8.2.1TTL有通道门阵列8.2.1TTL有通道门阵列门阵列的各单元中包含有规则的和重复的晶体管，在双极型门阵列中还包含有电阻。在CMOS门阵列中，典型的基本单元为2个P沟晶体管和2个N沟晶体管，如图8-2。门阵列具有相同的单元，但可以通过不同的连接来获得不同的功能。如采用图8.2的两个基本单元就可以形成一个3输入端的与非门，见图8-3。图中有×号的为第一层金属的接触孔。有+号的为第一层金属与第二层金属之间的通孔(via)。需要更复杂功能的时候可以采用多个基本单元。实际上在门阵列的数据手册中已

6、经给出了一些基本逻辑单元和功能块的内部连线图(也称为宏单元)，因而设计者并不需要解决单元和功能块内部的连线问题(实际上也不可能改变)，而只要处理各基本逻辑单元或功能块之间的连线。8.2.1TTL有通道门阵列8.2.1TTL有通道门阵列8.2.1TTL有通道门阵列由于芯片内的各单元是相同的，通道的高度是固定的，输入／输出单元和压焊块的数目也相同，因此可以采用统一的掩模版，并可完成连线以外的所有芯片加工工序(也就是金属化以前的所有工序)，这样就可以大批量生产。可以把加工后的芯片储存起来，在需要时，从中取出一部分加以“单独处理”。当然门阵列；芯片供

7、应商为了适应不同规模电路的需要，设计和制作了不同规格(含有不同数目的单元、不同数目的I／O单元及压焊块、不同的通道尺寸)的系列基片供用户使用。8.2.1TTL有通道门阵列所谓的单独处理就是根据电路的要求。进行逻辑门的布局和门之间的布线。这时就需要单独设计和制作用于接触孔相连线的掩模版。对于单层布线工艺，只要设计2块掩模版(一块用于接触孔，另一块用于金属布线)；对于双层布线，则需要4块掩模版(一块为接触孔，一块为通孔，另两块分别为第一层金属和第二层金属)。采用双层金属布线方案可以得到更紧凑的布图，出而有较小的芯片面积。门阵列可以采用各种电路技术

8、，如STL，ECL、TTL和CMOS等，但CMOS用得更普通。8.2.1TTL有通道门阵列门阵列；芯片的规模通常用有多少个等效输入门来表达。这里的等效输入门是指2输