第1章集成电路设计技术与工具

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1、集成电路设计技术与工具1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2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3集成电路IntegratedCircuit，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

2、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。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61.1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JackyKillby制造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71.1集成电路的发展年份1989年1993年1997年2001年特

3、征尺寸1.0µm0.6µm0.35µm0.18µm水平标志微米（M）亚微米（SM）深亚微米（DSM）超深亚微米（VDSM）表1CMOS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倍。这就是由Intel公司创始人之一GordonE.Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。8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1.2集成电路的分类9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

4、体管(单极晶体管)构成NMOSPMOSCMOS(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10集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目按集成度分类类别数字集成电路模拟集成电路MOSIC双极ICSSI<102<100<30MSI10210310050030100LSI1031055002000100300VLSI105107>2000>300ULSI107109GSI>109按晶体管数目划分的集成电路规模11单片集成电路：它是指电路中所有的元器件

5、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按使用的基片材料分类12数字集成电路(DigitalIC)：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。模拟集成电路(AnalogIC)：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-AnalogIC)：例如

6、数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。按电路的功能分类13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。按应用领域分类14“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

7、法。“自顶向下”（Top-down）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。1.3集成电路设计步骤15VLSI数字IC的设计流图模拟IC的设计流图16全定制方法（Full-CustomDesignApproach）半定制方法（Semi-CustomDesignApproach）1.4集成电路设计方法17全定制IC：硅片没有经过加工，其各掩模层都要按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