第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式

1、第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式2集成電路實現(xiàn)方法集成電路實現(xiàn)方法可歸納為兩大類可歸納為兩大類:版圖設(shè)計法版圖設(shè)計法(本講介紹本講介紹) 全定制設(shè)計法全定制設(shè)計法(模擬模擬IC)標準單元設(shè)計法標準單元設(shè)計法(數(shù)字數(shù)字IC)現(xiàn)場可編程現(xiàn)場可編程器件法器件法(第七講介紹第七講介紹)ROM、PROM、EPROM、EEPROM系列系列PAL、GAL系列系列CPLD、FPGA系列系列版圖的基本要素版圖的基本要素第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式3一、全定制版圖設(shè)計方法一、全定制版圖設(shè)計方法Full-Custom Design Approach 以人工設(shè)計為主以人工設(shè)計為主計算機作為繪圖

2、與規(guī)則檢查工具起輔助作用計算機作為繪圖與規(guī)則檢查工具起輔助作用元器件元器件, 最佳尺寸（性能、驅(qū)動力、面積）最佳尺寸（性能、驅(qū)動力、面積） 拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu), 要有最合理的布局（面積）要有最合理的布局（面積） 連線連線, 要尋找到最短路徑（延時）要尋找到最短路徑（延時） 全定制設(shè)計全定制設(shè)計IC的特點的特點設(shè)計成本高（人工慢、貴、上市時間長）設(shè)計成本高（人工慢、貴、上市時間長）制造成本低（面積小，更多的產(chǎn)出）制造成本低（面積小，更多的產(chǎn)出）性能好（連線短，延時小）性能好（連線短，延時小）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式4全定制版圖適應(yīng)對象全定制版圖適應(yīng)對象產(chǎn)量浩大的通用集成電路產(chǎn)量浩大的通用集成電

3、路從成本與性能考慮從成本與性能考慮模擬集成電路、高壓及功率集成電路模擬集成電路、高壓及功率集成電路器件多樣、電路形式無規(guī)則（相對于數(shù)字電路而言）器件多樣、電路形式無規(guī)則（相對于數(shù)字電路而言）數(shù)字電路中最底層的基本單元（如標準邏輯單數(shù)字電路中最底層的基本單元（如標準邏輯單元、元、I/O單元）單元） 滿足性能最佳、面積最小的要求滿足性能最佳、面積最小的要求簡單、規(guī)模較小的數(shù)模混合專用集成電路簡單、規(guī)模較小的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?在設(shè)計者力所能及的情況下做到最優(yōu)在設(shè)計者力所能及的情況下做到最優(yōu) ( 簡單數(shù)字簡單數(shù)字電路的全定制實現(xiàn)電路的全定制實現(xiàn)) 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式5版圖全貌（版圖全貌（

4、1212塊版）塊版） ZDLX-1H 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式6N N 阱（阱（TBTB） ZDLX-1H第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式7有源區(qū)（有源區(qū)（TOTO） ZDLX-1H第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式8多晶硅柵（多晶硅柵（GTGT） ZDLX-1H第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式9P P+ +源漏區(qū)（源漏區(qū)（SPSP） ZDLX-1H 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式10N N+ +源漏區(qū)（源漏區(qū)（SNSN） ZDLX-1H 取P+源漏區(qū)的反版第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式11金屬金屬1 1（A1A1） ZDLX-1H第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式12金屬金屬2 2（A2A2） ZDLX-1H第

5、四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式13金屬金屬3 3（A3A3） ZDLX-1H第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式14PADPAD壓焊塊（壓焊塊（CPCP） ZDLX-1H第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式15問題問題少了哪幾塊版圖？為什么少了？第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式16PDKPDK中的中的PCELLPCELLPMOSNMOS電阻電阻PNP電容電容電感電感第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式176464路路PDPPDP顯示掃描高壓驅(qū)動芯片顯示掃描高壓驅(qū)動芯片* *博士生洪慧（）博士生洪慧（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式1818 bit 18 bit 音頻音頻 ADC ADC 版圖（）版圖（） 博士生馬紹宇（）博士生

6、馬紹宇（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式1918 bit 18 bit 音頻音頻 DAC DAC 版圖（）版圖（）博士生黃小偉（）博士生黃小偉（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式202.4GHz PLL2.4GHz PLL（鎖相環(huán)）版圖（）（鎖相環(huán)）版圖（）博士生周海峰（）博士生周海峰（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式21700V700V高壓高壓PWMPWM芯片芯片( 3um BCD)( 3um BCD)* *碩士生梁劍（）碩士生梁劍（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式22鋰離子電池保護器鋰離子電池保護器(0.6um CMOS)(0.6um CMOS)* *第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式23光電圖像傳感器光

7、電圖像傳感器(0.6um CMOS)(0.6um CMOS)* *碩士生周鑫（）碩士生周鑫（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式24漏電保護器漏電保護器ASICASIC芯片芯片(0.5um)(0.5um)* *碩士生付文（碩士生付文（2006-2008）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式25優(yōu)化設(shè)計（優(yōu)化設(shè)計（2.20.72 mm2.20.72 mm2 2）碩士生范鎮(zhèn)淇（）碩士生范鎮(zhèn)淇（）工藝改進（）管子寬長比的優(yōu)化（最小尺寸）算法的優(yōu)化（計數(shù)器的復(fù)用）邏輯單元的優(yōu)化（DFF 從22只管子 16只管子）增加了四項功能增加了四項功能1、有無延時可選、有無延時可選2、延時類型可選、延時類型可選3、ESD保護保

8、護4、抗空間輻照、抗空間輻照(EMC)第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式26“浙大綠芯浙大綠芯1 1號號”ZDLX-1H ZDLX-1H 節(jié)能芯片節(jié)能芯片* *碩士生彭成（）碩士生彭成（），面積為，面積為2 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式27ZDLX-1H ZDLX-1H 應(yīng)用電路的設(shè)計應(yīng)用電路的設(shè)計整流電路整流電路降壓電路降壓電路濾波電路濾波電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式28EMC試驗試驗/壽命試驗壽命試驗/高低溫高低溫/噪聲噪聲EMI (10KHz 以上時以上時)EMS浪涌（雷電）（浪涌（雷電）（2KV, 4KV）快變脈沖群（振鈴）快變脈沖群（振鈴）空間輻照（輻射）（空間輻照（

9、輻射）（100MHz 1GHz）靜電靜電ESD（接（接觸式、非接觸式，4KV, 8KV）壽命實驗（壽命實驗（10萬次以上）萬次以上）高低溫實驗（高低溫實驗（- 40C 85C）噪聲實驗（噪聲實驗（25dB以下）以下）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式29高壓熒光燈驅(qū)動電路高壓熒光燈驅(qū)動電路(650V BCD)(650V BCD)碩士生劉劍（）碩士生劉劍（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式30電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動電路（電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動電路（600V BCD600V BCD）碩士生姚云龍（）碩士生姚云龍（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式31功率因數(shù)調(diào)整器（功率因數(shù)調(diào)整器（BipolarBipolar）碩士生詹樺（）碩

10、士生詹樺（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式3265nm 65nm 極低功耗極低功耗ADCADC* *博士生羅豪（博士生羅豪（2007.9-2012 .9） 論文發(fā)表在論文發(fā)表在國際微電子國際微電子學頂級期刊學頂級期刊JSSC上。上。是浙大第一是浙大第一篇，也是中篇，也是中國大陸國大陸14年來第年來第14篇。篇。第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式33、6GHz 6GHz 小數(shù)分頻小數(shù)分頻 PLLPLL碩士生梁筱、楊偉偉（）碩士生梁筱、楊偉偉（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式34空調(diào)馬達驅(qū)動電路（空調(diào)馬達驅(qū)動電路（500V SOI500V SOI）博士生張世峰（）博士生張世峰（） 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方

11、式35博世三相馬達驅(qū)動電路博世三相馬達驅(qū)動電路(60V BCD)(60V BCD)* *博士生陳雅雅（）博士生陳雅雅（） 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式36煉鋼爐爐溫控制煉鋼爐爐溫控制ASIC(0.5um CMOS)(0.5um CMOS)* *碩士生孫?。ǎ┐T士生孫俊（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式37太陽能電池最大功率跟蹤器芯片太陽能電池最大功率跟蹤器芯片* *碩士生劉放（）碩士生劉放（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式38MPWMulti-Purpose Wafer第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式39通信鏈路保護芯片通信鏈路保護芯片( (雙向雙向SCRSCR器件器件) )本科生王澤（）本科生王澤（

12、）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式401700V/100A IGBT 1700V/100A IGBT 器件器件* *博士生張斌（）博士生張斌（）第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式41集成電路實現(xiàn)方法集成電路實現(xiàn)方法可歸納為兩大類可歸納為兩大類:版圖設(shè)計法版圖設(shè)計法(本講介紹本講介紹) 全定制設(shè)計法全定制設(shè)計法(模擬模擬IC)標準單元設(shè)計法標準單元設(shè)計法(數(shù)字數(shù)字IC)現(xiàn)場可編程現(xiàn)場可編程器件法器件法(第七講介紹第七講介紹)ROM、PROM、EPROM、EEPROM系列系列PAL、GAL系列系列CPLD、FPGA系列系列版圖的基本要素版圖的基本要素第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式42二、標準單元法（半定制設(shè)計

13、方二、標準單元法（半定制設(shè)計方法）法）Semi-Custom Design ApproachSemi-Custom Design Approach標準單元法也叫庫單元法，用在數(shù)字標準單元法也叫庫單元法，用在數(shù)字IC設(shè)計中。設(shè)計中。先將先將IC設(shè)計中可能會遇到的所有基本邏輯單元設(shè)計中可能會遇到的所有基本邏輯單元(包包括括I/O單元單元)的版圖用全定制的方法設(shè)計好后存入庫的版圖用全定制的方法設(shè)計好后存入庫中中 按照最佳設(shè)計原則（速度、面積）按照最佳設(shè)計原則（速度、面積） 遵照一定的外形尺寸約束（等高不等寬）遵照一定的外形尺寸約束（等高不等寬）實際設(shè)計實際設(shè)計ASIC時時 從單元庫中調(diào)出所要的單元版

14、圖從單元庫中調(diào)出所要的單元版圖 按照一定的拼接規(guī)則拼接按照一定的拼接規(guī)則拼接 留出平行且寬度可調(diào)的布線通道（水平與垂直走線分層）留出平行且寬度可調(diào)的布線通道（水平與垂直走線分層） 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式43標準單元法中標準單元法中“等高不等寬等高不等寬”原則原則基本邏輯單元的邏輯功能和驅(qū)動能力不同基本邏輯單元的邏輯功能和驅(qū)動能力不同, 其版其版圖面積也不同圖面積也不同單元版圖設(shè)計必須滿足一個約束條件單元版圖設(shè)計必須滿足一個約束條件在某一個方向上它們的尺寸必須是完全一致的：在某一個方向上它們的尺寸必須是完全一致的： 寬度可以不一寬度可以不一, 但高度卻必須完全相等但高度卻必須完全相等 這就

15、是所謂的這就是所謂的“等高不等寬等高不等寬”原則原則此原則是標準單元設(shè)計法得以實施的保證此原則是標準單元設(shè)計法得以實施的保證既保證了器件的多元化，又保證了走線通道的規(guī)既保證了器件的多元化，又保證了走線通道的規(guī)則化則化第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式44標準單元版圖布局標準單元版圖布局PADChannelCell等高等高不等寬不等寬第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式45帶內(nèi)波紋抽取帶內(nèi)波紋抽取/插值濾波器插值濾波器(0.18um)碩士生陳磊、蔡友（）碩士生陳磊、蔡友（）1P6M第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式46標準單元法的特點標準單元法的特點布線通道布線通道當兩排元件之間的連線較少時當兩排元件之間的連線較少

16、時, 布線通道就窄些布線通道就窄些, 以減以減少面積浪費少面積浪費; 當兩排元件之間的連線較多時當兩排元件之間的連線較多時, 布線通道就寬些布線通道就寬些, 以保以保證布通率證布通率I/O壓焊塊壓焊塊四周四周I/O壓焊塊的個數(shù)可根據(jù)實際需要安置（排布壓焊塊的個數(shù)可根據(jù)實際需要安置（排布1-4邊）邊）面積或受面積或受CORE限制，或受限制，或受I/O個數(shù)限制個數(shù)限制邏輯單元邏輯單元同一種功能的邏輯門，可有不同的版圖寬度，用戶可根同一種功能的邏輯門，可有不同的版圖寬度，用戶可根據(jù)對驅(qū)動能力的不同需求調(diào)用不同寬度的單元。據(jù)對驅(qū)動能力的不同需求調(diào)用不同寬度的單元。第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式47標準單

17、元法中的單元庫和庫單元標準單元法中的單元庫和庫單元標準單元法中一個很重要的工作是建標準單元法中一個很重要的工作是建 庫庫, 繁復(fù)的建庫工作需要大量人力和時間的投入繁復(fù)的建庫工作需要大量人力和時間的投入每一種邏輯功能需要相應(yīng)的庫單元與之對應(yīng)每一種邏輯功能需要相應(yīng)的庫單元與之對應(yīng),同一種邏輯的單元會因為驅(qū)動能力的不同而有不同一種邏輯的單元會因為驅(qū)動能力的不同而有不同的型號和不同的版圖面積同的型號和不同的版圖面積單元庫中的每個（庫）單元都有三種描述形式單元庫中的每個（庫）單元都有三種描述形式:單元的邏輯符號單元的邏輯符號(以以L表征表征)單元的拓撲版圖單元的拓撲版圖(以以O(shè)表征表征)單元的掩膜版圖單

18、元的掩膜版圖(以以A表征表征)第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式48邏輯邏輯“非門非門” （倒相器）的（倒相器）的邏輯符號、拓撲版圖、掩膜版圖邏輯符號、拓撲版圖、掩膜版圖 第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式49庫單元三種描述方式的意義庫單元三種描述方式的意義單元的邏輯符號用以建立邏輯圖單元的邏輯符號用以建立邏輯圖 單元的拓撲版圖描述單元版圖的外形尺寸、輸入單元的拓撲版圖描述單元版圖的外形尺寸、輸入/輸出的位置輸出的位置為使單元之間的連線都處于布線通道之內(nèi)為使單元之間的連線都處于布線通道之內(nèi), 單元單元本身的本身的PIN口必須處于單元的上下兩排，從上、口必須處于單元的上下兩排，從上、下都可鏈接下都可鏈接單元

19、的掩膜版圖才是最終的有效制版信息單元的掩膜版圖才是最終的有效制版信息注意每種單元的三種描述之間名稱要一一對應(yīng)注意每種單元的三種描述之間名稱要一一對應(yīng)第四講ASIC圖相關(guān)設(shè)計方式50標準單元法設(shè)計標準單元法設(shè)計ASIC采用標準單元設(shè)計采用標準單元設(shè)計IC時時, 只需調(diào)用各單元的拓撲只需調(diào)用各單元的拓撲版圖即可版圖即可 拓撲版圖的簡單外形大大壓縮了數(shù)據(jù)的處理量拓撲版圖的簡單外形大大壓縮了數(shù)據(jù)的處理量 有助于設(shè)計者的直觀檢查有助于設(shè)計者的直觀檢查經(jīng)過自動布局布線處理后經(jīng)過自動布局布線處理后, 再進行一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換再進行一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換, 將拓撲版圖轉(zhuǎn)換成掩膜版圖將拓撲版圖轉(zhuǎn)換成掩膜版圖, 得到最終可供制得到最終可供制版的掩膜數(shù)據(jù)（版的掩膜數(shù)據(jù)（GDS-II）所有的庫單元在入庫時都必須進行嚴格的設(shè)計規(guī)所有的庫單元在入庫時都必須進行嚴格的設(shè)計規(guī)則檢查和電連接性檢查則檢查和電連接性檢查, 確保萬無一