微电子技术的设计

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微电子技术的设计

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　　微电子技术 -设计

　　微电子系统和电路的设计概念，与分立元件电路的设计概念有原则上的不同。例如，设计一个分立元件电路,常常要考虑节省有源元件,使系统的功耗、体积、成本下降。但对超大规模集成电路，增加晶体管数目往往并不会增加很多麻烦，可通过版图来实现，其他工序并不增加。但是，由于空间的限制，布线问题却十分突出，必须尽量减少连线。

　　微电子系统和电路的设计必须紧密联系器件、版图、工艺制造等整个过程来统一考虑。实际上，系统、电路、器件、测试图案和版图是结合工艺条件一起设计的。设计不仅要求功能正确、性能好、可靠性有保证，而且要尽量使芯片面积减小。微电子集成芯片一经制出就无法调试。调试工作包括校核、优化等，必须在设计过程中由软件来执行。

　　集成系统或电路芯片一般是大批量生产的，所以，设计的好坏影响极大。为此，微电子系统或电路要依靠计算机辅助进行设计。除了研究逻辑、电路、时序、工艺、器件和版图等各项计算机辅助设计程序以外，把这些程序结合在一起，加入各步的校核和优化程序，用一个统一的数据库和管理系统来指挥执行，也就是组成一个大规模或超大规模集成的设计系统，使设计全部自动化。现代超大规模集成和大规模集成按设计方法可分为大批量生产的常用电路和按用户需要设计的定制集成电路两大类。前一类产品如存储器、微处理机等需要量大，产值很高，需要十分精细的设计，力求面积最小，性能最好，而成品率又最高。在这类产品的设计中迄今仍有许多人工介入，各类计算机程序主要是辅助。后一类产品用量较小，制造成本、芯片面积往往不是主要的，而设计和制造周期及其成本则是主要的。逻辑电路有三种设计方法。

　　①母片法：

　　由工厂设计含有一定数量(几百以至几千)的门电路或触发器等单元电路，排成阵列。芯片中所有单元尺寸全部一致，芯片大小对一定的型号也是固定的。阵列周围往往还设计有一定数量的输入输出电路或其他接口电路，阵列间设定了一定的布线通道。用户(或委托厂家)可以按需要选定特定型号的芯片，然后利用布线程序选定单元并进行布线，以取得具有所需功能的集成电路芯片。只需按用户实际需要进行布线设计和制作特定的版，所以，这种电路也叫作半用户电路。由于用户设计是以已有的基本阵列芯片为基础的，这种设计方法叫作母片法。通常的门阵列芯片就是按这种方法设计的。

　　②多元胞法：

　　其单元可以是有一定数量的门、触发器和其他功能块，版图存储在数据库中。芯片中单元结构及其排布有一定的规则，如单元宽度必须相同，长度可以任意，必须按行排列，引线头分别在单元的一侧或两侧等。这些规定都是为了简化布线。人们可以根据用户的需要，调用库中的各种单元和功能块，然后利用程序进行布局和布线，实现最后的芯片设计。多元胞法的设计灵活性显然比母片法高。芯片上没有空余单元,所以,芯片利用率也比一般门阵列要高。

　　③任意元胞法(积木块法)：

　　此法对单元没有形状大小的限制，因而灵活性和芯片利用率更高。但布局、布线的算法更复杂，实际上还处于研究阶段。

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