集成電路CAD與實(shí)踐

前言

信息時(shí)代，微電子器件與集成電路（IC）越來越被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，其設(shè)計(jì)和制造是當(dāng)今產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性支撐條件，決定了一個(gè)國家現(xiàn)代化發(fā)展的水平。美國工程技術(shù)界在評出20世紀(jì)世界最偉大的20項(xiàng)工程技術(shù)成就中的第5項(xiàng)——電子技術(shù)時(shí)指出：“從真空管到半導(dǎo)體晶體管，IC已成為當(dāng)代各行各業(yè)智能工作的基石?！盜C作為最能體現(xiàn)知識(shí)經(jīng)濟(jì)特征的典型產(chǎn)品之一，無處不在地改變著社會(huì)的生產(chǎn)方式和人們的生活方式，已可將各種傳感器和執(zhí)行器與信息處理器系統(tǒng)集成在一起，完成從信息獲取、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能，IC在物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的信息社會(huì)中扮演著重要的角色。從2001年開始，以IC為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)已成為世界第一大產(chǎn)業(yè)，受到越來越多的專業(yè)人士的關(guān)注?，F(xiàn)在集成電路的設(shè)計(jì)與制造已離不開計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），只有把專業(yè)知識(shí)和集成電路CAD結(jié)合起來，才能完成專用集成電路（ASIC）的設(shè)計(jì)。中國大陸市場所需IC芯片的80％以上需要進(jìn)口，尤其是高端平臺(tái)的核心芯片，基本上來自海外。顯然，IC設(shè)計(jì)業(yè)是中國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，把中國自己的IC設(shè)計(jì)業(yè)搞上去，解決“空芯”化問題，已刻不容緩。我國信息產(chǎn)業(yè)部門希望充分利用經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大市場的優(yōu)勢，精心規(guī)劃，重點(diǎn)扶持，力爭通過一段時(shí)間的努力，使我國成為世界上的微電子強(qiáng)國。目前是我國微電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，隨著國內(nèi)外資本在微電子產(chǎn)業(yè)的大量投入和社會(huì)對微電子產(chǎn)品需求的急驟增加，社會(huì)急切需要大量的微電子專門人才。在這一背景下，根據(jù)教育部全國電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，相當(dāng)多的高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)都下設(shè)了微電子學(xué)方向，微電子技術(shù)人才的培養(yǎng)已成為各高校電子信息人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。東南大學(xué)一直在微電子領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先的高校之列，擁有國家專用集成電路系統(tǒng)與工程研究中心（ASIC中心），國家首批、江蘇省唯一的集成電路學(xué)院（IC學(xué)院），教育部MEMES重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，射頻與光電研究所等與微電子、集成電路相關(guān)的知名教育與研究機(jī)構(gòu)。集成電路CAD在東南大學(xué)有關(guān)院系的教學(xué)已有20多年的歷史，IC的課程設(shè)計(jì)也是東南大學(xué)微電子、信息專業(yè)本科培養(yǎng)計(jì)劃中重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過接觸先進(jìn)的專業(yè)技術(shù)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生在電路設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新思維，積累大量的人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前的IC設(shè)計(jì)必須依靠計(jì)算機(jī)軟件來完成，集成電路CAD涉及IC從設(shè)計(jì)到制造、測試的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此通過集成電路CAD的學(xué)習(xí)，就可以系統(tǒng)地了解IC設(shè)計(jì)所需的知識(shí)。對工程技術(shù)人員來說，集成電路CAD也是最快捷的運(yùn)用軟件工具實(shí)現(xiàn)IC設(shè)計(jì)的重要途徑，IC設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)必須從集成電路CAD的學(xué)習(xí)開始。本書將集成電路CAD分成基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩個(gè)部分。通過基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，可以了解IC設(shè)計(jì)、模擬、仿真、測試的基本方法和理論，并形成系統(tǒng)的IC設(shè)計(jì)思想和規(guī)范的設(shè)計(jì)方法，對實(shí)踐環(huán)節(jié)具有指導(dǎo)意義。實(shí)踐環(huán)節(jié)首先是常用軟件的使用流程的講解，幫助讀者熟悉軟件的組成、功能和具體的操作，基本涵蓋了IC設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)和層次所采用的常用軟件工具；然后是實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容，通過具體的設(shè)計(jì)，掌握使用相應(yīng)的CAD工具進(jìn)行數(shù)字、模擬集成電路的設(shè)計(jì)、模擬和仿真，達(dá)到實(shí)際訓(xùn)練的目的。通過兩部分知識(shí)的融會(huì)貫通和靈活應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、解決實(shí)際問題的能力。全書共分兩部分13章內(nèi)容。第一部分包括第1章～第5章，是集成電路CAD理論知識(shí)部分，涉及集成電路的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法、分類方式，ASIC的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)軟件組成，CAD電路分析基礎(chǔ)、CAD邏輯模擬基礎(chǔ)、CAD版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等內(nèi)容，對工藝模擬和器件模擬做了簡單的介紹，重點(diǎn)是集成電路CAD設(shè)計(jì)的基本原理、算法和實(shí)現(xiàn)。第一部分內(nèi)容可以作為集成電路CAD課程的主要教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況安排32學(xué)時(shí)或48學(xué)時(shí)的授課內(nèi)容。第二部分包括第6章～第13章，是軟件的使用和實(shí)踐。第6章Tanner pro軟件是基于PC平臺(tái)的集成電路CAD軟件包，非常適合集成電路初學(xué)者進(jìn)行集成電路的設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，在校學(xué)生可以安排2周的課程設(shè)計(jì)。第7章～第11章是Cadence、Hspice、ModelSim、MEDICI、SUPREM幾個(gè)工程技術(shù)人員常用的CAD工具，也可供本科生、研究生作為簡明實(shí)用的技術(shù)手冊使用。第12章是逆向分析Chiplogic軟件包的使用，可以單獨(dú)開展3～4周的課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，達(dá)到逆向分析集成電路的目的。第13章是第7、8、9及12章對應(yīng)的實(shí)訓(xùn)示例，包括采用Cadence、Hspice、ModelSim等軟件進(jìn)行數(shù)字、模擬電路的設(shè)計(jì)，以及Synopsys Astro的數(shù)字系統(tǒng)自動(dòng)綜合和布局布線的設(shè)計(jì)，可以結(jié)合實(shí)際情況，安排5～8周的集成電路綜合課程設(shè)計(jì)或培訓(xùn)。在本書的編寫過程中，劉勇、董乾、李恩特、許立峰、陳多近等同學(xué)對實(shí)踐部分做了大量工作，陳銳、鄧軍、孫偉、陳婷等同學(xué)對書稿進(jìn)行了整理，在此向他們表示衷心的感謝！書中一些通用的原理、方法和圖文受到了相關(guān)參考文獻(xiàn)的啟發(fā)，在此也對本書列舉的所有參考文獻(xiàn)的作者和機(jī)構(gòu)表示真誠的感謝！感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的支持和同事們的關(guān)心！感謝無錫奧利杰科技有限公司的幫助和支持！由于多年來沒有合適的集成電路CAD教科書和教輔書，在大家的殷切期望下，本人編寫了這本書籍。鑒于時(shí)間倉促和水平有限，書中難免有錯(cuò)誤和疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正。電子信箱：bernie_seu@seu.edu.cn

內(nèi)容概要

　　集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為信息時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一，各行各業(yè)的智能化、信息化均離不開集成電路的應(yīng)用?，F(xiàn)代的超大規(guī)模集成電路(VLSI)設(shè)計(jì)也已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，設(shè)計(jì)者需要系統(tǒng)了解集成電路CAD的設(shè)計(jì)方法學(xué)和使用常用的CAD軟件。本書具有兩個(gè)方面的主要內(nèi)容：集成電路CAD基礎(chǔ)，包括ASIC電路設(shè)計(jì)、電路分析、邏輯模擬、版圖設(shè)計(jì)等方面的設(shè)計(jì)理論和CAD設(shè)計(jì)方法學(xué)；集成電路軟件與實(shí)踐，包括集成電路常用的CAD工具軟件的使用方法、流程、示例，集成電路的逆向分析方法與實(shí)踐，數(shù)字、模擬集成電路設(shè)計(jì)及實(shí)例，從系統(tǒng)描述到版圖的自動(dòng)綜合設(shè)計(jì)?！　”緯m合作為微電子與集成電路相關(guān)專業(yè)的研究生、本科生、職業(yè)技術(shù)類學(xué)生的教材和教輔書，也可作為電子、自控、通信、計(jì)算機(jī)類工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用集成電路設(shè)計(jì)軟件和進(jìn)修集成電路設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)參考書和工具書。

書籍目錄

第1部分 集成電路CAD基礎(chǔ) 　第1章 概 述 　　1.1 集成電路的發(fā)展 　　　1.1.1 集成電路的發(fā)展從晶體管的誕生開始 　　　1.1.2 集成電路的發(fā)展動(dòng)力和方向 　　　1.1.3 近年的微電子技術(shù) 　　1.2 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展 　　　1.2.1 IC CAD的現(xiàn)狀 　　　1.2.2 IC設(shè)計(jì)中的方法 　　1.3 IC設(shè)計(jì)流程 　　1.4 IC CAD的內(nèi)容 　　　1.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　　1.4.2 邏輯模擬 　　　1.4.3 電路分析 　　　1.4.4 版圖設(shè)計(jì) 　　　1.4.5 器件模擬 　　　1.4.6 工藝模擬 　　　1.4.7 可測性設(shè)計(jì) 　　　1.4.8 可靠性設(shè)計(jì) 　　　1.4.9 IC CAD的深入研究 　　1.5 IC CAD軟件 　　　1.5.1 Tanner pro CAD工具包 　　　1.5.2 Cadence簡介 　　　1.5.3 邏輯綜合與Synopsys 　　　1.5.4 電路模擬與HSPICE 　　　1.5.5 邏輯模擬與ModelSim 　　　1.5.6 工藝模擬與SUPREM 　　　1.5.7 器件模擬與MEDICI 　　　1.5.8 逆向分析與CHIPLOGIC 　　本章小結(jié) 　　思考題 　第2章 專用集成電路CAD設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 　　2.1 集成電路的分類 　　　2.1.1 集成電路的工藝分類 　　　2.1.2 集成電路的功能分類 　　　2.1.3 集成電路的用途分類 　　　2.1.4 專用集成電路的設(shè)計(jì)方式 　　2.2 專用集成電路的主要結(jié)構(gòu)形式 　　　2.2.1 主要結(jié)構(gòu)形式 　　　2.2.2 門陣列 　　　2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)單元 　　　2.2.4 可編程邏輯陣列　　　2.2.5 積木塊 　　2.3 專用集成電路的設(shè)計(jì)流程 　　　2.3.1 門陣列設(shè)計(jì)流程 　　　2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)流程 　　　2.3.3 FPGA設(shè)計(jì)流程 　　　2.3.4 可兼容性設(shè)計(jì) 　　　2.3.5 SOC的平臺(tái)設(shè)計(jì)方法 　　2.4 專用集成電路的設(shè)計(jì)示例 　　　2.4.1 CMOS工藝的主要流程 　　　2.4.2 正逆向結(jié)合設(shè)計(jì) 　　本章小結(jié) 　　思考題 　第3章 CAD電路分析基礎(chǔ) 　　3.1 電路模擬原理 　　　3.1.1 電路分析的CAD基本方法 　　　3.1.2 集成電路的CAD分析 　　3.2 基本的電路分析 　　　3.2.1 線性電路的直流分析 　　　3.2.2 線性電路的交流分析 　　　3.2.3 非線性電路的分析 　　　3.2.4 瞬態(tài)分析 　　3.3 基本電路元器件模型 　　　3.3.1 二極管模型 　　　3.3.2 晶體管模型 　　　3.3.3 MOS場效應(yīng)晶體管模型 　　　3.3.4 結(jié)型場效應(yīng)晶體管模型 　　3.4 基本線性代數(shù)知識(shí) 　　　3.4.1 高斯消去法 　　　3.4.2 LU分解法 　　本章小結(jié) 　　思考題 　第4章 CAD邏輯模擬基礎(chǔ)　第5章 CAD版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第2部分 集成電路CAD軟件與實(shí)踐 　第6章 Tanner Pro軟件使用　第7章 Cadence軟件使用　第8章 HSPICE軟件使用　第9章 ModelSim軟件使用　第10章 MEDICI軟件使用　第11章 SUPREM軟件使用　第12章 Chiplogic分析　第13章 實(shí)訓(xùn)實(shí)例 參考文獻(xiàn)

編輯推薦

集成電路設(shè)計(jì)CAD方法學(xué)和全程的工具軟件應(yīng)用實(shí)例集成電路的逆向分析方法與實(shí)踐集成電路從系統(tǒng)描述到版圖的自動(dòng)綜合設(shè)計(jì)

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