首先,理解几个名词 半导体、晶体管、芯片、集成电路、
晶体管(transistor)是一种固体半导体器件(包括二极管、三极管、场效应管[MOS管]、晶闸管等,有时特指双极型器件),具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。
半导体( semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。
集成电路(Integrated Circuit)简称为IC。是一种微型电子器件或部件。把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。
芯片(chip)就是半导体元件产品的统称。是集成电路(IC, integrated circuit)的载体,由晶圆分割而成。
IC设计,按设计过程可以分为前端设计(逻辑设计)与后端设计(物理设计)两个部分。并没有统一严格的界限,涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。
前端设计流程:
1、规格制定
2、详细设计——解决方案和具体实现架构,划分模块功能
3、HDL编码——使用硬件描述语言(VHDL,Verilog HDL,业界公司一般都是使用后者)将模块功能以代码来描述实现,也就是将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述出来,形成RTL(寄存器传输级)代码。
4、仿真验证——验证设计使其完全符合规格标准
5、逻辑综合(Design Compiler)——仿真验证通过,进行逻辑综合。逻辑综合的结果就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表netlist
6、STA——Static Timing Analysis(STA),静态时序分析,这也属于验证范畴,它主要是在时序上对电路进行验证,检查电路是否存在建立时间(setup time)和保持时间(hold time)的违例(violation)。
7、形式验证——从功能上(STA是时序上)对综合后的网表进行验证
后端设计流程:
1、DFT——Design ForTest,可测性设计。芯片内部往往都自带测试电路,DFT的目的就是在设计的时候就考虑将来的测试
2、布局规划(FloorPlan)——布局规划就是放置芯片的宏单元模块,在总体上确定各种功能电路的摆放位置,如IP模块,RAM,I/O引脚等等
3、CTS——Clock Tree Synthesis,时钟树综合,简单点说就是时钟的布线。由于时钟信号在数字芯片的全局指挥作用,它的分布应该是对称式的连到各个寄存器单元,从而使时 钟从同一个时钟源到达各个寄存器时,时钟延迟差异最小。
4、布线(Place & Route)——包括各种标准单元(基本逻辑门电路)之间的走线
5、寄生参数提取——由于导线本身存在的电阻,相邻导线之间的互感,耦合电容在芯片内部会产生信号噪声,串扰和反射。这些效应会产生信号完整性问题,导致信号电压波动和变化, 如果严重就会导致信号失真错误。提取寄生参数进行再次的分析验证,分析信号完整性问题是非常重要的。
6、版图物理验证——对完成布线的物理版图进行功能和时序上的验证,验证项目很多,如LVS(Layout Vs Schematic)验证,简单说,就是版图与逻辑综合后的门级电路图的对比验证;DRC(Design Rule Checking):设计规则检查,检查连线间距,连线宽度等是否满足工艺要求,ERC(Electrical Rule Checking):电气规则检查,检查短路和开路等电气 规则违例;等等。
后续补充