集成电路设计实践1-187401985

集成电路设计实践李福乐[e-mail]清华大学微电子学研究所助教:谷宪[e-mail]课程简介总学分：2分选课要求：修完前续课程之一：•模拟电子线路•高等模拟集成电路；•模拟大规模集成电路；•集成电路课程设计教材：本课程课件本科电子线路课程集成电路课程设计高等模拟电路集成电路设计实践基本电路理论版图,设计工具集成电路设计全流程的设计训练课程简介电路模块设计设计流程介绍版图设计基础设计实验课项目选题测试总结流水加工设计实践：课堂讲授：第2~9周第4~5周第6~18周秋季学期约24学时OPALDOADC频综课程设计是重点，包括方案设计、电路设计、版图设计与验证、后仿真、流片、封装测试、项目汇报，是一个全流程训练课程简介工艺文件设计工具实验课：地点：微电子所新所教学机房课程安排：第2-6周具体时间：请关注网络学堂通知设计环境电路编辑电路仿真版图编辑寄生分析目标：初步掌握全定制设计流程相关的设计工具，熟悉工艺文件，为后续课程项目设计打好基础CadenceCSMC0.5umDPTMCMOS课程简介版图设计选题上报电路设计测试流水加工课程项目安排：第6周第11~18周秋季学期第6~10周review选题及方案reviewreview电路设计reviewreview版图设计review答辩会安排在本学期答疑时间课程报告答疑时间：第4-18周偶数周的周四19~21点课程简介•结合本人的论文课题方向自行设计题目•结合实验室的科研任务设计题目•鼓励做有创新的、有用的设计•参考题目：–Bandgap+LDO,温漂50ppm–LDO/Chargepumpbuck–On-ChipTemp.Sensor–传感器接口电路（电容/电阻）–DAC/DDS信号合成电路–ADC：Flash,SAR,Cyclic,Pipeline,sigma-delta,…–Low-passActive-RCorSwitched-capacitorfilter–Oscillator(Crystal,RC)–PLL时钟倍频电路，Fi=8MHz,Fo=64MHz–SRAM•自由组队，合作完成，1~2人/题目•每组推选一个组长，负责任务的协调分配，每组交一个设计报告，在报告最后需说明组内个人的工作内容课程项目：课程简介•平时成绩:20%–中期检查，安排在选题及方案设计、电路设计、版图设计等阶段•答辩及总结报告:80%–课程项目的完成质量–答辩情况–总结报告的书写质量•选题,设计,流片,答辩,总结报告等缺一不可,否则不给成绩成绩评定：课程简介•总结报告要求第一部分：摘要（中、英文）300字包括设计的内容、预期目的、主要电路结构、测试结果等。第二部分：电路设计部分设计目标、background、设计方案、电路结构及参数设计、电路仿真情况。附：系统框图、电路原理图、仿真结果。第三部分：版图设计部分版图设计的各部分考虑，采取的措施。附：版图、核心电路尺寸。课程简介•总结报告要求（续）第四部分：测试部分测试方案、测试仪器、测试结果及分析。附：测试原理图、测试数据、分析曲线等。第五部分：结论设计实现情况，成功与失败情况分析，改进设想。通过本课程的训练有何收获，对本课程有什么意见及建议。课程简介课程特点：完整的IC设计流程训练重点在物理层和后端设计工艺集成元件版图芯片测试电路设计的总结与提高实践为主,工作量大测试结果最重要课程历史开课时间：2000年~开课单位：电子系微电子所授课对象：工学硕士工程硕士加工工艺：0.8um0.6um0.5um授课老师：李冬梅黄亚东李福乐授课方式：设计实践为主设计实践/课堂教学并重选题范围：自由选题单一命题自由选题教学效果：（IC设计）课程学习课题研究的桥梁设计实践的经验教训:基础差且投入不足没有严格按照设计流程进行验证时间安排不合理组内分工不合理芯片设计成功要素:努力+合作+耐心+细心优秀课程设计8-bitSARADC测试结果：ENOB7.9-bit高阶低通开关电容滤波器带宽：20kHz，纹波0.2dB阻带：40kHz，抑制~44dB课程诚信Ref:BorisMurmann,StanfordUniversity强调:禁止设计抄袭,报告抄袭,捏造实验数据等作弊行为,一旦发现,记0分,并上报教务一、引言什么叫集成电路集成电路(IntegratedCircuit,简称IC)就是将有源元件(二极管、晶体管等)和无源元件(电阻、电容等)以及它们的连线一起制作在半导体衬底上形成一个独立的整体.集成电路的各个引出端就是该电路的输入,输出,电源和地.核心电路+IO+封装核心电路+IO+封装集成电路制作过程集成电路设计版图layout集成电路制作过程集成电路设计制版流水加工掩膜版MASK版图layout集成电路制作过程集成电路设计制版流水加工硅圆片Wafer掩膜版MASK版图layout集成电路制作过程集成电路设计制版流水加工划片裸片die硅圆片Wafer掩膜版MASK版图layout集成电路制作过程集成电路设计制版流水加工划片封装封装后的芯片裸片die硅圆片Wafer掩膜版MASK版图layout封装机集成电路制作过程集成电路设计制版流水加工划片封装裸片版图集成电路、印刷品制作过程对比集成电路设计制版流水加工划片封装封装后的芯片裸片die硅圆片Wafer掩膜版MASK版图layout创作制版印刷切纸装订印刷品书页印版文件集成电路设计特点板级设计芯片级设计电路设计：基本概念设计理论设计方法基于分离元件、芯片基于集成元件、IP具有绝对精度基于匹配设计设计、加工周期短，投入小设计、加工周期长、投入大局限于已有器件，灵活性小设计维度高，灵活性大适合小批量适合大批量熟知工艺文档熟知Datasheet调试灵活，代价低绝对避免低级错误集成电路设计内容电源管理(PMU)：Bandgap,LDO,Charge-Pump,DC-DC,AC/DC时钟：Oscillator,PLL,DDS放大：Opamp,LNA,PGA,InstrumentAmp,PA频率选择：Filter频率变换：Mixer数模转换：ADC,DAC接口：ESD,Impedancematching,LVDS,Serdes,SPI,I2C…控制/运算/存储：State-Machines,MCU,DSP,Memory系统：SOC集成技术运放是模拟电路设计的基础随着工艺的发展，数字电路正在代替模拟电路，但电源管理、时钟、模数转换、放大等模拟电路是不可取代的负反馈需要掌握的知识基本课程：电路基础，信号与系统，模拟电路，数字电路，概率论，。。。基础知识：基本电路定律，信号变换，概率论/统计分布，工艺与版图，设计流程，。。。重要概念：噪声，匹配，线性/非线性，反馈，滤波，采样/内插，数字/模拟，连续/离散，同步/异步，Corner，良率设计工具：系统级（行为级）/电路级（门级），前端/后端提高精度提高线性带宽/增益阻抗变换实现控制。。。环路增益相位裕度增益裕度零极点补偿。。。噪声匹配线性SizePowerDistortionCalibrationSNRSFDRSNDR集成电路设计基本过程电路输入电路仿真版图编辑DRC和LVS寄生提取LPEGDSII源码输入逻辑仿真逻辑综合布局布线composervirtuosoCalibreCalibreHspiceorSpectreVerilogVerilog-xlDesignCompilerSocEncounter解剖照相拼图电路提取分析与仿真电原理图schematic版图layout芯片die后仿真制版和加工正向设计过程逆向电路提取测试典型的模拟设计流程系统指标需求结构设计行为级建模仿真（MATLAB）结构级模型仿真（Verilog-A）管级电路设计（Spice,Spectre）版图设计与验证(DRC,LVS)寄生提取与后仿（xRC）Tapeout单元指标分析元件匹配分析成品率分析算法分析结构验证指标验证时序验证管级实现PVT分析匹配设计隔离寄生优化反复提取、分析、优化典型的数模混合设计流程指标结构设计数/模划分电路设计建模仿真混合仿真Spectre-verilog代码设计综合/布局布线版图设计Tapeout后仿真后仿真拼图/验证AnalogDigital模块电路设计过程指标分析电路结构设计SizingCorneranalysisWorstCaseImproveit设计报告OK?基于Worstcase的设计优化策略：找到最差的情况或最敏感的对象对该情况或对象进行单独分析优化重复上两步，直到达到要求Y不仅可用于corner分析，还有noise,offset,gain的优化设计等等Corner:P(process)V(voltage)T(temp.)P:tt,ss,ff,snfp,fnspformost；slow,fastforcapacitor&resistor…V:supply+-10%(5%)；T:-40~+85℃（商用）通常要求电路在所有的PVTcorner下都能达到预定的指标Tech.Lib.基于工艺的设计工艺选择PDK通过代工厂/MPW代理开始熟悉集成元件特性电路编辑电路仿真版图设计版图验证寄生提取线宽互连层LG/MS/RFMemory文档modelsymbolmodelPcellStdcellrules寄生参数xRCruleGain,Speed,density,matching,noise,linearity,…DC,TransientACMonte-Carlo…MatchingReliabilityShieldingParasiticsDRCLVSERCAntennaNoRCCC+CCR+C+CC项目研发流程立项设计MPW测试改进Fullmask批测试统计分析改进量产技术积累完善的仿真容错设计可配置NNMPW：多项目晶圆(Multi-ProjectWafer)Fullmask的代价通常是MPW的5-10倍以上Time-to-market!熟悉工艺•工艺–工艺类型：逻辑、混合信号、射频？–集成元件的特性(MOST,CAP,RES,BJT)•MOST：gain,ft,物理结构•CAP:密度,电压/温度系数,物理结构•RES:方块电阻,种类,电压/温度系数,物理结构•Corner参数变化–设计规则–寄生效应要提高设计质量，必须要熟悉所用的工艺有关CSMC0.5um工艺，请一定阅读st02_reference_manual.pdf，已上传到网络学堂