第一讲-集成电路基础1

1李福乐Email:lifulelifule@@tsinghuatsinghua..eduedu..cncn电话：62795100(o)清华大学微电子所助教：秦波Email:[e-mail]@mails.tsinghua.edu.cn清华大学微电子所课程概况课程概况ƒƒ课程名：集成电路课程设计课程名：集成电路课程设计ƒƒ性质：限选课性质：限选课ƒƒ学分：学分：33ƒƒ时间：大四第一学期时间：大四第一学期ƒƒ对象：电子系各专业学生对象：电子系各专业学生((有兴趣有兴趣,,有热情有热情,,有时有时间的同学间的同学))ƒƒ目标：目标：ƒƒ掌握集成电路设计方法掌握集成电路设计方法ƒƒ培养对相关电路设计知识的综合运用能力培养对相关电路设计知识的综合运用能力课程概况课程概况（续一）（续一）集成电路课程设计（大四上）毕业设计集成电路设计实践（大四下、研一）II前续课与后续课前续课与后续课核心：项目设计模电、数电器件、工艺（大二、大三）2课程概况（课程概况（续二）续二）ƒ教材：自编讲义ƒ参考书：(1)半导体集成电路，朱正涌编，北京清华大学出版社，2001(2)Theartofanaloglayout,AlanHastings,北京清华大学出版社，2004(3)模拟CMOS集成电路设计，(美)毕查德·拉扎维著，西安交通大学出版社，2003课程概况（课程概况（续三）续三）ƒ设计环境1.参考工艺：0.6umDPDMCMOS工艺2．软件：HSPICE，CADENCE，SYNOPSYS.3．上机地点：东主楼一楼微所EDA机房或校园网内远程登录使用4．上机时间：2～16周。每人100小时（自由时间）。课程概况（续课程概况（续四）四）ƒ课程考核主要分平时考核和设计报告两个部分。平时考核包括实验、作业，约占20%；课程项目设计报告约占80%课程内容课程内容ƒƒ集成电路课程设计基础集成电路课程设计基础ƒƒ集成电路背景知识集成电路背景知识ƒƒ版图的基本概念版图的基本概念ƒƒCMOSCMOS工艺中的元件工艺中的元件ƒƒ版图设计规则版图设计规则((topologicaldesignruletopologicaldesignrule))ƒƒ版图设计准则版图设计准则((’’rulerule’’forperformanceforperformance))ƒƒ版图电路提取版图电路提取ƒƒFullFull--customcustom设计流程设计流程ƒƒCellCell--basedbased设计流程设计流程ƒƒ项目设计项目设计————CyclicADCCyclicADC的的设计设计ƒƒ深亚微米工艺下的集成电路设计深亚微米工艺下的集成电路设计3课程内容（续一课程内容（续一））ƒƒ集成电路课程设计基础集成电路课程设计基础ƒƒFullFull--customcustom设计流程设计流程ƒƒ原理图输入与电路网表导出原理图输入与电路网表导出ƒƒHSPICEHSPICE电路仿真电路仿真ƒƒ版图编辑版图编辑ƒƒ设计规则检查设计规则检查（（DRCDRC）与）与电路网表比对（电路网表比对（LVSLVS））ƒƒ寄生参数提取和后仿真寄生参数提取和后仿真ƒƒCellCell--basedbased设计流程设计流程ƒƒ项目设计项目设计————CyclicADCCyclicADC的的设计设计ƒƒ深亚微米工艺下的集成电路设计深亚微米工艺下的集成电路设计课程内容（续二）课程内容（续二）ƒƒ集成电路课程设计基础集成电路课程设计基础ƒƒFullFull--customcustom设计流程设计流程ƒƒCellCell--basedbased设计流程设计流程ƒƒ设计输入与仿真设计输入与仿真ƒƒ电路综合电路综合ƒƒ布局布线布局布线ƒƒDRCDRC与与LVSLVSƒƒ项目设计项目设计————CyclicADCCyclicADC的的设计设计ƒƒ深亚微米工艺下的集成电路设计深亚微米工艺下的集成电路设计课程内容（续三）课程内容（续三）ƒƒ集成电路课程设计基础集成电路课程设计基础ƒƒFullFull--customcustom设计流程设计流程ƒƒCellCell--basedbased设计流程设计流程ƒƒ项目设计项目设计————CyclicADCCyclicADC的设计的设计ƒƒ设计一个设计一个10bitCyclicADC10bitCyclicADC。。ƒƒ模拟部分：分析电路工作原理；用模拟部分：分析电路工作原理；用HSPICEHSPICE仿真电路仿真电路性能；版图编辑和验证；版图提取和后仿真，对比性能；版图编辑和验证；版图提取和后仿真，对比前仿真和后仿真的结果，分析原因。前仿真和后仿真的结果，分析原因。ƒƒ数字部分：代码仿真；电路综合；布局与布线数字部分：代码仿真；电路综合；布局与布线；；DRCDRC与与LVSLVS；；ƒƒ顶层：拼接模拟和数字版图，得到完整顶层：拼接模拟和数字版图，得到完整ADCADC版图版图ƒƒ深亚微米工艺下的集成电路设计深亚微米工艺下的集成电路设计课程内容（续四）课程内容（续四）ƒƒ集成电路课程设计基础集成电路课程设计基础ƒƒFullFull--customcustom设计流程设计流程ƒƒCellCell--basedbased设计流程设计流程ƒƒ项目设计项目设计————CyclicADCCyclicADC的设计的设计ƒƒ深亚微米工艺下的集成电路设计深亚微米工艺下的集成电路设计ƒƒ按比例缩小原理按比例缩小原理ƒƒ短沟道效应短沟道效应ƒƒ深亚微米工艺下的设计讨论深亚微米工艺下的设计讨论ƒƒSOCSOC设计设计4课程内容总结课程内容总结ƒƒ主要内容主要内容ƒƒ集成电路工艺与元件集成电路工艺与元件ƒƒ版图设计版图设计ƒƒ集成电路设计流程集成电路设计流程ƒƒ相关设计工具的掌握相关设计工具的掌握ƒƒ项目设计项目设计ƒƒ重点重点ƒƒ集成电路的电路设计与分析集成电路的电路设计与分析ƒƒ集成电路设计流程集成电路设计流程项目情况项目情况ƒƒ项目设计项目设计ƒƒ1010--bitbit循环式模数转换器循环式模数转换器ƒƒ电路设计、仿真、版图编辑、验证等全过程电路设计、仿真、版图编辑、验证等全过程训练训练ƒƒTeamworkTeamworkƒƒ完整的设计报告完整的设计报告ƒƒ设计环境设计环境ƒƒ工艺：工艺：00.6umDPDMCMOS.6umDPDMCMOS工艺工艺ƒƒ工具：工具：HspiceHspice,Cadence,,Cadence,SynopsysSynopsys项目情况项目情况II项目设计报告要求项目设计报告要求第一部分：第一部分：设计原理设计原理包括包括SPECSPEC、、cyclicADCcyclicADC的工作原理的描述、总体框的工作原理的描述、总体框图图第二部分：电路设计第二部分：电路设计SPECSPEC分配，总体电路、重要的单元的电路设计和仿分配，总体电路、重要的单元的电路设计和仿真结果真结果附：电路原理图、仿真结果、源程序。附：电路原理图、仿真结果、源程序。第三部分：版图设计部分第三部分：版图设计部分版图设计的各部分考虑，采取的措施版图设计的各部分考虑，采取的措施附：版图、附：版图、DRCDRC和和LVSLVS结果、核心电路尺寸。结果、核心电路尺寸。项目情况项目情况II项目设计报告要求项目设计报告要求第四部分：后仿真第四部分：后仿真对设计好的版图做对设计好的版图做LPELPE，用，用HSPICEHSPICE对其仿真，对其仿真，给出仿真结果，并与前仿做对比给出仿真结果，并与前仿做对比（本部分视时间而定，可不要求）（本部分视时间而定，可不要求）第五部分：结论第五部分：结论设计的总体情况，设计的成功之处与不太理想设计的总体情况，设计的成功之处与不太理想之处，设计改进设想，通过本课程的训练有何之处，设计改进设想，通过本课程的训练有何收获，对本课程有什么意见及建议。收获，对本课程有什么意见及建议。附：附：TeamTeam内的合作分工情况，每个成员工作的内的合作分工情况，每个成员工作的具体说明。具体说明。5项目情况项目情况ƒƒ学生项目设学生项目设计的最终版计的最终版图图项目情况项目情况ƒƒ学生项目设计学生项目设计的最终版图的最终版图项目情况项目情况ƒƒ学生项目设学生项目设计的最终版计的最终版图图一一..集成电路设计基础集成电路设计基础1.11.1集成电路背景知识集成电路背景知识6什么叫集成电路什么叫集成电路集成电路集成电路(IntegratedCircuit,(IntegratedCircuit,简称简称IC)IC)就是将有源元就是将有源元件件((二极管、晶体管等二极管、晶体管等))和无源元件和无源元件((电阻、电容电阻、电容等等))以及它们的连线一起制作在半导体衬底上形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成一个独立的整体..集成电路的各个引出端就是集成电路的各个引出端就是该电路的输入该电路的输入,,输出输出,,电源和地电源和地..CORECOREpadpad核心电路+IO核心电路+IO集成电路制作过程集成电路制作过程集成电路设计集成电路设计版图layout版图layout集成电路制作过程集成电路制作过程集成电路设计集成电路设计制版制版流水加工流水加工掩膜版MASK掩膜版MASK版图layout版图layout集成电路制作过程集成电路制作过程集成电路设计集成电路设计制版制版流水加工流水加工硅圆片Wafer硅圆片Wafer掩膜版MASK掩膜版MASK版图layout版图layout7集成电路制作过程集成电路制作过程集成电路设计集成电路设计制版制版流水加工流水加工划片划片裸片die裸片die硅圆片Wafer硅圆片Wafer掩膜版MASK掩膜版MASK版图layout版图layout集成电路制作过程集成电路制作过程集成电路设计集成电路设计制版制版流水加工流水加工划片划片封装封装封装后的芯片封装后的芯片裸片die裸片die硅圆片Wafer硅圆片Wafer掩膜版MASK掩膜版MASK版图layout版图layout集成电路制作过程集成电路制作过程集成电路设计集成电路设计制版制版流水加工流水加工划片划片封装封装裸片裸片版图版图集成电路、印刷品制作过程对比集成电路、印刷品制作过程对比集成电路设计集成电路设计制版制版流水加工流水加工划片划片封装封装封装后的芯片封装后的芯片裸片die裸片die硅圆片Wafer硅圆片Wafer掩膜版MASK掩膜版MASK版图layout版图layout创作创作制版制版印刷印刷切纸切纸装订装订印刷品印刷品书页书页印版印版文件文件8集成电路产业特点集成电路产业特点ƒƒ设计与加工分离设计与加工分离ƒƒ知识产权归设计者所有知识产权归设计者所有ƒƒ设计是关键、是龙头设计是关键、是龙头ƒƒ性能由设计决定性能由设计决定ƒƒ制作周期由设计决定制作周期由设计决定ƒƒ设计是国内集成电路产业的瓶颈设计是国内集成电路产业的瓶颈ƒƒ人才是设计产业发展的瓶颈人才是设计产业发展的瓶颈集成电路设计基本流程集成电路设计基本流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composervirtuosodraculadraculaHspiceVerilogVerilog-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正向设计过程逆向电路提取逆向电路提取集成电路分类集成电路分类集成电路集成电路按用途按用途按集成规模按集成规模按制作工艺按制作工艺按生产形式按生产形式数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路数模混合集成电路数模混合集成电路大规模LSI大规模LSI超大规模集成电路VLSI超大规模集成电路VLSIULSIULSIGLSIGLSIBipolar集成电路Bipolar集成电路MOS集成电路MOS集成电路GaAs集成电路GaAs集成电路标准通用集成电路标准通用集成电路专用集成电路ASIC