ASIC設計

前言

　　隨著電子產(chǎn)品的日益普及，集成電路的需求量日益增加。專用集成電路是為某種專用功能和某些特定用戶而專門定制的集成電路，它具有更多樣的性能和更高的性價比，因此，備受廣大用戶的青睞。然而，成功設計一款專用集成電路則需要掌握更加全面的知識，包括應用系統(tǒng)、半導體制造工藝、CAD工具、數(shù)字電路、模擬電路及封裝、測試等方面的知識，這些知識相互關聯(lián)、相互制約，缺乏任何一種知識都難以成功地設計出專用集成電路?！　”緯淖髡逰eith Barr先生具有豐富的專用集成電路設計經(jīng)驗，他告訴我們，通過不斷地學習，一名系統(tǒng)工程師也可以成為一名出色的專用集成電路設計者。本書的第3章特別討論了專用集成電路的經(jīng)濟成本問題，這在通常的技術性論著中很難找到，但我們認為要設計一款成功的專用集成電路，性價比是最重要的。因此，在電路設計之前，我們必須對專用集成電路中每一部分的成本進行有效的分析?！　”緯婕暗膬?nèi)容非常全面，首先從半導體制備工藝入手，對代工廠進行分類，同時介紹基本的工藝流程；討論了用于專用集成電路設計的CAD工具，良好的工具對設計可以起到事半功倍的效果；緊接著介紹了標準單元及外圍電路，這些都是專用集成電路設計的基本單元；第7，8兩章重點討論數(shù)字電路的設計，包括存儲器設計、自動布局布線以及電路綜合等；在數(shù)字電路的基礎上，重點研究了運算放大器、帶隙基準電壓源、鎖相環(huán)以及ADC／DAC等模擬電路模塊；最后討論了芯片的封裝和測試，同時還涉及一些傳感器的知識。本書不但對專用集成電路設計者具有很高的參考價值，對還未涉及專用集成電路設計的電子工程師更是一本有用的指導手冊，它會一步一步引領讀者成為一名出色的專用集成電路設計者。

內(nèi)容概要

本書全面介紹ASIC設計的各個環(huán)節(jié)。第1，2章對IC設計進行了概述，介紹晶體管及SPICE模型、芯片代工廠、制備工藝等知識；第3章闡述ASIC的經(jīng)濟成本問題，對ASIC設計中每一環(huán)節(jié)的成本進行有效的分析；第4章重點介紹ASIC設計所用的CAD工具；第5，6章分別介紹版圖設計中的標準單元和外圍電路，以及焊盤、保護電路、外圍金屬環(huán)等可靠性設計的內(nèi)容；第7，8章重點分析數(shù)字電路中的特殊邏輯結構和存儲器，以及邏輯、二進制數(shù)學與處理；第9～12章分別介紹常用的模擬電路知識，包括電流源、放大器、帶隙基準源、振蕩器、鎖相環(huán)、轉(zhuǎn)換器、開關電容技術等；第13章介紹封裝和測試的相關知識；最后，作者依據(jù)自己多年的設計經(jīng)驗對ASIC設計進行總結。    本書是電子工程、集成電路設計等領域的技術人員和研究人員必備的參考書，也是高等院校相關專業(yè)師生重要的學習用書。

作者簡介

Keith Barr 12歲就為他做醫(yī)生的叔叔設計了一套生物醫(yī)學設備，這也是他第一款有銷路的電子產(chǎn)品。后來，他通過大量的自學，在紐約羅切斯特創(chuàng)建了MXR Innovations公司，之后又在洛杉磯成立了Aesis studio Electronlcs公司。這些公司主要從事模擬及數(shù)字音頻音效、合成以及其他音樂技術方面的開發(fā)，并主導了整個音樂產(chǎn)業(yè)。Keith研制的Alesis ADAT錄音機已成為數(shù)字多聲道錄音的行業(yè)標準。在這期間，他還花了幾年時間乘帆船漫游加勒比海，后來設計并市場化了一款輻射探測器，應用于實驗室及其他相關領域。     
  　他九年級時因為歷史課程不及格而留級。16歲生日那天，在幾乎選修了學校里所有的理科課程后，離開了學校。他先后做過技術員、工程師。在21歲時，他成立了自己的公司。不尋常的經(jīng)歷造就了他對技術和科學方法的獨特視角。     
  　Keith獲得了眾多設計和技術專利。在他目前的公司中，Exelys公司主要研制醫(yī)療和體育運動技術領域的產(chǎn)品，Spin Semiconductor公司主要開發(fā)ASIC產(chǎn)品，采用OEM的銷售模式。目前，他對香精香料的有機合成產(chǎn)生了濃厚興趣。Keith與妻子和兩個孩子居住在一起，在洛杉磯和臺北兩地都有他們的居所。

書籍目錄

第1章  沙盒    1.1 IC概述    1.2 在顯微鏡下觀測    1.3 基本工藝    1.4 掩膜版    1.5 CMOS層次    1.6 工藝增強    1.7 完全不同的規(guī)模    1.8 MOS晶體管    1.9 SPICE模型    1.10 局限性    1.11 優(yōu)點第2章  代工廠和制備工藝    2.1 不同的代工廠，不同的使命    2.2 樣片試驗服務      2.2.1 MOSIS      2.2.2 Europractice    2.3 高技術、高成本    2.4 實用的沙盒技術第3章  經(jīng)濟成本    3.1 芯片費用和良率    3.2 經(jīng)濟實例    3.3 測試和晶圓檢測    3.4 小批量生產(chǎn)    3.5 MLM小結    3.6 晶圓定價    3.7 設計工具和時間第4章  設計工具    4.1 原理圖工具    4.2 版圖工具    4.3 設計規(guī)則檢查    4.4 提取    4.5 版圖與原理圖對比    4.6 SPICE工具    4.7 邏輯仿真器    4.8 布局和布線工具    4.9 邏輯綜合工具第5章  標準單元設計    5.1 沙盒規(guī)則集    5.2 設計規(guī)則的構建    5.3 繪制及導出的層次    5.4 簡單單元    5.5 標準單元設計問題    5.6 將單元整合到一個恒定高度    5.7 自動布線    5.8 標準單元庫    5.9 標準單元的傳輸延遲    5.10 Verilog模型第6章  外圍電路    6.1 體電阻和方塊電阻    6.2 絕緣體的介電常數(shù)    6.3 半導體    6.4 二極管結    6.5 齊納二極管    6.6 雙極型晶體管    6.7 MOSFET    6.8 靜電釋放    6.9 焊盤及密封環(huán)    6.10 保護器件    6.11 閂鎖效應    6.12 橫向雙極型器件    6.13 負阻現(xiàn)象    6.14 少數(shù)載流子注入襯底    6.15 電源箝位和電源線電導率    6.16 焊盤保護的設計    6.17 低頻干擾的焊盤設計第7章  特殊邏輯結構和存儲器    7.1 定制存儲器    7.2 存儲器核心——SRAM    7.3 存儲器的I／O部分    7.4 字線譯碼器    7.5 控制“邊角”    7.6 只讀存儲器    7.7 動態(tài)存儲器    7.8 差分DRAM      7.8.1 讀出放大器的統(tǒng)計偏移量      7.8.2 軟錯誤    7.9 DRAM時序    7.10 其他存儲器    7.11 實驗的非易失性結構第8章  邏輯、二進制數(shù)學與處理    8.1 邏輯入門    8.2 移位寄存器    8.3 同步時鐘    8.4 計數(shù)器    8.5 二進制編碼系統(tǒng)    8.6 飽和限制    8.7 超前進位產(chǎn)生    8.8 乘法器    8.9 數(shù)字濾波    8.10 FIR濾波器    8.11 IIR濾波器    8.12 處理器    8.13 二進制小數(shù)點    8.14 簡化輔助處理電路    8.15 LOG和EXP    8.16 同  步    8.17 波形的生成    8.18 偽隨機噪聲    8.19 串行接口    8.20 調(diào)制編碼    8.21 脈沖寬度調(diào)制輸出電路    8.22 數(shù)字滯后第9章  模擬電路和放大器    9.1 MOSFET的工作區(qū)域    9.2 體效應    9.3 MOS結構電容    9.4 溫度效應    9.5 電流源和電流宿    9.6 偏置源    9.7 CMOS放大器      9.7.1 差分放大器      9.7.2 電流鏡放大器      9.7.3 折疊式級聯(lián)放大器    9.8 根據(jù)電流密度確定器件尺寸    9.9 MOSFET的噪聲    9.10 閉環(huán)穩(wěn)定性    9.11 驅(qū)動電阻性負載    9.12 寬頻帶放大器第10章  帶隙基準源    10.1 帶隙基準1——基礎原理    10.2 帶隙基準設計2    10.3 帶隙基準設計3    10.4 帶隙基準設計4    10.5 半帶隙    10.6 帶隙電源預調(diào)整    10.7 溫度感應器第11章  振蕩器、鎖相環(huán)和射頻導論    11.1 LC振蕩器    11.2 RC振蕩器    11.3 鎖相環(huán)    11.4 鎖相環(huán)仿真注意事項    11.5 射頻本地振蕩器和預分頻器    11.6 四象電路和混頻器第12章  轉(zhuǎn)換器和開關電容技術    12.1 階梯型DAC    12.2 ADC轉(zhuǎn)換器      12.2.1 逐次逼近型ADC      12.2.2 閃爍型轉(zhuǎn)換器      12.2.3 低速率ADC轉(zhuǎn)換器      12.2.4 平均轉(zhuǎn)換器    12.3 開關電容轉(zhuǎn)換器    12.3.1 差分開關電容結構    12.3.2 高級別的△-∑轉(zhuǎn)換器    12.3.3 開關電容噪聲    12.3.4 過采樣轉(zhuǎn)換器的后處理    12.3.5 多相時鐘第13章  封裝和測試    13.1 概述    13.2 首次流水的硅片和樣品封裝    13.3 產(chǎn)品測試    13.4 測試矢量第14章  總結及補充    14.1 GND和VDD分布    14.2 中間電源    14.3 襯底連接和敏感電路    14.4 電源提升電路    14.5 施密特觸發(fā)器    14.6 ASIC產(chǎn)品的測試    14.7 傳感器      14.7.1 光學傳感器      14.7.2 CMOS照相機    14.8 霍爾傳感器和應變傳感器    14.9 電源升壓電路    14.10 我的電路，你的電路    14.11 小結

章節(jié)摘錄

　　第1章　沙盒　　把模擬和數(shù)字電路集成到一塊IC（集成電路）上的設計稱為混合信號設計。雖然把這兩種電路集成在一起非常具有挑戰(zhàn)性，但是一旦集成到一款產(chǎn)品中，就可以提供系統(tǒng)芯片（SOC）的功能，這將對最終產(chǎn)品的成本產(chǎn)生重要的影響。作為一個商業(yè)產(chǎn)品的設計者，總是不斷地從主要的芯片供應商那里購買芯片。你也可以聯(lián)系一個重要的Ic設計公司，要求他們?yōu)槟愕膽迷O計一些新模塊。但是，如果價格沒有達成一致，IC設計公司同樣可以把這些新模塊提供給你的競爭對手。以至于大大削弱了你努力追求的產(chǎn)品優(yōu)勢。你也可以和IC設計公司簽訂獨家設計合同，但是在設計過程中，你需要把你所在行業(yè)的特殊知識傳遞給其他人，而你是無法完全掌控這些人的。沒有IC設計知識的人很難準確地了解你的需求，正如銷售人員和工程師交流，說一下就可以解決問題嗎？而且，即使是一個相當簡單的沒計，請設計公司設計也需要耗費近100萬美元。如果自己做設計，不但設計細節(jié)可以作為公司的知識產(chǎn)權，而且由于你了解眾多的折中手段，可以以更低的成本精確地設計出你想要的產(chǎn)品。

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