ASIC設(shè)計(jì)

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(jià)比，因此，備受廣大用戶的青睞。然而，成功設(shè)計(jì)一款專用集成電路則需要掌握更加全面的知識(shí)，包括應(yīng)用系統(tǒng)、半導(dǎo)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(shí)，這些知識(shí)相互關(guān)聯(lián)、相互制約，缺乏任何一種知識(shí)都難以成功地設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，他告訴我們，通過不斷地學(xué)習(xí)，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(shè)計(jì)者。本書的第3章特別討論了專用集成電路的經(jīng)濟(jì)成本問題，這在通常的技術(shù)性論著中很難找到，但我們認(rèn)為要設(shè)計(jì)一款成功的專用集成電路，性價(jià)比是最重要的。因此，在電路設(shè)計(jì)之前，我們必須對(duì)專用集成電路中每一部分的成本進(jìn)行有效的分析?！　”緯婕暗膬?nèi)容非常全面，首先從半導(dǎo)體制備工藝入手，對(duì)代工廠進(jìn)行分類，同時(shí)介紹基本的工藝流程；討論了用于專用集成電路設(shè)計(jì)的CAD工具，良好的工具對(duì)設(shè)計(jì)可以起到事半功倍的效果；緊接著介紹了標(biāo)準(zhǔn)單元及外圍電路，這些都是專用集成電路設(shè)計(jì)的基本單元；第7，8兩章重點(diǎn)討論數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，包括存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、自動(dòng)布局布線以及電路綜合等；在數(shù)字電路的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了運(yùn)算放大器、帶隙基準(zhǔn)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(shí)還涉及一些傳感器的知識(shí)。本書不但對(duì)專用集成電路設(shè)計(jì)者具有很高的參考價(jià)值，對(duì)還未涉及專用集成電路設(shè)計(jì)的電子工程師更是一本有用的指導(dǎo)手冊，它會(huì)一步一步引領(lǐng)讀者成為一名出色的專用集成電路設(shè)計(jì)者。

內(nèi)容概要

本書全面介紹ASIC設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。第1，2章對(duì)IC設(shè)計(jì)進(jìn)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(shí)；第3章闡述ASIC的經(jīng)濟(jì)成本問題，對(duì)ASIC設(shè)計(jì)中每一環(huán)節(jié)的成本進(jìn)行有效的分析；第4章重點(diǎn)介紹ASIC設(shè)計(jì)所用的CAD工具；第5，6章分別介紹版圖設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)單元和外圍電路，以及焊盤、保護(hù)電路、外圍金屬環(huán)等可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容；第7，8章重點(diǎn)分析數(shù)字電路中的特殊邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器，以及邏輯、二進(jìn)制數(shù)學(xué)與處理；第9～12章分別介紹常用的模擬電路知識(shí)，包括電流源、放大器、帶隙基準(zhǔn)源、振蕩器、鎖相環(huán)、轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電容技術(shù)等；第13章介紹封裝和測試的相關(guān)知識(shí)；最后，作者依據(jù)自己多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)ASIC設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。    本書是電子工程、集成電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的技術(shù)人員和研究人員必備的參考書，也是高等院校相關(guān)專業(yè)師生重要的學(xué)習(xí)用書。

作者簡介

Keith Barr 12歲就為他做醫(yī)生的叔叔設(shè)計(jì)了一套生物醫(yī)學(xué)設(shè)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(xué)，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(shù)方面的開發(fā)，并主導(dǎo)了整個(gè)音樂產(chǎn)業(yè)。Keith研制的Alesis ADAT錄音機(jī)已成為數(shù)字多聲道錄音的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在這期間，他還花了幾年時(shí)間乘帆船漫游加勒比海，后來設(shè)計(jì)并市場化了一款輻射探測器，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室及其他相關(guān)領(lǐng)域。     
  　他九年級(jí)時(shí)因?yàn)闅v史課程不及格而留級(jí)。16歲生日那天，在幾乎選修了學(xué)校里所有的理科課程后，離開了學(xué)校。他先后做過技術(shù)員、工程師。在21歲時(shí)，他成立了自己的公司。不尋常的經(jīng)歷造就了他對(duì)技術(shù)和科學(xué)方法的獨(dú)特視角。     
  　Keith獲得了眾多設(shè)計(jì)和技術(shù)專利。在他目前的公司中，Exelys公司主要研制醫(yī)療和體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)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(duì)香精香料的有機(jī)合成產(chǎn)生了濃厚興趣。Keith與妻子和兩個(gè)孩子居住在一起，在洛杉磯和臺(tái)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(qiáng)    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(diǎn)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(yàn)服務(wù)      2.2.1 MOSIS      2.2.2 Europractice    2.3 高技術(shù)、高成本    2.4 實(shí)用的沙盒技術(shù)第3章  經(jīng)濟(jì)成本    3.1 芯片費(fèi)用和良率    3.2 經(jīng)濟(jì)實(shí)例    3.3 測試和晶圓檢測    3.4 小批量生產(chǎn)    3.5 MLM小結(jié)    3.6 晶圓定價(jià)    3.7 設(shè)計(jì)工具和時(shí)間第4章  設(shè)計(jì)工具    4.1 原理圖工具    4.2 版圖工具    4.3 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查    4.4 提取    4.5 版圖與原理圖對(duì)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(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)    5.1 沙盒規(guī)則集    5.2 設(shè)計(jì)規(guī)則的構(gòu)建    5.3 繪制及導(dǎo)出的層次    5.4 簡單單元    5.5 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)問題    5.6 將單元整合到一個(gè)恒定高度    5.7 自動(dòng)布線    5.8 標(biāo)準(zhǔn)單元庫    5.9 標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體    6.4 二極管結(jié)    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(hù)器件    6.11 閂鎖效應(yīng)    6.12 橫向雙極型器件    6.13 負(fù)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(dǎo)率    6.16 焊盤保護(hù)的設(shè)計(jì)    6.17 低頻干擾的焊盤設(shè)計(jì)第7章  特殊邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器    7.1 定制存儲(chǔ)器    7.2 存儲(chǔ)器核心——SRAM    7.3 存儲(chǔ)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(chǔ)器    7.7 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器    7.8 差分DRAM      7.8.1 讀出放大器的統(tǒng)計(jì)偏移量      7.8.2 軟錯(cuò)誤    7.9 DRAM時(shí)序    7.10 其他存儲(chǔ)器    7.11 實(shí)驗(yàn)的非易失性結(jié)構(gòu)第8章  邏輯、二進(jìn)制數(shù)學(xué)與處理    8.1 邏輯入門    8.2 移位寄存器    8.3 同步時(shí)鐘    8.4 計(jì)數(shù)器    8.5 二進(jìn)制編碼系統(tǒng)    8.6 飽和限制    8.7 超前進(jìn)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(jìn)制小數(shù)點(diǎn)    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(jī)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(yīng)    9.3 MOS結(jié)構(gòu)電容    9.4 溫度效應(yīng)    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(jí)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(dòng)電阻性負(fù)載    9.12 寬頻帶放大器第10章  帶隙基準(zhǔn)源    10.1 帶隙基準(zhǔn)1——基礎(chǔ)原理    10.2 帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)2    10.3 帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)3    10.4 帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)4    10.5 半帶隙    10.6 帶隙電源預(yù)調(diào)整    10.7 溫度感應(yīng)器第11章  振蕩器、鎖相環(huán)和射頻導(dǎo)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(xiàng)    11.5 射頻本地振蕩器和預(yù)分頻器    11.6 四象電路和混頻器第12章  轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電容技術(shù)    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(guān)電容轉(zhuǎn)換器    12.3.1 差分開關(guān)電容結(jié)構(gòu)    12.3.2 高級(jí)別的△-∑轉(zhuǎn)換器    12.3.3 開關(guān)電容噪聲    12.3.4 過采樣轉(zhuǎn)換器的后處理    12.3.5 多相時(shí)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(jié)及補(bǔ)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(xué)傳感器      14.7.2 CMOS照相機(jī)    14.8 霍爾傳感器和應(yīng)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(jié)

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(shè)計(jì)稱為混合信號(hào)設(shè)計(jì)。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(duì)最終產(chǎn)品的成本產(chǎn)生重要的影響。作為一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者，總是不斷地從主要的芯片供應(yīng)商那里購買芯片。你也可以聯(lián)系一個(gè)重要的Ic設(shè)計(jì)公司，要求他們?yōu)槟愕膽?yīng)用設(shè)計(jì)一些新模塊。但是，如果價(jià)格沒有達(dá)成一致，IC設(shè)計(jì)公司同樣可以把這些新模塊提供給你的競爭對(duì)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(shè)計(jì)公司簽訂獨(dú)家設(shè)計(jì)合同，但是在設(shè)計(jì)過程中，你需要把你所在行業(yè)的特殊知識(shí)傳遞給其他人，而你是無法完全掌控這些人的。沒有IC設(shè)計(jì)知識(shí)的人很難準(zhǔn)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(gè)相當(dāng)簡單的沒計(jì)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)也需要耗費(fèi)近100萬美元。如果自己做設(shè)計(jì)，不但設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可以作為公司的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，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(shè)計(jì)出你想要的產(chǎn)品。

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