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数字集成电路设计步骤

2020-3-20 10:14:53 1509

0 数字集成电路设计步骤前端设计的主要流程：规格制定芯片规格: 芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求详细设计就是根据规格要求，实施具体架构，划分模块功能。 HDL编码使用硬件描述语言（vhdl Verilog hdl ）将功能以代码的形式描述实现。换句话也就是说将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述起来，形成RTL代码(使用cadence软件) 仿真验证仿真验证就是检验编码设计的正确性，仿真验证工具Mentor公司的Modelsim，Synopsys的VCS，还有Cadence的NC-Verilog均可以对RTL级的代码进行设计验证？（使用Cadence或Modelsim或Synopsys的VCS等软件） STA Static Timing Analysis（STA），静态时序分析，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）。一个寄存器出现这两个时序违例时，是没有办法正确采样数据和输出数据的，所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。（Synopsys的Prime Time）形式验证是验证范畴，它是从功能上（STA是时序上）对综合后的网表进行验证。常用的就是等价性检查方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，他们是否在功能上存在等价性。这样做是为了保证在逻辑综合过程中没有改变原先HDL描述的电路功能。（形式验证工具有Synopsys的Formality）从设计程度上来讲，前端设计的结果就是得到了芯片的门级网表电路 Backend design flow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。DFT的常见方法就是，在设计中插入扫描链，将非扫描单元（如寄存器）变为扫描单元。关于DFT，有些书上有详细介绍，对照图片就好理解一点。（DFT工具Synopsys的DFT Compiler） 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。布局规划能直接影响芯片最终的面积。（工具为Synopsys的Astro） 3、CTS Clock Tree Synthesis，时钟综合，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。这也是为什么时钟信号需要单独布线的原因。CTS工具，（Synopsys的Physical Compiler） 4、布线(Place & Route) 这里的布线是指普通信号布线了，包括各种标准单元（基本逻辑门电路）之间的走线。比如我们平常听到的0.13um工艺，或者说90nm工艺，实际上就是这里金属布线可以达到的最小宽度，从微观上看就是MOS管的沟道长度。（工具Synopsys的Astro） 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。（工具Synopsys的Star-RCXT） 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。工具为Synopsys的Hercules实际的后端流程还包括电路功耗分析，以及随着制造工艺不断进步产生的DFM（可制造性设计）问题。物理版图验证完成也就是整个芯片设计阶段完成。 7、物理版图以GDSII的文件格式交给芯片代工厂（称为Foundry）在晶圆硅片上做出实际的电路， 8、再进行封装和测试。注释：（1）VCS是编译型Verilog模拟器　简称VCS. （2）Design Compiler为Synopsys公司逻辑合成工具，简称DC 　（3） IC Compiler是Synopsys新一代布局布线系统（Astro是前一代布局布线系统）.简称ICC 　（4）PrimeTime是针对复杂、百万门芯片进行全芯片、门级静态时序分析的工具。简称PT. （5）HerculesTM可以进行层次化的物理层验证，以确保版图与芯片的一致性（6）Star-RCXT是电子设计自动化（EDA）领域内寄生参数提取解决方案的黄金标准（7）Synopsys 的LEDA是一种可编程代码设计规则检查器，它提供全芯片级混合语言（Verilog和 VHDL）处理能力,从而加快了复杂的SOC设计的开发（8）Formality是一种等效性检测工具，采用形式验证的技术来判断一个设计的两个版本在功能上是否等效,简称FM. DRC要验证的对象是版图，我们的版图一般是通过两种方法得到的。一种是用virtuoso等版图编辑工具手工绘制。这在模拟设计中较为普遍。另一种是用Cadence的SE等自动布局布线工具（APR）由网表文件自动产生。 1
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