Integrated_Circuits电子信息专业英语，计算机专业英语.doc
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9.9 积分
Integrated Circuits(集成电路)The Integrated Circuit Digital logic and electronic circuits derive their functionality from electronic switches called transistor. Roughly speaking, the transistor can be likened to an electronically controlled valve whereby energy applied to one connection of the valve enables energy to flow between two other connections.By combining multiple transistors, digital logic building blocks such as AND gates and flip-flops are formed. Transistors, in turn, are made from semiconductors. Consult a periodic table of elements in a college chemistry textbook, and you will locate semiconductors as a group of elements separating the metals and nonmetals.They are called semiconductors because of their ability to behave as both metals and nonmetals. A semiconductor can be made to conduct electricity like a metal or to insulate as a nonmetal does. These differing electrical properties can be accurately controlled by mixing the semiconductor with small amounts of other elements. This mixing is called doping. A semiconductor can be doped to contain more electrons (N-type) or fewer electrons (P-type). Examples of commonly used semiconductors are silicon and germanium. Phosphorous and boron are two elements that are used to dope N-type and P-type silicon, respectively. A transistor is constructed by creating a sandwich of differently doped semiconductor layers. The two most common types of transistors, the bipolar-junction transistor (BJT) and the field-effect transistor (FET) are schematically illustrated in Figure 2.1.This figure shows both the silicon structures of these elements and their graphical symbolic representation as would be seen in a circuit diagram. The BJT shown is an NPN transistor, because it is composed of a sandwich of N-P-N doped silicon. When a small current is injected into the base terminal, a larger current is enabled to flow from the collector to the emitter.The FET shown is an N-channel FET, which is composed of two N-type regions separated by a P-type substrate. When a voltage is applied to the insulated gate terminal, a current is enabled to flow from the drain to the source. It is called N-channel, because the gate voltage induces an N-channel within the substrate, enabling current to flow between the N-regions. Another basic semiconductor structure is a diode, which is formed simply by a junction of N-type and P-type silicon. Diodes act like one-way valves by conducting current only from P to N. Special diodes can be created that emit light when a voltage is applied. Appropriately enough, these components are called light emitting diodes, or LEDs. These small lights are manufactured by the millions and are found in diverse applications from telephones to traffic lights. The resulting small chip of semiconductor material on which a transistor or diode is fabricated can be encased in a small plastic package for protection against damage and contamination from the out-side world.Small wi。省略部分。省略部分。蜂窝电话芯片是专用集成电路(ASIC)。相比之下，7400和4000系列集成电路是一个逻辑构建模块，可以用导线连接，适用于各种应用。随着特征尺寸的逐年缩小和设计工具的改进，ASIC最大的复杂性从5000个门电路增加到1亿个门电路，因此功能也大大提高。现代ASIC通常包括32位处理器，包括ROM、RAM、EEPROM、Flash等待存储器等大型组件。这样的ASIC经常被称为SoC(片上系统)。数字ASIC设计师使用硬件描述语言(HDL)，比如Verilog或VHDL语言来描述ASIC的功能。现场可编程门阵列(FPGA)它是现代版的7400系列和面包板，包括可编程逻辑块和可编程模块之间的连接，使相同FPGA可用于许多不同的场合。小规模设计或(和)小批量生产，FPGA可能比ASIC成本效率更高。不能回收坏的工程费用(建立具体的工厂生产ASIC成本)可能达到几十万美元。专用集成电路的通用术语也包括FPGA，但大多数设计师只会ASIC非现场可编程设备将使用ASIC和FPGA两者区别开来。历史最初的ASIC使用门阵列技术。Ferranti在1980年左右制作了也许是第一片门阵列，ULA(自由逻辑阵列)。定制是通过改变金属相互连接的掩模来产生的。ULA多到几千个门电路的复杂性。之后的版本变得更加通用，包括金属和多层硅，有些基底包括RAM单元。标准单元设计在20世纪80年代中期，一个设计师应该选择一个ASIC制造商使用制造商提供的设计工具来完成他们的设计工作。尽管有第三方设计工具，但第三方设计工具与众不同ASIC但造商的布线与实际半导体工艺的性能缺乏有效的联系。大多数设计师最终使用工厂专用工具来完成他们的设计。解决这个问题的一种方法是实现标准元件，这也带来了更高密度的设备。每个ASIC制造商都可创造他们自己的具有已知电性能的功能块，如传播延迟器、电容、电感，这些都可以用第三方工具来表示(实现)。标准单元设计是利用这些功能块实现高门密度和良好的电气性能。标准单元设计适应了门阵列和全定制设计之间的一次性工程成本和循环元件成本。直到20世纪80年代末，设计编译器等逻辑综合工具才开始向大多数设计师提供。可以使用这些工具HDL描述语言编译成门级网表。这使得标准单元设计的设计方法成为可能。在概念上，标准单元集成电路的设计过程需要经过以下过程，但实际上这些过程在实际生产中有很大的重叠。除非在物理制造过程中引入缺陷，否则这些步骤几乎总是产生能够正确实现原始设计的最终设备。设计工程师团队开始为新工作ASIC对所需功能的非正式理解通常来自需求分析。*建立正确的设计团队ASIC并使用芯片的描述HDL语言实现这些目标。这个过程可以类比于用高级语言编写计算机程序。这一过程常被称为RTL(寄存器传输级)设计。*模拟验证目标的合适性。利用例如Virtutech’s Simics软件构建的虚拟系统可以以每秒数十亿个模拟指令的速度模拟工具ASIC的功能。*设计编译器等逻辑综合工具RTL设计转换为标准单元较低层结构的集合。这些元素是从标准单元库中获得的，由事先规定的门电路组成，如2输入或非门、2输入和非门、非门等。有计划的ASIC制造商有其特定的标准单位。所有标准单元，加上连接所需的导线，都称为门级网表。*接着，门级网表由布局工具进行处理，将标准单元布局在代表最终ASIC的区域。努力寻找标准单元的布局，服从各种规定的约束。有时，模拟退火等先进技术被用来优化布局。*由工具获取标准单元的物理布局，并利用网表来创建它们之间的电连接。由于搜索空间很大，该过程将产生满足充分条件的解，而不是全局最优解。这个过程的输出是一套光掩模使半导体制造产生实物的IC。*接下来是对最终延时、寄生电阻和电容以及能量消耗的周全的评估。对于数字电路，这将被进一步对应为延迟信息，这些评估将用于最后一轮的测试。这一测试表明器件将在所有极端的过程、电压、温度下正常工作。当这项测试完成时，光掩模信息将被公布用于芯片制造。这些设计步骤(或流程)对于标准产品设计同样适用。重要的差别在于标准单元设计使用制造商的单元库，这些库已用于数以百计的其它设计实现，因而比起全定制设计来风险小得多。门阵列设计门阵列设计是一种制造方法，事先定义好扩散层(晶体管和其它有源器件)，包含这些器件的晶片在金属化之前被库存，就是说先不进行联接。然后在物理设计过程中定义最终设计的连接。对设计者来说重要的是，ASIC相比在市场上可提供的FPGA解决方案，能达到最小的传播延时。门阵列ASIC是一种折中方案，因为将某一给定的设计与制造商库存的晶片相对应总是不可能达到100%利用率的。现在电路设计者已经很少采用纯粹的逻辑门阵列设计，而几乎都代之以FPGA之类的现场可编程器件了。这些器件可由用户编程，使工具作业费用最低，以略为提高的零件价格获得可比的性能。现在门阵列正在发展为结构化ASIC，其中包含很大的IP内核，如处理器、DSP单元、外围设备、标准接口、集成SRAM存储器、以及一组可重新设置的未确定功能的逻辑单元。这种转变很大程度上是因为ASIC器件能够集成大量的系统功能模块，以及片上系统所要求的(功能)比仅仅逻辑单元多得多。全定制设计全定制设计的优点通常包括减小的面积，性能的改进，以及能集成模拟元件和其它预先设计的元件比如构成片上系统的微处理器核。缺点包括增加的制造和设计时间，增加的不可循环工程成本，更复杂的CAD系统，和对设计团队熟练程度高得多的要求。但对于纯数字设计来说，“标准单元”库与现代CAD系统一起，可以低风险提供相当大的性能/价格优势。自动布局工具使用起来快速且简单，也提供了对设计的性能限制进行人工优化的可能性。结构化设计结构化ASIC设计是一个不明确的表达，在不同的上下文中有不同的意义。在工业界这是一个相对新的术语，这也是为什么在它的定义上有一些不同。不过结构化ASIC的基本前提是，由于有事先定义的金属层和事先规定了硅片上包含的内容，制造周期和设计周期相对于基于单元的ASIC都有所减少。一种定义是这样的：在结构化ASIC设计中，器件的逻辑掩模层是被ASCI供应商(有些情况下由第三方)预先定义的。结构化ASCI可以被看成是在现场可编程门阵列与“标准单元”ASCI设计之间建立联系。使得结构化ASCI与门阵列不同的是，在门阵列中，预先定义的金属层是为能更快地制造转向而服务的。而在结构化ASIC中预先定义的金属化主要是降低掩模的成本，并被用于使设计周期明显缩短。同样的，为结构化ASCI所使用的设计工具可以大大降低成本，并比基于单元的工具更容易使用，因为这些工具不必像基于单元的工具那样执行所有的功能。关于结构化ASIC的另一个重要方面是，它使对于某些应用共同的IP成为内在的，而不是设计在内的。通过直接将IP植入结构中，相比将IP设计在基于单元的ASIC中，设计者又能节省时间和花费。9 / 9 关 键 词： 专业英语 信息 电子 circuits 计算机 integrated
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