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【详细】芯片设计全流程(包括每个流程需要用到的工具以及需要参与的工作人员)

IC全景设计流程图


芯片的诞生经历了(分别对应),每一步都包含复杂的步骤和过程,如所示。

现在,我们


一、IC设计分类

首先对做个介绍,比如所示。

如图1-1所示,可以粗分为又可分为;还有一部分IC设计采用,如:

  • :需要制作掩模,设计时间长,硬件无法升级;芯片面积小,性能优化好;适用于芯片需求量大的场合:用于分摊昂贵的光罩掩模制版费,降低单片生产成本。
  • :不需要后端设计/制作掩模,可编程;开发门槛低,设计时间短,硬件升级快捷;芯片面积大,性能不够优化 ;适合芯片需求量小的场合:不用支付昂贵的光罩掩模制版费。作为数字ASIC设计过程中的必要步骤:ASIC前端设计的设计FPGA原型验证(HDL功能验证)。

处理模拟信号的规模远低于数字IC,放大器( RF放大器、中放、运放、功放);比较器;振荡器;混频器;模拟PLL;稳压稳流源等

ADC、DAC;某些Driver;等等

System on Chip(系统集成电路,片上系统)


二、IC设计中需要考虑的因素

1.满足功能和性能要求(性能:速度和功耗)

2.降低芯片成本(包括设计、制造和测试)

  • 设计:良好的设计过程可以降低芯片的设计成本。
  • 制造:为了减少芯片面积,增加每个晶圆上的管芯数量,需要优化设计DFM提高芯片制造成品率的方法。
  • 测试:可测试设计(DFT)减少每个芯片的测试时间等。
    • 单芯片成本计算方法:CT = CD/N CP/(y*n) 封装试验成本
      • 第一项表示分配给每个芯片的设计费用:CD设计和掩模制版费(也称为设计和掩模制版费)NRE费用), N是总产量;
      • 第二项表示每个芯片的制造成本:CP每个晶圆的制造成本,n每个晶圆上的管芯数,y晶圆成品率;

(3)延长芯片的使用寿命

(4)缩短芯片上市时间(Time-to-Market)


三、数字IC设计流程及EDA工具与人员分工

1.第一阶段:前端设计:(RTL设计、逻辑设计)

用硬件描述语言HDL(Verilog、VHDL)描述;描述硬件电路,抽象地表示电路的结构和行为(如何组成,完成什么功能);

结构描述:多个部件用信号线互连形成实体; 行为描述:反映信号的变化、组合和传播行为,特征是信号的延迟和并行性; 与特定的硬件电路无关EDA简化了工具平台的设计; 支持从系统级到门和设备级到门的电路描述,并具有不同设计层次的模拟/验证机制; 支持电路描述由高层向低层的转换,可作为综合工具输入;

2.第二阶段:功能验证(前仿真)

检验RTL级的HDL是否实现了设计Spec.所需功能等;

  • 仿真:先对设计进行一系列的激励(输入),然后有选择的观察响应(输出)
  • 激励与控制:设置输入端口,输入激励向量;
  • 响应和分析:及时监控输出响应信号的变化,判断是否正确合法;

3.后端实现(综合逻辑逻辑) 时序分析 布局布线 版图验证,后仿真)

描述电路RTL级HDL转换为门级电路网表netlist过程;根据电路性能的要求(限制),在制造商提供的单元库的支持下,包括许多结构、功能和性能已知的逻辑元件,找到门级逻辑网络结构的最佳实现方案,形成门级电路网表netlist;

综合EDA工具主要包括三个阶段:

转换阶段:将RTL用门级逻辑来实现,构成初始的未优化电路。 优化与映射:对已有的初始电路进行分析,去掉电路中的冗余单元,并对不满足限制条件的路径进行优化,然后将优化之后的电路映射到由制造商提供的工艺库上

时序分析一般采用,以

STA工具的基本思想:

  • 关键路径是netlist中信号传播时延的最长路径,决定了芯片的最高工作频率;

STA工具可以分为三个基本步骤:

  • 第一是将netlist看成一个拓扑图 ;
  • 第二是时延计算(连线时延 net delay、单元时延 cell delay);
  • 第三是找到关键路径并计算时延,进行判断;

(3)布局布线

(4)版图验证

版图验证包括

:保证版图的可制造性,保证版图满足芯片制造厂的版图设计规则(Design Rule);:证明版图与门级电路网表netlist的一致性;

(4)后仿真

后仿真是,在后仿真之前首先要进行,提取版图的连线时延信息(RC Extract),等;

 


四、FPGA/CPLD设计流程及EDA工具

主要流程有三步:

(1)功能仿真

HDL设计是否实现Spec.功能要求;

采用的EDA工具:

(2)逻辑综合

HDL转化为FPGA门级网表;

采用的EDA工具:

(3)时序仿真

不同于前面提到的静态时序仿真STA,是动态时序仿真;

采用的工具:

(4)适配

也称结构综合或FPGA布局布线,是将由综合产生的网表文件配置于指定的目标器件(FPGA/CPLD)中,产生最终的下载文件,如JEDEC、Jam格式的文件。

(5)FPGA/CPLD 器件及其开发工具

FPGA/CPLD 器件提供商:

FPGA/CPLD 开发的EDA工具一般由器件生产厂家提供,但器件厂家只开发集成开发环境IDE和与器件密切相关的适配工具,功能仿真和综合工具实际是由第三方EDA软件开发商公司提供;

五、模拟IC设计流程及EDA工具

(1)电路图编辑

常用的工具:Cadence Virtuoso – Schamatic Composer

(2)电路仿真(电路模拟):俗称 SPICE 仿真

常用的工具: Synopsys HSPICE,Cadence Spectre

(3)版图编辑

常用的工具: Cadence Virtuoso – Layout Editor(LE)

(4)版图验证与后仿真

DRC/ LVS: DRC保证版图满足芯片制造厂的设计规则 / LVS证明版图与网表的一致性;

常用的DRC/LVS EDA工具:Mentor Calibre、 Synopsys Hercules;

参数提取:提取版图的连线时延信息(RC Extract);常用的参数提取EDA工具:Synopsys StarRCXT;

版图后仿真:SPICE;

模拟典型设计流程及EDA工具:


1、IC设计流程,从 Spec.到芯片_(数字IC、模拟IC、FPGA设计的流程及EDA工具) - 知乎 (zhihu.com)

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