專用集成電路和可編程集成電路(編輯修改稿)
2025-02-13 09:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)時(shí)將所需單元從單元庫(kù)中調(diào)出．將其排列成若干行，行間留有布線通道。芯片主要分為 3個(gè)區(qū)域： ①四周的 I／O單元和壓焊塊；②單元行；③布線通道。 然后根據(jù)電路要求將各單元用這線連接起來(lái)，同時(shí)把相應(yīng)的輸入輸出單元和壓焊塊連接起來(lái)，就得到了所需要的； 8片版圖。 ? 由于標(biāo)準(zhǔn)單元本身的信號(hào)端口都引到單元的上下兩端，因而單元之間的連線都處在布線通道內(nèi)。在單層布線時(shí)，通道內(nèi)的布線情況如圖 88所示。 ?標(biāo)準(zhǔn)單元法的布局和布線由 CAD系統(tǒng)自動(dòng)完成。設(shè)計(jì)人員只要輸入電路的邏輯圖或輸入一種電路描述文件，以及壓焊塊的排列次序的要求即可。標(biāo)準(zhǔn)單元自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)將調(diào)用所需的單元和相應(yīng)的 I/Ｏ單元及壓焊塊，完成自動(dòng)布局和布線。 ? 標(biāo)準(zhǔn)單元與門陣列的另一突出區(qū)別是布線通道的高度可以由設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)需要加以調(diào)整 (不是固定不變的 )；當(dāng)布線發(fā)生困難時(shí)，可將布線通道間距適當(dāng)加大，因而布局布線是在一種不太受約束的條件下進(jìn)行的，可以保證 100％的布線布通率。 ? 有一點(diǎn)要加以強(qiáng)調(diào)的是，雖然每個(gè)被調(diào)用的單元都是事先設(shè)計(jì)好的，并經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查和電學(xué)件能驗(yàn)證，但并沒(méi)有制成各單元本身的掩模版。 芯片制造時(shí)的各層掩模版須根據(jù)最后布圖結(jié)果要專門加工定制，即不同的電路需要一套 (從十幾層到二十幾層不等的 )不同的掩模版，因而標(biāo)準(zhǔn)單元 IC無(wú)法事先完成部分加工工序。 ? 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)單元的典型內(nèi)容示于表 82 ? 單元庫(kù)中每個(gè)單元都各有 3種描述形式：①單元的邏輯符號(hào) (常以 L為標(biāo)志 )；②單元的拓?fù)浒鎴D (常以 O為標(biāo)志 )；③單元的掩模版圖 (常以 A為標(biāo)志 )。 ? 單元的邏輯符號(hào)用以建立邏輯圖，單元的拓?fù)浒鎴D用以描述單元的外形尺寸、輸入輸出端口和控制端口的位置及其寬度。在拓?fù)浒鎴D上除標(biāo)有單元名外，還有輸入輸出端口名和控制端口名，其名稱與邏輯符號(hào)中的名稱一一對(duì)應(yīng)。 ? 在設(shè)計(jì)的不同階段，標(biāo)準(zhǔn)單元自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)將分別調(diào)用單元庫(kù)中上述 3種描述形式，如圖 89所示。 ? 在邏輯圖輸入時(shí)，調(diào)用相應(yīng)的邏輯符號(hào)并進(jìn)行連接。在布圖布線階段，只調(diào)用單元的拓?fù)浒鎴D，它的引入會(huì)大大壓縮數(shù)據(jù)的處理量，并有助于設(shè)計(jì)人員的直觀檢查。 一般設(shè)計(jì)人員不需要了解單元內(nèi)部版圖的細(xì)節(jié)、而只要掌握單元的主要特征。在加工之前，需要將拓?fù)湫问睫D(zhuǎn)換成掩模形式，得到需要的掩模版圖，從這一最終的掩模版圖出發(fā)，再定制版各層掩模，進(jìn)而加工芯片。 ? 在標(biāo)難單元中，除了等高的標(biāo)準(zhǔn)單元外，還可插入宏功能塊，如圖 810所示。這些宏功能塊可以是 PLA、 ROM、RAM甚至 ALU．也可以是另外經(jīng)過(guò)專門全定制沒(méi)汁的功能塊。宏功能塊的引入大大擴(kuò)展廠標(biāo)準(zhǔn)單元法的應(yīng)用范圍。 ? 從表面上看，標(biāo)準(zhǔn)單元 IC與門陣列 IC的芯片版圖好像沒(méi)有明顯的差別，但實(shí)質(zhì)上，兩者有以下本質(zhì)差異： ? (1)標(biāo)準(zhǔn)單元中各單元雖然高度相等，但寬度不等。而門陣列中各單元是完全相同的。 ? (2)兩者都具有布線通道，但有通道門陣列的布線通道是固定的，而標(biāo)準(zhǔn)單元中是可變的。 ? (3)在門陣列中、對(duì)于一種基片結(jié)構(gòu)，共 I/O管腿數(shù)是固定的；設(shè)計(jì)時(shí)可利用其全部或部分 I/O管腿。在部分利用時(shí)，空余的管腿不予連接。但在標(biāo)準(zhǔn)單元中，則是根據(jù)需要設(shè)計(jì) I/O管腿數(shù)，因而沒(méi)有空余的 I/O管腿。 ? (4)門陣列基片是完成了連線以外的所有加工工序，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)的掩模版只有 2至 4塊；但對(duì)于標(biāo)被單元?jiǎng)t不同，由于所調(diào)用的單元不同，布局的結(jié)果不同，布線結(jié)果不同，布線通道間距也不同，因順需要設(shè)汁所有的掩模版。 ? 標(biāo)準(zhǔn)單元與門陣列相比有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)： ? (1)芯片面積的利用率比門陣列要高。芯片中沒(méi)有無(wú)用的單元，也沒(méi)有無(wú)用的晶體管。 ? (2)可保證有 100％的連續(xù)布通率。 ? (3)可以與全定制設(shè)汁法相結(jié)合，在芯片內(nèi)放入專門定制的功能塊。 ? 但標(biāo)準(zhǔn)單元也存在一些問(wèn)題： ? (1)原始投資大。單元庫(kù)的開(kāi)發(fā)需要投人大量的人力物力，當(dāng)工藝變化時(shí)，單元的修改工作需要付出相當(dāng)大的代價(jià)。因而如何建立 — 個(gè)在比較良的時(shí)間內(nèi)能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的單元庫(kù)是一個(gè)突出的問(wèn)題。 ? (2)成本較高。因?yàn)樗械难谀０娑夹枰獙ｉT定制。 ? (3)周期較長(zhǎng)。由于芯片的加工需要經(jīng)過(guò)全過(guò)程，無(wú)法事先完成加工中的某些工序。 ? 對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)性的研究項(xiàng)目或開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，需要的芯片數(shù)目很少，即使采用門陣列其代價(jià)也變得大局，因而出現(xiàn)了一種多設(shè)計(jì)項(xiàng)目硅圓片 (mulitiproject wafer， MPW)的加工方式。 ? 它是將各個(gè)具有完全不同設(shè)計(jì)內(nèi)容的設(shè)計(jì)項(xiàng)目(當(dāng)然也可以是同一設(shè)計(jì)公司所設(shè)計(jì)的 )集合在在一起，然后得到一個(gè)具有多項(xiàng)同的掩模版圖，經(jīng)定制多層掩模版后送去加工。 在加工完畢后，將硅片分割開(kāi)來(lái)，設(shè)計(jì)者各自取回屬己設(shè)計(jì)的那部分芯片進(jìn)行測(cè)試分析
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