微電子第九章設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)工具(編輯修改稿)
2025-01-15 23:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的掩模版。 ? 9．測(cè)試向量生成 ? 設(shè)汁者在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)設(shè)法產(chǎn)生一有效的測(cè)試向量 (test vector)。這里的向量不是指有方向的量而是指由一系列 1和 0組成的序列碼。 ? 將測(cè)試向量通過探針加到芯片的輸入樂焊塊，然后從輸出壓焊塊處得到其結(jié)果，將此結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果相比較，以檢查芯片的功能是否正確。如果該測(cè)試向量可以檢查出芯片中所有的內(nèi)在故障 (fault)，則稱該測(cè)試向量的故障覆蓋率 (fault coverage)為 100％。在一些 CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)中可以自動(dòng)生成測(cè)試向量，當(dāng)然我們希望能自動(dòng)生成出故障覆蓋率為 100％的測(cè)試向量。目前對(duì)組合邏輯電路，這一要求已有可能滿足，但對(duì)于時(shí)序電路則遠(yuǎn)不能達(dá)到。 ? 定制和半定制電路的設(shè)計(jì)流程示于圖 95。 ? 比較田 9— 5和圖 9— 2可以看出，對(duì)于定制和半定制電路設(shè)計(jì)而言，其設(shè)計(jì)前端與全定制設(shè)計(jì)的基本相同，但設(shè)計(jì)的后端有明顯的差異，在定制和半定制電路設(shè)計(jì)中不再需要電路設(shè)計(jì)和單元的版圖設(shè)計(jì)這兩步。設(shè)計(jì)所需要的單元庫由制造商所提供，設(shè)計(jì)者是在單元庫中選擇適當(dāng)?shù)膯卧獊順?gòu)成所需的邏輯。這實(shí)際上是一種自底向上的過程，因?yàn)樗怯扇舾蓚€(gè)小的單元 (或較小的模塊 )組成較大模塊的過程，這稱為綜合過程。 ? 有些 CAD軟件公司也提供通用的單元庫 (作為一選項(xiàng)，配置在公司出售的 CAD軟件中 )，設(shè)計(jì)者也可利用這種單元庫來設(shè)計(jì)芯片，并由被授權(quán)的制造廠商加工。 ?單元庫提供給設(shè)計(jì)者的信息包括有：①單元的尺寸和形狀；③單元功能和參數(shù)的詳細(xì)描述；③單元的電學(xué)參數(shù)，包括驅(qū)動(dòng)能力、輸入負(fù)載、延遲特性和功耗等；④電學(xué)參數(shù)隨溫度的變化和隨電源電壓的變化。 ? 定制和半定制電路的版圖設(shè)計(jì)工作包括布局和布線兩大步驟，通常由 CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)地完成。最后，版圖數(shù)據(jù)也要轉(zhuǎn)換成掩模版生成文件，再去生成各層掩模版。 ? 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則簡(jiǎn)稱設(shè)計(jì)規(guī)則，它是對(duì)設(shè)計(jì)者在進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)定的幾何尺寸限制，使工藝加工后的硅片上能保持該設(shè)計(jì)的拓?fù)浜蛶缀侮P(guān)系。設(shè)計(jì)規(guī)則代表了一種容差要求，它可保記：工藝加工過程發(fā)生可能的、也是允許的偏差時(shí)電路仍能正常工作。一般講，設(shè)計(jì)規(guī)則越保守，電路生產(chǎn)時(shí)的成品率越高，但這會(huì)增加芯片的面積；設(shè)計(jì)規(guī)則的寬嚴(yán)與否也與制造商的工藝水平有關(guān)。 ? 設(shè)計(jì)規(guī)則主要解決兩個(gè)問題：①同一層幾何圖形之間的關(guān)系；②不同層之間的相互關(guān)系。 ? 由于設(shè)計(jì)規(guī)則非常繁復(fù)，在此我們只能以 P阱 CMOS工藝為例簡(jiǎn)要說明如下。圖 96為多晶硅與多晶硅之間以及多晶硅與擴(kuò)散區(qū)之間的設(shè)計(jì)規(guī)則。圖 97為金屬的寬度和間距以及金屬對(duì)接觸孔覆蓋的設(shè)計(jì)規(guī)則。 ? 隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展和集成度的提高，集成電路芯片的設(shè)計(jì)工作越來越復(fù)雜而急需在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具方面有大的變革。 ? 回顧 30多年來集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程，大致可分為 3個(gè)階段： ? 20世紀(jì) 70年代的第一代設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD(puter aided design)系統(tǒng)。它以交互式圖形編輯和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查為特點(diǎn)，硬件采用 16位小型機(jī)。第一代 CAD系統(tǒng)的引入使設(shè)計(jì)入員擺脫了繁復(fù)、易出錯(cuò)誤的手工畫圖、機(jī)械刻紅膜的做法，大大提高了效率，因而得到了迅速的推廣。但是那時(shí)的邏輯圖輸入 (schematic entry)、邏輯模擬、電路模擬等工作與該系統(tǒng)的版圖設(shè)計(jì)與版圖驗(yàn)證是分別進(jìn)行的，人們需要對(duì)兩者的結(jié)果進(jìn)行多次的比較和修改才能得到正確的設(shè)計(jì)，有時(shí)甚至在投片后才發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)存在錯(cuò)誤、不得不返工修改，因而付出了昂貴的代價(jià)。 ? 20世紀(jì)的年代出現(xiàn)了第二代設(shè)計(jì)白動(dòng)化系統(tǒng)，常稱為計(jì)算機(jī)輔助工程 CAE （ puteraidedengineering）系統(tǒng)。它以 32位工作站為硬件平臺(tái)，集邏輯圖輸入、邏輯模擬、測(cè)試向量生成、電路模擬、版圖設(shè)計(jì)、版圖驗(yàn)證等工具于一體，構(gòu)成了一個(gè)較完整的 ? 設(shè)計(jì)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)人員以輸入邏輯固的方式升始設(shè)計(jì)芯片，并在工作站上完成全部設(shè)計(jì)工作。它不僅有設(shè)計(jì)全定制電路的交互式版圖編輯器，還包括有門陣列、標(biāo)準(zhǔn)單元的自動(dòng)設(shè)計(jì)工具和經(jīng)過驗(yàn)證的單元庫，系統(tǒng)可自動(dòng)地完成布局、布線等功能，因而大大減輕了版圖設(shè)計(jì)的工作量。 ? 在 CAE系統(tǒng)中，更引入了版圖參數(shù)提取工具 LPE和版圖與電路之間一致性檢查工具 LVS，從而可發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)是否有錯(cuò)。同時(shí)還可將 LPE所得到的版圖寄生參數(shù)引入電路圖，做一次更為精確的電路模擬，以進(jìn)一步檢查電路的時(shí)序關(guān)系和速度是否仍符合設(shè)計(jì)要求：。盡管這些功能的引入保證了投片流水的一次成功率，但是一致性檢查和后模擬仍是在設(shè)計(jì)的最后階段才進(jìn)行的，因而如果一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤還需要修改版圖或修改電路，仍需付出相當(dāng)?shù)拇鷥r(jià) (當(dāng)然可以避免投片流水所帶來的經(jīng)濟(jì)損失 )。
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