第四讲ASIC图相关设计方式

1、第四讲ASIC图相关设计方式第四讲ASIC图相关设计方式2集成电路实现方法集成电路实现方法可归纳为两大类可归纳为两大类:版图设计法版图设计法(本讲介绍本讲介绍) 全定制设计法全定制设计法(模拟模拟IC)标准单元设计法标准单元设计法(数字数字IC)现场可编程现场可编程器件法器件法(第七讲介绍第七讲介绍)ROM、PROM、EPROM、EEPROM系列系列PAL、GAL系列系列CPLD、FPGA系列系列版图的基本要素版图的基本要素第四讲ASIC图相关设计方式3一、全定制版图设计方法一、全定制版图设计方法Full-Custom Design Approach 以人工设计为主以人工设计为主计算机作为绘图

2、与规则检查工具起辅助作用计算机作为绘图与规则检查工具起辅助作用元器件元器件, 最佳尺寸（性能、驱动力、面积）最佳尺寸（性能、驱动力、面积） 拓扑结构拓扑结构, 要有最合理的布局（面积）要有最合理的布局（面积） 连线连线, 要寻找到最短路径（延时）要寻找到最短路径（延时） 全定制设计全定制设计IC的特点的特点设计成本高（人工慢、贵、上市时间长）设计成本高（人工慢、贵、上市时间长）制造成本低（面积小，更多的产出）制造成本低（面积小，更多的产出）性能好（连线短，延时小）性能好（连线短，延时小）第四讲ASIC图相关设计方式4全定制版图适应对象全定制版图适应对象产量浩大的通用集成电路产量浩大的通用集成电

3、路从成本与性能考虑从成本与性能考虑模拟集成电路、高压及功率集成电路模拟集成电路、高压及功率集成电路器件多样、电路形式无规则（相对于数字电路而言）器件多样、电路形式无规则（相对于数字电路而言）数字电路中最底层的基本单元（如标准逻辑单数字电路中最底层的基本单元（如标准逻辑单元、元、I/O单元）单元） 满足性能最佳、面积最小的要求满足性能最佳、面积最小的要求简单、规模较小的数模混合专用集成电路简单、规模较小的数模混合专用集成电路 在设计者力所能及的情况下做到最优在设计者力所能及的情况下做到最优 ( 简单数字简单数字电路的全定制实现电路的全定制实现) 第四讲ASIC图相关设计方式5版图全貌（版图全貌（

4、1212块版）块版） ZDLX-1H 第四讲ASIC图相关设计方式6N N 阱（阱（TBTB） ZDLX-1H第四讲ASIC图相关设计方式7有源区（有源区（TOTO） ZDLX-1H第四讲ASIC图相关设计方式8多晶硅栅（多晶硅栅（GTGT） ZDLX-1H第四讲ASIC图相关设计方式9P P+ +源漏区（源漏区（SPSP） ZDLX-1H 第四讲ASIC图相关设计方式10N N+ +源漏区（源漏区（SNSN） ZDLX-1H 取P+源漏区的反版第四讲ASIC图相关设计方式11金属金属1 1（A1A1） ZDLX-1H第四讲ASIC图相关设计方式12金属金属2 2（A2A2） ZDLX-1H第

5、四讲ASIC图相关设计方式13金属金属3 3（A3A3） ZDLX-1H第四讲ASIC图相关设计方式14PADPAD压焊块（压焊块（CPCP） ZDLX-1H第四讲ASIC图相关设计方式15问题问题少了哪几块版图？为什么少了？第四讲ASIC图相关设计方式16PDKPDK中的中的PCELLPCELLPMOSNMOS电阻电阻PNP电容电容电感电感第四讲ASIC图相关设计方式176464路路PDPPDP显示扫描高压驱动芯片显示扫描高压驱动芯片* *博士生洪慧（）博士生洪慧（）第四讲ASIC图相关设计方式1818 bit 18 bit 音频音频 ADC ADC 版图（）版图（） 博士生马绍宇（）博士生

6、马绍宇（）第四讲ASIC图相关设计方式1918 bit 18 bit 音频音频 DAC DAC 版图（）版图（）博士生黄小伟（）博士生黄小伟（）第四讲ASIC图相关设计方式202.4GHz PLL2.4GHz PLL（锁相环）版图（）（锁相环）版图（）博士生周海峰（）博士生周海峰（）第四讲ASIC图相关设计方式21700V700V高压高压PWMPWM芯片芯片( 3um BCD)( 3um BCD)* *硕士生梁剑（）硕士生梁剑（）第四讲ASIC图相关设计方式22锂离子电池保护器锂离子电池保护器(0.6um CMOS)(0.6um CMOS)* *第四讲ASIC图相关设计方式23光电图像传感器光

7、电图像传感器(0.6um CMOS)(0.6um CMOS)* *硕士生周鑫（）硕士生周鑫（）第四讲ASIC图相关设计方式24漏电保护器漏电保护器ASICASIC芯片芯片(0.5um)(0.5um)* *硕士生付文（硕士生付文（2006-2008）第四讲ASIC图相关设计方式25优化设计（优化设计（2.20.72 mm2.20.72 mm2 2）硕士生范镇淇（）硕士生范镇淇（）工艺改进（）管子宽长比的优化（最小尺寸）算法的优化（计数器的复用）逻辑单元的优化（DFF 从22只管子 16只管子）增加了四项功能增加了四项功能1、有无延时可选、有无延时可选2、延时类型可选、延时类型可选3、ESD保护保

8、护4、抗空间辐照、抗空间辐照(EMC)第四讲ASIC图相关设计方式26“浙大绿芯浙大绿芯1 1号号”ZDLX-1H ZDLX-1H 节能芯片节能芯片* *硕士生彭成（）硕士生彭成（），面积为，面积为2 第四讲ASIC图相关设计方式27ZDLX-1H ZDLX-1H 应用电路的设计应用电路的设计整流电路整流电路降压电路降压电路滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路 第四讲ASIC图相关设计方式28EMC试验试验/寿命试验寿命试验/高低温高低温/噪声噪声EMI (10KHz 以上时以上时)EMS浪涌（雷电）（浪涌（雷电）（2KV, 4KV）快变脉冲群（振铃）快变脉冲群（振铃）空间辐照（辐射）（空间辐照（

9、辐射）（100MHz 1GHz）静电静电ESD（接（接触式、非接触式，4KV, 8KV）寿命实验（寿命实验（10万次以上）万次以上）高低温实验（高低温实验（- 40C 85C）噪声实验（噪声实验（25dB以下）以下）第四讲ASIC图相关设计方式29高压荧光灯驱动电路高压荧光灯驱动电路(650V BCD)(650V BCD)硕士生刘剑（）硕士生刘剑（）第四讲ASIC图相关设计方式30电子镇流器驱动电路（电子镇流器驱动电路（600V BCD600V BCD）硕士生姚云龙（）硕士生姚云龙（）第四讲ASIC图相关设计方式31功率因数调整器（功率因数调整器（BipolarBipolar）硕士生詹桦（）硕

10、士生詹桦（）第四讲ASIC图相关设计方式3265nm 65nm 极低功耗极低功耗ADCADC* *博士生罗豪（博士生罗豪（2007.9-2012 .9） 论文发表在论文发表在国际微电子国际微电子学顶级期刊学顶级期刊JSSC上。上。是浙大第一是浙大第一篇，也是中篇，也是中国大陆国大陆14年来第年来第14篇。篇。第四讲ASIC图相关设计方式33、6GHz 6GHz 小数分频小数分频 PLLPLL硕士生梁筱、杨伟伟（）硕士生梁筱、杨伟伟（）第四讲ASIC图相关设计方式34空调马达驱动电路（空调马达驱动电路（500V SOI500V SOI）博士生张世峰（）博士生张世峰（） 第四讲ASIC图相关设计方

11、式35博世三相马达驱动电路博世三相马达驱动电路(60V BCD)(60V BCD)* *博士生陈雅雅（）博士生陈雅雅（） 第四讲ASIC图相关设计方式36炼钢炉炉温控制炼钢炉炉温控制ASIC(0.5um CMOS)(0.5um CMOS)* *硕士生孙俊（）硕士生孙俊（）第四讲ASIC图相关设计方式37太阳能电池最大功率跟踪器芯片太阳能电池最大功率跟踪器芯片* *硕士生刘放（）硕士生刘放（）第四讲ASIC图相关设计方式38MPWMulti-Purpose Wafer第四讲ASIC图相关设计方式39通信链路保护芯片通信链路保护芯片( (双向双向SCRSCR器件器件) )本科生王泽（）本科生王泽（

12、）第四讲ASIC图相关设计方式401700V/100A IGBT 1700V/100A IGBT 器件器件* *博士生张斌（）博士生张斌（）第四讲ASIC图相关设计方式41集成电路实现方法集成电路实现方法可归纳为两大类可归纳为两大类:版图设计法版图设计法(本讲介绍本讲介绍) 全定制设计法全定制设计法(模拟模拟IC)标准单元设计法标准单元设计法(数字数字IC)现场可编程现场可编程器件法器件法(第七讲介绍第七讲介绍)ROM、PROM、EPROM、EEPROM系列系列PAL、GAL系列系列CPLD、FPGA系列系列版图的基本要素版图的基本要素第四讲ASIC图相关设计方式42二、标准单元法（半定制设计

13、方二、标准单元法（半定制设计方法）法）Semi-Custom Design ApproachSemi-Custom Design Approach标准单元法也叫库单元法，用在数字标准单元法也叫库单元法，用在数字IC设计中。设计中。先将先将IC设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元(包包括括I/O单元单元)的版图用全定制的方法设计好后存入库的版图用全定制的方法设计好后存入库中中 按照最佳设计原则（速度、面积）按照最佳设计原则（速度、面积） 遵照一定的外形尺寸约束（等高不等宽）遵照一定的外形尺寸约束（等高不等宽）实际设计实际设计ASIC时时 从单元库中调出所要的单元版

14、图从单元库中调出所要的单元版图 按照一定的拼接规则拼接按照一定的拼接规则拼接 留出平行且宽度可调的布线通道（水平与垂直走线分层）留出平行且宽度可调的布线通道（水平与垂直走线分层） 第四讲ASIC图相关设计方式43标准单元法中标准单元法中“等高不等宽等高不等宽”原则原则基本逻辑单元的逻辑功能和驱动能力不同基本逻辑单元的逻辑功能和驱动能力不同, 其版其版图面积也不同图面积也不同单元版图设计必须满足一个约束条件单元版图设计必须满足一个约束条件在某一个方向上它们的尺寸必须是完全一致的：在某一个方向上它们的尺寸必须是完全一致的： 宽度可以不一宽度可以不一, 但高度却必须完全相等但高度却必须完全相等 这就

15、是所谓的这就是所谓的“等高不等宽等高不等宽”原则原则此原则是标准单元设计法得以实施的保证此原则是标准单元设计法得以实施的保证既保证了器件的多元化，又保证了走线通道的规既保证了器件的多元化，又保证了走线通道的规则化则化第四讲ASIC图相关设计方式44标准单元版图布局标准单元版图布局PADChannelCell等高等高不等宽不等宽第四讲ASIC图相关设计方式45带内波纹抽取带内波纹抽取/插值滤波器插值滤波器(0.18um)硕士生陈磊、蔡友（）硕士生陈磊、蔡友（）1P6M第四讲ASIC图相关设计方式46标准单元法的特点标准单元法的特点布线通道布线通道当两排元件之间的连线较少时当两排元件之间的连线较少

16、时, 布线通道就窄些布线通道就窄些, 以减以减少面积浪费少面积浪费; 当两排元件之间的连线较多时当两排元件之间的连线较多时, 布线通道就宽些布线通道就宽些, 以保以保证布通率证布通率I/O压焊块压焊块四周四周I/O压焊块的个数可根据实际需要安置（排布压焊块的个数可根据实际需要安置（排布1-4边）边）面积或受面积或受CORE限制，或受限制，或受I/O个数限制个数限制逻辑单元逻辑单元同一种功能的逻辑门，可有不同的版图宽度，用户可根同一种功能的逻辑门，可有不同的版图宽度，用户可根据对驱动能力的不同需求调用不同宽度的单元。据对驱动能力的不同需求调用不同宽度的单元。第四讲ASIC图相关设计方式47标准单

17、元法中的单元库和库单元标准单元法中的单元库和库单元标准单元法中一个很重要的工作是建标准单元法中一个很重要的工作是建 库库, 繁复的建库工作需要大量人力和时间的投入繁复的建库工作需要大量人力和时间的投入每一种逻辑功能需要相应的库单元与之对应每一种逻辑功能需要相应的库单元与之对应,同一种逻辑的单元会因为驱动能力的不同而有不同一种逻辑的单元会因为驱动能力的不同而有不同的型号和不同的版图面积同的型号和不同的版图面积单元库中的每个（库）单元都有三种描述形式单元库中的每个（库）单元都有三种描述形式:单元的逻辑符号单元的逻辑符号(以以L表征表征)单元的拓扑版图单元的拓扑版图(以以O表征表征)单元的掩膜版图单

18、元的掩膜版图(以以A表征表征)第四讲ASIC图相关设计方式48逻辑逻辑“非门非门” （倒相器）的（倒相器）的逻辑符号、拓扑版图、掩膜版图逻辑符号、拓扑版图、掩膜版图 第四讲ASIC图相关设计方式49库单元三种描述方式的意义库单元三种描述方式的意义单元的逻辑符号用以建立逻辑图单元的逻辑符号用以建立逻辑图 单元的拓扑版图描述单元版图的外形尺寸、输入单元的拓扑版图描述单元版图的外形尺寸、输入/输出的位置输出的位置为使单元之间的连线都处于布线通道之内为使单元之间的连线都处于布线通道之内, 单元单元本身的本身的PIN口必须处于单元的上下两排，从上、口必须处于单元的上下两排，从上、下都可链接下都可链接单元

19、的掩膜版图才是最终的有效制版信息单元的掩膜版图才是最终的有效制版信息注意每种单元的三种描述之间名称要一一对应注意每种单元的三种描述之间名称要一一对应第四讲ASIC图相关设计方式50标准单元法设计标准单元法设计ASIC采用标准单元设计采用标准单元设计IC时时, 只需调用各单元的拓扑只需调用各单元的拓扑版图即可版图即可 拓扑版图的简单外形大大压缩了数据的处理量拓扑版图的简单外形大大压缩了数据的处理量 有助于设计者的直观检查有助于设计者的直观检查经过自动布局布线处理后经过自动布局布线处理后, 再进行一次数据转换再进行一次数据转换, 将拓扑版图转换成掩膜版图将拓扑版图转换成掩膜版图, 得到最终可供制得到最终可供制版的掩膜数据（版的掩膜数据（GDS-II）所有的库单元在入库时都必须进行严格的设计规所有的库单元在入库时都必须进行严格的设计规则检查和电连接性检查则检查和电连接性检查, 确保万无一