微电子第八章专用集成电路和可编程集成电路.ppt

1、第八章专用IC集成电路和可程序设计师IC集成电路，8.1专用IC集成电路的作用和特点8.2男同性恋阵列IC集成电路(有通道，无通道) 8.3标准单元IC集成电路8.4多设置修订项硅片方法8.5程序设计师双逻辑器件8.6逻辑单元阵列LCA 8.7门阵列， 标准小区和可程序设计师IC集成电路的作用和特点专用IC集成电路(ASIC )被认为是用户专用电路(custom specific IC )，是一种能够根据用户特定的要求以低开发成本、短交货期进行交货的IC集成电路。 (1)新的ASIC芯片能被印刷电路板上的公共标准IC产品的定径套所替代，从而减少系统上的总芯片数量。 (2)高性能，特别针对某个应

2、用程序进行了设定，因此能够得到最佳的设定修正(3)能够追加几个特殊的功能。 因为其他公司的产品没有这些个的特殊功能，所以不怎么花费。 (4)提高设计的保密工作，采用通用的IC产品容易被他人复制。 8.1专用IC集成电路的作用和特点，采用ASIC后，对整个机械的系统制造也有明显的益处： (1)减少印刷电路板的数量，明显节省了系统的购买体积和重量；(2)提高了系统的可靠性；(3)减少总的功耗，可以利用小的电源设备此外，通过减少系统的大小、重量和电功耗，可以进一步减少系统的外壳和蒸发制冷成本。 因为ASIC可以说是市场竞争的产物，所以ASIC通常不采用设置纠正周期长、设置纠正成本高的全定制设置纠正方

3、法，而采用半定制的男同性恋阵列IC、定制的斯坦共和国达单元IC，或者直接使用程序设计师逻辑去老虎钳膏程序设计师布逻辑单元阵列。8.2男同性恋阵列IC集成电路、男同性恋阵列包括数字电路男同性恋阵列和线性阵列这两种。的。 前者被简称为男同性恋阵列，分为有信道的男同性恋阵列(通常称为男同性恋阵列)和无信道的男同性恋阵列(通常称为男同性恋座)两种。 在严格意义上，男同性恋阵列应该称为晶体管阵列。 预先在芯片上生成由基本单元构成的阵列，即除接线以外的所有的芯片加工工序完成。 已进行了修改，以调用男同性恋阵列库，并根据电路要求完成版结构布线。 送到工厂完成最后的连接等工序。 8.2.1TTL是具有信道男同

4、性恋阵列和典型信道男同性恋阵列的衬底结构，如图8-1所示。 单元排列成列，行和行(列和列)之间留有该线用的通道区域，通道区域的高度一定。 这就是“有通道男同性恋阵列”这个名词的由来。 单元间的布线为了确保100的吞吐量，需要较宽的信道，这会引起不必要的布线区域，因此硅面积被浪费。 男同性恋阵列的另一个特征是在基片的周围有一定数量的投入产出针织面料和压接布线摇滾乐。 男同性恋阵列可以具有单层布线和双层布线。 只允许单层金属布线时，垂直线段为金属时，水平线段必须使用多晶硅。 如果有2层配线，则2层金属之间通过通孔(via )连接。 8.2.1TTL是信道男同性恋阵列，8.2.1TTL是信道男同性恋

5、阵列，在男同性恋阵列的每一个单元中包括规则且重复的晶体管，在双极男同性恋阵列中还包括电阻。 对于CMOS男同性恋阵列，典型的基本单元是两个p沟道晶体管和两个n沟道晶体管，如图8-2所示。 男同性恋阵列具有相同的用户针织面料，但可以通过不同的连接获得不同的功能。 通过采用图8.2的两个基本单元针织面料，能够形成一个3输入端子的与非门电路(参见图8-3 )。 图中有编号的是第一层金属的联系性孔。 有编号的是第一层金属和第二层金属之间的贯通孔(via )。 需要更复杂的功能时，可以采用多个基本unicode针织面料。因为在实践中，在男同性恋阵列的一些基本逻辑单元针织面料和功能块摇滾乐的内部连接图(也

6、称为宏命令单元针织面料)被示出，所以设置者仅仅处理每个基本逻辑单元针织面料或功能块摇滾乐之间的连接，而不是解决用户针织面料与功能块之间的连接问题。8.2.1TTL信道男同性恋阵列、8.2.1TTL信道男同性恋阵列、8.2.1TTL信道男同性恋阵列，由于芯片内的各单元相同，且信道的高度恒定，且投入产出单元与压接子摇滾乐的数目也相同，因此可采用统一的遮蔽空白对照当然，男同性恋阵列芯片供应商为了满足不同规模的电路需求，设置制作了不同规格(包括不同数量的单元、不同数量的IO单元和压接块、不同的通道尺寸)的系列基板，以供用户使用。 8.2.1TTL中有信道男同性恋阵列，单独处理可根据电路的要求进行。 进

7、行逻辑男同性恋的版结构和男同性恋之间的布线。 在该情况下，需要分别设定、修正制作用于联系性孔的连接线的掩模空白对照。 在单层布线工艺中，2片掩模空白对照(1片为联系性孔用，另1片为金属布线用)设置修正即可的2层布线，需要4片掩模空白对照(1片为联系性孔，1片为通孔，另2片分别为第1层金属和第2层金属)。 由于采用2层金属配线方式，可得到更紧凑的版结构，芯片面积变小。 男同性恋阵列可以使用诸如STL、ECL、TTL和CMOS之类的多种电路技术，但是更通常使用CMOS。 有8.2.1 TTL通道男同性恋阵列、男同性恋阵列。 芯片的规模通常通过有多少等效输入男同性恋来表示。 此处的等效输入男同性恋指

8、2输入反相器或2输入反相器，并且形成2输入反相器所需的单元数目通常与形成1个2输入反相器的单元数目相同。 表8-1显示了以丁的3输入端CMOS男同性恋阵列为基础的各种逻辑男同性恋和功能工作摇滾乐所需的单元数。 另外，8.2.1TTL具有信道男同性恋阵列，男同性恋阵列的优点是显而易见的。 根据电路要求从系列产品中选择相应的基板，并在此基础上选择所需的单元进行自动配置和布线(在CAD工具的帮助下)。 由于需要客制化的蒙版空白对照只有2张或4张，因此设定、修订周期大幅缩短，加工时间大幅缩短，成本也大幅降低。 此外，即使需要流程的变更和尤针织面料结构的变更，也可以以较少的修正完成，无需交换计算机辅助设

9、计软件，因此原始投资低。 通常，实现ASIC电路的最经济的方法，即使芯片的生产量低，在需要数百或数千个芯片的情况下，其价格在允许范围内。 这些个的优点是男同性恋阵列在很多应用领域迅速普及的原因。 8.2.1TTL有通道男同性恋阵列，但男同性恋阵列也有其独特的弱点。 单元中的晶体管尺寸是固定的。 如第5章所述，在CMOS电路中，因为需要调整晶体管的宽度以获得良好的性能，所以无法优化在男同性恋阵列中设定的电路性能。 为了满足不同的要求，将男同性恋阵列中的晶体管大小进行了较大的修正，因此速度低、电功耗大、所占面积也大的信道大小是固定的，可提供的连接信道全部被使用后，即使有多才多艺的门也不能再利用，

10、有8.2.1TTL沟道男同性恋阵列，为了保证布线的100通率，通常在选择男同性恋阵列基板时，由于基板上的晶体管的总数比实际需要的晶体管数大， 在基板上相当部分的晶体管实际上不需要的晶体管的利用率总是在80以下，用自动版结构布线进行版结构的情况下，有时不能达到100布线的吞吐量(特别是单层金属工艺的情况)，在该情况下，需要人工干预，变更原来的版结构进行再布线， 由于这需要花费很多时间的单元间存在宽的布线通道，所以不能实现PLA、ROM、RAM等结构的电路。为克服混合信道男同性恋阵列的男同性恋利用率低的缺点，8.2.2TTL无信道男同性恋阵列(男同性恋海)在1982年提出了男同性恋东海的概念。 这

11、标志着第二代男同性恋阵列技术的开始。 在闸道器技术中，将由不共有一对男同性恋电极的p管和n管构成的基本单元铺设在芯片整体(IO区域除外)上，基本单元之间没有氧化分离区域，并且没有预定的布线沟道区域。 显然门海的提法不正确，称之为“sea of transistor”比较合适。 门海基本友针织面料的示意图如图8-4所示。根据8.2.2TTL无沟道男同性恋阵列(男同性恋板)，男同性恋板的基本单元由不共享一对男同性恋的p管和n管构成，各晶体管对相互紧贴，形成p型晶体管链和n型晶体管链。 在男同性恋和源极的漏极区域留下了联系性孔或通孔(如果有第2层金属)的位置，但由于是否开孔取决于特定电路的需要，所以

12、连接孔为“可程序设计师”。 该宏蜂窝已在基本小区中被正确地连接，这与具有信道男同性恋阵列相同。 然而，宏蜂窝之间的隔离使用一对晶体管(即，单个基本单元)实现。 通过在隔离用的晶体管对的男同性恋上分别连接VDD(P型管)和GND(N型管)，隔离管成为截止状态，相邻的宏蜂窝彼此电隔离。 8.2.2TTL无通道男同性恋阵列(男同性恋海)在男同性恋海结构中没有浪费的基本针织面料，因为该隔离仅在需要时才采用。 对于复杂的功能块，可以节省很多隔离用的晶体管。 只要相邻的两个宏蜂窝共享同一源极/漏极区域并且将VDD与GND分别连接，就也可以不使用男同性恋隔离。 图8-5是宏蜂窝以及男同性恋分离的一个例子。

13、左半部是反相器和一个2输入端子或反相器，在它们之间共享源极、漏极区域，分别连接VDD和GND，因此不需要隔离，它们的两侧分别用隔离管隔离。 一半是时钟式移位暂存器，为了在其他暂存器内部的各元件间移动不需要隔离，在外部仅与其他宏蜂窝隔离。 8.2.2TTL无信道男同性恋阵列(男同性恋海)和8.2.2TTL无信道男同性恋阵列(男同性恋海)是男同性恋海技术的另一项特征，除连接孔是可编程的外，其引线区域也是可编程的。 男同性恋海域的布线通道区域根据特定的版结构布线的需要，将1行(或1行的一部分)或数行(或数行的一部分)的基本单元链变更为无用老虎钳区域。 宏蜂窝之间的连接在无用数据老虎钳区域的上部连接，

14、与无用数据老虎钳之间用厚的介电质层分离。 即使只将某行或某些行的一部分作为引线区域，该行或其行的雄辩部分也可以用于实现逻辑功能。 8.2.2TTL无信道男同性恋阵列(位于男同性恋海域)，男同性恋海域中的配置校正软件中的哪一行(或行的哪些部分)用于提供逻辑功能，以及用于连接的哪一行(或行的哪些部分)。 这种引线的灵活性大幅度提高了硅面积的利用率，确保了100个布线路径率。 另外，也可以在男同性恋海基片的一部分区域实现PLA、ROM、RAM等的逻辑门电路。 由此，电性能和版结构效率大幅提高，具有更强的竞争力，但门海IC仍然需要加工2片或4片掩模空白对照。8.3斯坦共和国保护单元IC集成电路、斯坦共

15、和国保护单元也与男同性恋阵列同样，是库单元的设定修正方法。 不同的是，标准单元库已经有了修订的各种门和功能块摇滾乐。 反斯坦共和国单元的特征是各单元具有相同的高度(指版图上的高度)，但其宽度不同。 其模式图和典型的版图分别如图8-6、图8-7所示。 8.3标准单元格IC集成电路被修改为从单元格库中调用所需的单元格，多行排列，行间保留布线通道。 芯片主要被分为周围的IO单元和压接块3个区域的单针织面料行布线通道。 然后，根据电路的要求用该线连接各单针织面料，并且需要连接对应的投入产出单针织面料和压接布线摇滾乐的8张版图。 由于斯坦共和国保护单元本身的信号通讯端口位于单元的上下两端，因此单元之间的

16、连接在布线通道内。 在单层布线的情况下，沟道内的布线状况如图8-8所示。8.3斯坦共和国达单元IC集成电路、斯坦共和国达单元法的版结构和布线可自动完成CAD系统。设定修正者输入电路的逻辑图，或者输入电路描述文件和压接块的排列顺序的要求即可。 斯坦共和国读取单元自动设定订正系统，调用必要的单元和对应的I/单元和压接子摇滾乐，完成自动版结构和接线。 斯坦共和国读单元和男同性恋阵列的另一个主要区别是布线通道的高度可以根据需要调整(不是固定的)。 在布线困难的情况下，能够适当地增大布线的沟道间距，所以在不太约束的条件下实施版结构布线，能够保证100的布线版结构效率。 8.3标准小区IC集成电路是针对每

17、个调用小区预先设置的，经过设置校正规则检查和电零配件验证，以强调每个小区本身没有创建掩码空白对照。 芯片制造时各层的掩模空白对照必须根据最后的版结构结果进行特别加工客制化。 即，由于每个电路需要不同的掩模空白对照(从十几层到二十几层不同)，因此，斯坦共和国保护单元IC不能事先完成部分加工工序。 一个标准库针织面料的典型内容如表8-2所示。 用户针织面料库中的每个用户针织面料有三种描述格式：用户针织面料的逻辑符号(通常以l为标志)和用户针织面料的逻辑符号。 尤针织面料的拓扑分析版结构(通常以o为标志)单元格的我的苏克雷布局(通常以a为标记)。 用户针织面料的逻辑符号用于创建逻辑图，用户针织面料的

18、拓扑分析图用于描述用户针织面料的轮廓尺寸、投入产出通讯端口和康特罗尔通讯端口的位置和宽度。 拓扑版结构中除了用户针织面料名之外，还有投入产出通讯端口名和控制通讯端口名，其名称与逻辑符号中的名称一一对应。8.3在标准单元格IC集成电路、设定修订的不同阶段，标准单元格自动设定修订系统分别调用单元格库中的上述3种记述形式，如图8-9所示。 输入逻辑图后，调用相应的逻辑符号进行连接。 在版结构布线阶段，仅调用单元的拓扑分析版结构，其引入极大地压缩了数据处理量，有助于设置者的直观检查。 一般设定修正者不需要知道用户针织面料内部的版结构的详细情况，只要把握用户针织面料的主要特征即可。 在加工前，必须将拓扑

19、分析形式转换为掩模形式，得到必要的掩模苏克雷布局，从此最终的掩模苏克雷布局客制化各层的掩模，再加工芯片。 对于较难的用户针织面料，如图8-10所示，除了较高的斯坦共和国卡用户针织面料之外，还可以插入宏命令功能标签摇滾乐。 该这些个的宏命令功能子摇滾乐可以是PLA、ROM、RAM、乃至ALU，也可以是没有单独完全客制化的果汁饮料的功能子摇滾乐。 宏命令功能块摇滾乐的引进将大大扩大工厂标准优针织面料法的应用范围。8.3斯坦共和国达小区IC集成电路、8.3斯坦共和国达小区IC集成电路，表面上，斯坦共和国达小区IC和男同性恋阵列IC的芯片版结构似乎没有明显的差异，但实质上，(1)在斯坦共和国达小区中，各小区高度相等但宽度不同。 男同性恋阵列内的各单元完全相同。 (2)两者都具有布线通道，但是具有通道男同性恋阵列的布线通道是固定的，在斯坦共和国保护单元中是可变的。 (3)在男同性恋阵列中，对一个基板结构进行了修正，以使其能够利用统一的I/O管脚数的I/O管脚的全部或一部分。 有些使用时，空佗的脚丫子没有接通。