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  • 模擬cmos集成電路設(shè)計
    • 發(fā)布時間:2019-10-19 15:46:06
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    模仿集成電路設(shè)計
    集成電路設(shè)計可分為兩大類:模仿和數(shù)字。為了顯現(xiàn)這兩類設(shè)計辦法的特征,我們必需首先定義模仿信號和數(shù)字信號。信號能夠被以為是電壓、電流或電荷等電量的可視值。信號應(yīng)該反映物理系統(tǒng)的狀態(tài)或行為信息。模仿信號定義為在連續(xù)時間范圍內(nèi)具有連續(xù)幅度變化的信號,圖1.1-1( a)為模仿信號的示例。數(shù)字信號是只在一些離散幅度值上有定義的信號,換句話說,數(shù)字信號是一些量化了的離散值。血型的數(shù)字信號是只要兩種幅值定義的信號的二進(jìn)制加權(quán)和,如圖1.1-1( b)和式(1.1-1)所示。圖1.1-1 (b)是圖1.1-1(a)所示模仿信號的3位表示。
    cmos集成電路
    一個二進(jìn)制數(shù)bi取值僅為0或1。因此,能夠用只工作在兩個穩(wěn)定狀態(tài)的器件來完成數(shù)字電路。這招致廠很強的規(guī)則性,并可用代數(shù)辦法描繪電路的功用。岡此,數(shù)字電路設(shè)計者能夠得心應(yīng)手地設(shè)計更復(fù)雜的電路。
    模仿集成電路中還會遇到另一種信號,即模仿采樣數(shù)據(jù)信號。模仿采樣數(shù)據(jù)信號是指在連續(xù)幅值范圍內(nèi)僅在時間離散點上有定義的信號。通常,采樣模仿信號堅持的是采樣周期完畢時的值,構(gòu)成的是采樣堅持信號。模仿采樣堅持信號如圖1.1-1( c)所示。
    cmos集成電路
    電路設(shè)計是為處理特定問題構(gòu)思一個電路的發(fā)明性過程。對電路停止剖析和比擬可以更好天文解設(shè)計。如圖1.1-2(a)所示,電路剖析是從電路動身找出其特性的過程。剖析過程的-個重要特性是答案或特性是唯一的。另一方面,電路綜合或者設(shè)計是這樣一個過程,從請求的特性動身,找出滿足這些特性的電路。對設(shè)計來說計劃并不獨一,于是為設(shè)計者提供了發(fā)揮發(fā)明力的時機。比方以設(shè)計一個1.5Ω的電阻為例,能夠用三個0.5Ω電阻的串聯(lián)完成,也能夠用兩個1 Ω的電阻并聯(lián)后再與一個1 Ω的電阻串聯(lián)來完成,等等。一切設(shè)計都會滿足1.5 Ω電阻的請求,固然有些設(shè)計的其他特性可能會更好。圖1.1-2示出了綜合(設(shè)計)與剖析之間的不同。
    cmos集成電路
    理解集成和分立模仿電路設(shè)計的不同是很重要的。與集成電路不同,分立電路不把有源和無源元件制造在同一襯底上,而將器件嚴(yán)密地制造枉同一襯底上的一個主要的優(yōu)點就是器件間的匹配也能夠作為設(shè)計思索的—,個下具。兩種設(shè)計方式的一個不同點是在集成電路設(shè)計中有源器件和無源器件的兒何尺寸是在設(shè)計者的控制之F的。在設(shè)計過程中這種控制賦予沒計者更人的自在度。另一個不同點就是集成電路設(shè)計無法用電路實驗板考證。因而,設(shè)計者必需采用計算機仿真的辦法來考證其電路的性能。再一個不同點是,在集成電路設(shè)計中,設(shè)計者將會更多地遭到與所用下藝相關(guān)的元器件類型的約束。
    設(shè)計一個模仿集成電路分為很多步驟。圖l.l-3所示為一個集成電路設(shè)計的普通過程。
    主要的步驟有:
    1.定義
    2.綜合或裝配
    3.仿真或模型化
    4.幅員設(shè)計
    5.思索幅員寄生參數(shù)后的仿真(后仿真)
    6,制造
    7.測試和考證
    cmos集成電路
    上述一切步驟,除了加工制造外,其他過程均需設(shè)計者擔(dān)任。第一步是功用的定義和綜合。
    這一步十分重要,由于這決議了設(shè)計的性能。當(dāng)這些步驟完成后,設(shè)計者必需在制造之前可以確認(rèn)這個設(shè)計。為此,下一步就是對電路停止仿真,察看電路性能。開端設(shè)計者只能運用電路物理層的近似參數(shù)仿真,一旦完成幅員設(shè)計,就能夠用從幅員得到的寄生參數(shù)信息檢查仿真結(jié)果。爾后設(shè)計者可重復(fù)用模仿結(jié)果改良電路的性能。一旦滿足了性能請求,就能夠進(jìn)入下一步—一電路的幾何描繪(幅員)。通常狀況下,這種幾何描繪由在不同層面上(Z軸)的各種外形的矩形或多邊形(x-y平面)構(gòu)成的計算機數(shù)據(jù)庫組成,它與電路的電性能親密相關(guān)。如前所述,幅員完成后,需求將幅員的寄生效應(yīng)思索進(jìn)去再次仿真。假如性能滿足,就能夠制造電路了。
    制成之后,設(shè)計者將會面臨最后一步——肯定制成的電路能否滿足設(shè)計請求。假如在整個設(shè)計過程中設(shè)計者沒有認(rèn)真思索這一步,那么在停止電路測試以及判別電路能否滿足設(shè)計請求時可能會遇到艱難。
    正如前面所提到的,分立與集成模仿電路設(shè)計的區(qū)別之一是后者無法用電路實驗板考證。計算機仿真技術(shù)曾經(jīng)有了長足的開展,能提供恰當(dāng)?shù)哪P汀?/div>
    其優(yōu)點包括:
    ·不需求電路實驗板
    ·具有監(jiān)測電路任一處信號的才能
    ·可以將反應(yīng)環(huán)路拆開
    ·可以方便的修改電路
    .可以在不同的工藝和溫度條件下剖析電路
    計算機仿真也有一些缺陷:
    ·模型的精度問題
    ·由于不收斂而得不出仿真結(jié)果
    ·對大電路停止仿真很費時間
    ·無法用計算機替代人的思想
    由于仿真與設(shè)計過程親密相關(guān),本書將在恰當(dāng)?shù)闹醒胪V挂姟?/div>
    在完成上述各個設(shè)計步驟的過程中,設(shè)計者運用了三種不同的描繪格式:設(shè)計描繪、物理層描繪和模型/仿真描繪。設(shè)計描繪的格式用來肯定電路;物理層描繪用來定義電路的幾何外形;模型肪真描繪用來對電路停止仿真。設(shè)計者必需在每種描繪格式中都能對設(shè)計停止描繪。例如,模仿集成電路設(shè)計的第一步能夠用設(shè)計描繪格式完成,顯然,幅員設(shè)計階段能夠用物理層描繪格式,仿真階段可采用模型/仿真描繪格式。
    模仿集成電路設(shè)計還能夠用分層的觀念來描繪。表1.1-1展現(xiàn)了由器件、電路和系統(tǒng)構(gòu)成的縱向?qū)哟?,橫向分為設(shè)計、物理和模型三個層次。器件級是設(shè)計的最底層。能夠分別用器件性能、幾何圖形和器件模型作為設(shè)計、物理和模型的相應(yīng)描繪。電路級是設(shè)計的較高層,能夠用器件的術(shù)語來表示。電路級的設(shè)計、物理和模型描繪的格式普通為:電壓電流關(guān)系、參數(shù)化的幅員和宏模型。設(shè)計的最高層是系統(tǒng)級——用電路來表示。系統(tǒng)級的設(shè)計、物理和模型描繪的格式為:數(shù)學(xué)或圖形描繪、芯片規(guī)劃規(guī)劃以及行為模型。
    cmos集成電路
    cmos集成電路
    本書的組織體系偏重于集成電路設(shè)計的層次化觀念,表1.1-2示出了模仿電路設(shè)計與相應(yīng)各章的對應(yīng)關(guān)系。在器件級,第2章和第3章引見CMOS工藝技術(shù)及模型。為了設(shè)計CMOS模仿集成電路,設(shè)計者必需理解工藝技術(shù),因而第2章概要地引見了CMOS工藝技術(shù)以及南工藝思索得出的設(shè)計規(guī)則。這些信息關(guān)于設(shè)計者了解工藝的限制和約束是十分重要的。在開端設(shè)計之前,設(shè)計者應(yīng)該曾經(jīng)曉得工藝和器件模型的電參數(shù)。建模在綜合與仿真這兩個步驟中是關(guān)鍵局部,這在第3章中做引見。設(shè)計者還應(yīng)理解實踐器件的模型參數(shù),以便肯定假定模型參數(shù)能否適宜,理想狀況下設(shè)計者已取得能夠?qū)@些參數(shù)停止丈量的測試芯片。最終,制成后的模型參數(shù)測試可被用來測試完好的電路。器件描繪辦法在附錄B中做了引見。
    cmos集成電路
    第4章與第5章主要引見由兩個管子及兩個以上管子構(gòu)成的電路,這類電路稱為簡單電路。在第6章到第8章中引見如何由這些簡單電路設(shè)計更復(fù)雜的電路。最后,在第9章和第10章中給出了由這些復(fù)雜電路設(shè)計的模仿系統(tǒng)。各種設(shè)計層次間的界線有時并不太明白。但是,根本的關(guān)系是有效的,能夠給讀者一個模仿集成電路設(shè)計的框架構(gòu)造概念。
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