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空持千百偈 不如吃茶去

数字IC设计基础

22 Jan 2020 » Digital IC Design

1 前言

       


2 数字IC设计流程

2.1 集成电路产业链:

集成电路设计公司(IC Design House)晶圆厂(fab)封测厂(Packaging&Testing)组装厂(Assembing)成品整机       
算法,架构,前端,后端,仿真,流程,IP……    提供设计资源与技术支持,晶圆制造晶圆切割,载板采购,硅片贴装,注塑,芯片成型,测试,包装……    辅料采购,PCBA焊接,测试,整机组装,整机测试,老化测试……             
APPLE,高通,华为……台积电,三星,中芯国际……富士通,日月光……                      

        国内著名的IC设计厂商:

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2.2 常见SoC芯片架构图

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        其中:

  • CPU、DMA、还有一些通信接口等等做过单片机或者嵌入式的都知道;
  • Ext SRAM:接口IP,外部可以连接SRAM存储器,用于程序的运行;
  • Nand Flash Controller:接口IP,外接Nand Flash;
  • SD Controller:接口IP,外接SD卡;
  • SD Host:master接口,外接SD slave设备;
  • AHB Pflash:片内存储体,Programming Flash存储体,类似PC系统盘;
  • AHB SRAM:片内运存,类似PC内存;
  • AHB-Brige-APB:AMBA2.0总线协议;
  • System Controller:用于产生系统时钟和复位信号。

2.3 数字IC设计流程

确定项目需求系统级设计前端设计后端设计
指定芯片具体指标       用系统建模语言对各个模块描述       RTL设计、仿真、硬件原型验证、电路综合       版图设计、物理验证、后仿真等

        具体流程:

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2.4 数字IC设计指标

物理指标性能指标功能指标
制作工艺、裸片面积、封装      速度、功耗      接口描述、接口定义

2.4 数字IC前端设计流程

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3 数字电路基础

3.1 逻辑门

        逻辑门国外流行符号:

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3.2 CMOS器件

        CMOS是啥数模电书上都有。下图是CMOS器件的符号,下面两个是简化:

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3.3 数字电路功耗

        在RTL编码中考虑的功耗:

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        其中:

  • Pd:电路个点的功耗总和。
  • a:电路翻转次数;
  • f:电路的工作频率;
  • C:该点的电容;
  • V:电压值。

        其中负载电容和和工作电压是RTL设计无法改变的因素,在RTL级主要考虑尽量降低电路的翻转频率。

        主要措施:

  • 门控时钟;
  • 增加使能信号,是的部分电路只有在需要工作时才工作;
  • 对芯片的各个模块进行控制,在需要工作时才工作;
  • 除了有用信号和时钟翻转会消耗功耗,组合逻辑产生的毛刺也会大量消耗功耗。但是,毛刺在设计中无法避免,因此只有尽量减少毛刺在电路中的传播,才可以减少功耗。即在设计中,尽量把产生毛刺的电路放在传播路径的最后,另外,可以使用一些减少毛刺的技术。
  • 对于有限状态机,可以通过低功耗编码(减少每次翻转的位数)来减少电路的翻转。

        告辞