Explicación detallada del proceso de diseño de circuitos integrados.

El diseño de circuitos integrados (inglés: diseño de circuitos integrados), según la escala de integración actual de los circuitos integrados, también se puede denominar diseño de circuitos integrados a muy gran escala (VLSIdesign), que se refiere al objetivo de la integración. circuitos y procesos de diseño de circuitos integrados a muy gran escala. El diseño de circuitos integrados suele tomar "módulo" como unidad de diseño. Por ejemplo, para un sumador completo de varios bits, su módulo secundario es un sumador de un bit, y el sumador está compuesto por los módulos de puerta AND y NOT del siguiente nivel. Las puertas AND y NOT pueden eventualmente descomponerse en abstracciones inferiores. Dispositivos CMOS de grado . Comprendamos mejor el conocimiento relevante del diseño de circuitos integrados.

Introducción al diseño de circuitos integrados

El proceso de diseño de circuitos integrados generalmente primero divide el software y el hardware, y el diseño se divide básicamente en dos partes: diseño de hardware de chip y diseño colaborativo de software. El diseño del hardware del chip incluye:

1. Etapa de diseño funcional.

Los diseñadores establecen algunas especificaciones como función, velocidad de funcionamiento, especificaciones de interfaz, temperatura ambiente y consumo de energía en función de la aplicación del producto, como base para el futuro diseño de circuitos. Puede planificar además cómo dividir los módulos de software y los módulos de hardware, qué funciones deben integrarse en el SOC y qué funciones se pueden diseñar en la placa de circuito.

2. Descripción del diseño y verificación del nivel de comportamiento

Una vez completado el diseño funcional, el SOC se puede dividir en varios módulos funcionales según las funciones, y se pueden determinar los núcleos IP que se utilizarán para implementar estas funciones. Esta etapa afecta indirectamente a la arquitectura interna del SOC y las señales interactivas entre módulos, así como a la confiabilidad de futuros productos. Después de decidir los módulos, puede utilizar lenguajes de descripción de hardware como VHDL o Verilog para implementar el diseño de cada módulo. Luego, utilice el simulador de circuito VHDL o Verilog para realizar la verificación funcional (simulación de función o simulación de comportamiento de verificación de comportamiento) en el diseño.

Tenga en cuenta que esta simulación funcional no tiene en cuenta el retraso real del circuito y no puede obtener resultados precisos.

3． Síntesis lógica

Después de confirmar que la descripción del diseño es correcta, puede utilizar la herramienta de síntesis lógica (sintetizador) para la síntesis. Durante el proceso de síntesis, es necesario seleccionar una biblioteca de dispositivos lógicos adecuada (logiccelllibrary) como referencia para sintetizar circuitos lógicos. El estilo de escritura de los archivos de descripción del diseño del lenguaje de hardware es un factor importante para determinar la eficiencia de ejecución de las herramientas de síntesis. De hecho, la sintaxis HDL admitida por las herramientas de síntesis es limitada y algunas sintaxis demasiado abstractas solo son adecuadas como modelos de simulación para la evaluación del sistema y no pueden ser aceptadas por las herramientas de síntesis.

La síntesis lógica da como resultado una lista de red a nivel de puerta.

4． Gate-LevelNetlistVerification (Gate-LevelNetlistVerification)

La verificación funcional a nivel de puerta es la verificación del nivel de transferencia de registros. El trabajo principal es confirmar si el circuito sintetizado cumple con los requisitos funcionales. Este trabajo generalmente se completa utilizando herramientas de verificación a nivel de puerta. Tenga en cuenta que en esta etapa de simulación es necesario considerar el retardo del circuito de puerta.

5． Disposición y cableado

La disposición se refiere a la disposición razonable de los módulos funcionales diseñados en el chip y la planificación de sus ubicaciones. Cableado se refiere al cableado que completa la interconexión entre módulos. Tenga en cuenta que las conexiones entre módulos suelen ser relativamente largas, por lo que el retraso resultante afectará gravemente el rendimiento del SOC, especialmente en el proceso de diseño de circuitos integrados de 0,25 micrones

Diseño de circuito

Complete el diseño del circuito según la función del circuito.

2. Pre-simulación

Simulación de funciones de circuito, incluida la simulación de consumo de energía, corriente, voltaje, temperatura, oscilación de voltaje, características de entrada y salida y otros parámetros.

3. Diseño de trazado (Layout)

Dibujar el trazado en base al circuito diseñado. Generalmente utilice el software Cadence.

4. Post-simulación

Simule el diseño dibujado y compárelo con la simulación anterior. Si no se cumplen los requisitos, es necesario modificar o rediseñar el diseño.

5. Procesamiento posterior

Genere el archivo GDSII a partir del archivo de diseño y envíelo a Foundry para su grabación.

Asistencia y automatización del diseño de circuitos integrados

Artículo principal: Diseño asistido por ordenador y automatización del diseño electrónico

Debido a la complejidad de los sistemas de circuitos integrados, los ingenieros a menudo necesitan utilizar herramientas de automatización de diseño electrónico para diseño asistido por computadora. La síntesis lógica es la manifestación más importante de la automatización del diseño electrónico en el diseño de circuitos integrados digitales. En el pasado, al diseñar circuitos integrados de pequeña y mediana escala, los ingenieros que diseñaban circuitos integrados digitales necesitaban optimizar las funciones lógicas basándose en las funciones lógicas a través de métodos manuales como los mapas de Karnaugh, y luego determinar qué puertas lógicas usar para implementar el circuito. En el diseño actual de circuitos integrados de muy gran escala, o incluso de circuitos integrados de muy gran escala, esta forma de trabajar no es realista. Las herramientas de automatización del diseño electrónico permiten a los ingenieros pasar del diseño complejo a nivel de puerta al diseño funcional, mientras que la conversión subyacente se completa con herramientas automatizadas. Los ingenieros solo necesitan dominar el conocimiento de cómo establecer las estrategias de trabajo de estas herramientas. El lenguaje de descripción de hardware es una base importante para la automatización del diseño de circuitos integrados. La automatización del diseño electrónico se está desarrollando muy rápidamente y se han establecido algunos foros académicos, como la Conferencia de Automatización del Diseño, para discutir periódicamente el desarrollo de la industria.

Completar todo el diseño del circuito integrado a menudo implica el uso de múltiples herramientas de automatización de diseño electrónico. Hay empresas que se especializan en el desarrollo y venta de conjuntos de herramientas de diseño asistido por computadora de circuitos integrados, como Synopsys, Cadence, Mentor Graphics, Agilent, Altium, Xilinx, etc. Las propias herramientas de automatización de diseño electrónico son un tipo de software que se basa en varios algoritmos informáticos. Por lo tanto, el desarrollo de herramientas de automatización de diseño electrónico está más cerca del alcance del diseño de software. Sus desarrolladores deben centrarse en la implementación de algoritmos en aspectos como la simplificación lógica, el diseño y el enrutamiento, pero también deben comprender el conocimiento del hardware de los circuitos integrados.

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