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ic的前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)流程

作者:劉溫電   來源:本站原創(chuàng)   點(diǎn)擊數(shù):  更新時(shí)間:2013年11月26日   【字體:

根據(jù)個(gè)人掌握的知識,寫寫自己的理解。前端設(shè)計(jì)(也稱邏輯設(shè)計(jì))和后端設(shè)計(jì)(也稱物理設(shè)計(jì))并沒有統(tǒng)一嚴(yán)格的界限,涉及到與工藝有關(guān)的設(shè)計(jì)就是后端設(shè)計(jì)。

1.規(guī)格制定

芯片規(guī)格,也就像功能列表一樣,是客戶向芯片設(shè)計(jì)公司(稱為Fabless,無晶圓設(shè)計(jì)公司)提出的設(shè)計(jì)要求,包括芯片需要達(dá)到的具體功能和性能方面的要求。

2.詳細(xì)設(shè)計(jì)

Fabless根據(jù)客戶提出的規(guī)格要求,拿出設(shè)計(jì)解決方案和具體實(shí)現(xiàn)架構(gòu),劃分模塊功能。

3.HDL編碼

使用硬件描述語言(VHDL,Verilog HDL,業(yè)界公司一般都是使用后者)將模塊功能以代碼來描述實(shí)現(xiàn),也就是將實(shí)際的硬件電路功能通過HDL語言描述出來,形成RTL(寄存器傳輸級)代碼。

4.仿真驗(yàn)證

仿真驗(yàn)證就是檢驗(yàn)編碼設(shè)計(jì)的正確性,檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)就是第一步制定的規(guī)格。看設(shè)計(jì)是否精確地滿足了規(guī)格中的所有要求。規(guī)格是設(shè)計(jì)正確與否的黃金標(biāo)準(zhǔn),一切違反,不符合規(guī)格要求的,就需要重新修改設(shè)計(jì)和編碼。

設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證是反復(fù)迭代的過程,直到驗(yàn)證結(jié)果顯示完全符合規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。

仿真驗(yàn)證工具 Synopsys的VCS。

5.邏輯綜合――Design Compiler

仿真驗(yàn)證通過,進(jìn)行邏輯綜合。邏輯綜合的結(jié)果就是把設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的HDL代碼翻譯成門級網(wǎng)表(netlist)。綜合需要設(shè)定約束條件,就是你希望綜合出來的電路在面積,時(shí)序等目標(biāo)參數(shù)上達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。邏輯綜合需要基于特定的綜合庫,不同的庫中,門電路基本標(biāo)準(zhǔn)單元(standard cell)的面積,時(shí)序參數(shù)是不一樣的。所以,選用的綜合庫不一樣,綜合出來的電路在時(shí)序,面積上是有差異的。

一般來說,綜合完成后需要再次做仿真驗(yàn)證(這個(gè)也稱為后仿真,之前的稱為前仿真)

邏輯綜合工具Synopsys的Design Compiler。

6.STA

Static Timing Analysis(STA),靜態(tài)時(shí)序分析,這也屬于驗(yàn)證范疇,它主要是在時(shí)序上對電路進(jìn)行驗(yàn)證,檢查電路是否存在建立時(shí)間(setup time)和保持時(shí)間(hold time)的違例(violation)。這個(gè)是數(shù)字電路基礎(chǔ)知識,一個(gè)寄存器出現(xiàn)這兩個(gè)時(shí)序違例時(shí),時(shí)沒有辦法正確采樣數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的,所以以寄存器為基礎(chǔ)的數(shù)字芯片功能肯定會出現(xiàn)問題。

STA工具有Synopsys的Prime Time。

7.形式驗(yàn)證

這也是驗(yàn)證范疇,它是從功能上(STA是時(shí)序上)對綜合后的網(wǎng)表進(jìn)行驗(yàn)證。常用的就是等價(jià)性檢查方法,以功能驗(yàn)證后的HDL設(shè)計(jì)為參考,對比綜合后的網(wǎng)表功能,他們是否在功能上存在等價(jià)性。這樣做是為了保證在邏輯綜合過程中沒有改變原先HDL描述的電路功能。

形式驗(yàn)證工具有Synopsys的Formality。

前端設(shè)計(jì)的流程暫時(shí)寫到這里。從設(shè)計(jì)程度上來講,前端設(shè)計(jì)的結(jié)果就是得到了芯片的門級網(wǎng)表電路。


8. DFT

Design For Test,可測性設(shè)計(jì)。芯片內(nèi)部往往都自帶測試電路,DFT的目的就是在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮將來的測試。DFT的常見方法就是,在設(shè)計(jì)中插入掃描鏈,將非掃描單元(如寄存器)變?yōu)閽呙鑶卧。關(guān)于DFT,有些書上有詳細(xì)介紹,對照圖片就好理解一點(diǎn)。

DFT工具Synopsys的DFT Compiler

9.   布局規(guī)劃

布局規(guī)劃就是放置芯片的宏單元模塊,在總體上確定各種功能電路的擺放位置,如IP模塊,RAM,I/O引腳等等。布局規(guī)劃能直接影響芯片最終的面積。

工具為Synopsys的Astro

10.   CTS

Clock Tree Synthesis,時(shí)鐘樹綜合,簡單點(diǎn)說就是時(shí)鐘的布線。由于時(shí)鐘信號在數(shù)字芯片的全局指揮作用,它的分布應(yīng)該是對稱式的連到各個(gè)寄存器單元,從而使時(shí)鐘從同一個(gè)時(shí)鐘源到達(dá)各個(gè)寄存器時(shí),時(shí)鐘延遲差異最小。這也是為什么時(shí)鐘信號需要單獨(dú)布線的原因。

CTS工具,Synopsys的Physical Compiler

11.  布線

這里的布線就是普通信號布線了,包括各種標(biāo)準(zhǔn)單元(基本邏輯門電路)之間的走線。比如我們平常聽到的0.13um工藝,或者說90nm工藝,實(shí)際上就是這里金屬布線可以達(dá)到的最小寬度,從微觀上看就是MOS管的溝道長度。

工具Synopsys的Astro

12. 寄生參數(shù)提取

由于導(dǎo)線本身存在的電阻,相鄰導(dǎo)線之間的互感,耦合電容在芯片內(nèi)部會產(chǎn)生信號噪聲,串?dāng)_和反射。這些效應(yīng)會產(chǎn)生信號完整性問題,導(dǎo)致信號電壓波動和變化,如果嚴(yán)重就會導(dǎo)致信號失真錯(cuò)誤。提取寄生參數(shù)進(jìn)行再次的分析驗(yàn)證,分析信號完整性問題是非常重要的。

工具Synopsys的Star-RCXT

13.     版圖物理驗(yàn)證

對完成布線的物理版圖進(jìn)行功能和時(shí)序上的驗(yàn)證,驗(yàn)證項(xiàng)目很多,包括LVS(Layout Vs Schematic)驗(yàn)證,簡單說,就是版圖與邏輯綜合后的門級電路圖的對比驗(yàn)證;DRC(Design Rule Checking),設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,檢查連線間距,連線寬度等是否滿足工藝要求;ERC(Electrical Rule Checking),電氣規(guī)則檢查,檢查短路,開路等電氣規(guī)則違例;等等。

工具Synopsys的Hercules

實(shí)際的后端流程還包括電路功耗分析,以及隨著制造工藝不斷進(jìn)步產(chǎn)生的DFM(可制造性設(shè)計(jì))問題,在此不說了。

物理版圖驗(yàn)證完成也就是整個(gè)芯片設(shè)計(jì)階段完成,下面的就是芯片制造了。物理版圖以GDS II的文件格式交給芯片代工廠(稱為Foundry)在晶圓硅片上做出實(shí)際的電路,再進(jìn)行封裝和測試,就得到了我們實(shí)際看見的芯片

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