集成电路CAD与实践

第1部分集成电路CAD基础

第1章概述2

1.1集成电路的发展2

1.1.1集成电路的发展从晶体管的诞生开始2

1.1.2集成电路的发展动力和方向6

1.1.3近年的微电子技术8

1.2电子设计自动化的发展9

1.2.1ICCAD的现状9

1.2.2IC设计中的方法10

1.3IC设计流程12

1.4ICCAD的内容14

1.4.1系统结构设计15

1.4.2逻辑模拟16

1.4.3电路分析17

1.4.4版图设计18

1.4.5器件模拟20

1.4.6工艺模拟21

1.4.7可测性设计21

1.4.8可靠性设计22

1.4.9ICCAD的深入研究23

1.5ICCAD软件25

1.5.1TannerproCAD工具包25

1.5.2Cadence简介27

1.5.3逻辑综合与Synopsys29

1.5.4电路模拟与HSPICE30

1.5.5逻辑模拟与ModelSim32

1.5.6工艺模拟与SUPREM32

1.5.7器件模拟与MEDICI33

1.5.8逆向分析与CHIPLOGIC34

本章小结35

思考题36

第2章专用集成电路CAD设计基础37

2.1集成电路的分类37

2.1.1集成电路的工艺分类37

2.1.2集成电路的功能分类38

2.1.3集成电路的用途分类44

2.1.4专用集成电路的设计方式45

2.2专用集成电路的主要结构形式46

2.2.1主要结构形式46

2.2.2门阵列51

2.2.3标准单元56

2.2.4可编程逻辑阵列58

2.2.5积木块61

2.3专用集成电路的设计流程63

2.3.1门阵列设计流程66

2.3.2标准单元设计流程67

2.3.3FPGA设计流程68

2.3.4可兼容性设计71

2.3.5SOC的平台设计方法72

2.4专用集成电路的设计示例74

2.4.1CMOS工艺的主要流程74

2.4.2正逆向结合设计77

本章小结83

思考题83

第3章CAD电路分析基础84

3.1电路模拟原理84

3.1.1电路分析的CAD基本方法84

3.1.2集成电路的CAD分析86

3.2基本的电路分析88

3.2.1线性电路的直流分析88

3.2.2线性电路的交流分析90

3.2.3非线性电路的分析91

3.2.4瞬态分析97

3.3基本电路元器件模型99

3.3.1二极管模型99

3.3.2晶体管模型103

3.3.3MOS场效应晶体管模型108

3.3.4结型场效应晶体管模型110

3.4基本线性代数知识113

3.4.1高斯消去法113

3.4.2LU分解法115

本章小结118

思考题119

第4章CAD逻辑模拟基础120

4.1逻辑模拟121

4.1.1逻辑故障的产生121

4.1.2逻辑模拟方式122

4.2逻辑模拟的模型和算法124

4.2.1器件的延迟模型124

4.2.2多值模拟129

4.2.3基本模拟程序的结构133

4.3测试码生成136

4.3.1故障测试136

4.3.2故障模型139

4.3.3故障模拟145

4.3.4路径敏化法149

4.3.5D-算法151

本章小结155

思考题156

第5章CAD版图设计基础157

5.1逻辑划分159

5.1.1划分要求161

5.1.2典型算法161

5.1.3框架规划164

5.2布局168

5.2.1距离树170

5.2.2布局处理算法172

5.2.3初始布局176

5.2.4布局迭代改善178

5.3布线180

5.3.1门间布线181

5.3.2总体布线182

5.3.3详细布线184

5.3.4通道布线算法185

本章小结193

思考题194

第2部分集成电路CAD软件与实践

第6章TannerPro软件使用196

6.1功能与特性196

6.1.1TannerPro的主要功能196

6.1.2S-Edit特性196

6.1.3T-SPICE特性196

6.1.4W-Edit功能197

6.2TannerPro设计举例197

6.2.1逻辑化简与整理198

6.2.2用TannerPro实现设计199

6.3实验内容安排215

6.3.1实验内容215

6.3.2使用S-Edit设计基本组件符号（实验一）218

6.3.3使用S-Edit设计简单逻辑电路（实验二）218

6.3.4使用S-EDIT设计AO22电路（实验三）220

6.3.5与非门的直流分析（实验四）221

6.3.6与非门的瞬时分析（实验五）223

6.3.7四位加法器电路设计与模拟（实验六）225

6.3.8使用L-Edit画PMOS版图（实验七）228

6.3.9使用L-Edit编辑NAND2的版图（实验八）230

6.3.10使用LVS对比NAND2（实验九）232

6.3.11差分放大器设计（实验十）232

6.4参考资料234

第7章Cadence软件使用239

7.1Cadence操作流程239

7.2Cadence版图绘制248

7.3DRC设置251

第8章HSPICE软件使用254

8.1简介254

8.2语法与语句258

8.2.1HSPICE语法及语句258

8.2.2HSPICE控制语句262

8.3实例应用264

第9章ModelSim软件使用270

9.1ModelSim流程270

9.2Verilog文件271

9.3ModelSim仿真273

第10章MEDICI软件使用277

10.1概述277

10.2MEDICI执行方程277

10.3MEDICI的物理模型279

10.3.1复合和寿命模型279

10.3.2禁带宽度模型280

10.3.3迁移率模型281

10.4实例283

第11章SUPREM软件使用291

11.1SUPREM-4291

11.2SUPREM-4的离子注入模型291

11.3SUPREM-4的杂质扩散模型292

11.4SUPREM-4的氧化模型293

11.5SUPREM-4实例295

第12章Chiplogic分析300

12.1ChiplogicAnalyzer部分301

12.1.1网表提取流程301

12.1.2软件主界面介绍302

12.1.3工作区管理307

12.1.4单元识别308

12.1.5线网绘制和线网连PIN312

12.1.6检查线网和节点316

12.1.7电学规则检查（ERC）317

12.2ChiplogicLayeditor部分318

12.2.1版图描绘的基本步骤318

12.2.2版图元素的输入319

12.2.3版图单元的输入321

12.2.4编辑功能322

12.2.5D触发器的版图描绘的方法和步骤325

12.2.6数据的导入/导出332

第13章实训实例335

13.1实训范例335

13.1.1电路设计过程336

13.1.2版图设计过程338

13.1.3DRC规则检查简要指南341

13.2单元命名规范344

13.3数字电路设计346

13.3.1电路设计347

13.3.2理论计算348

13.3.3工艺流程349

13.3.4版图设计350

13.4模拟电路设计351

13.4.1运放设计351

13.4.2振荡器设计355

13.5SynopsysDesignCompiler设计365

13.5.1基本概念365

13.5.2设计入口367

13.5.3设计环境372

13.5.4设计约束377

13.5.5设计的综合与结果报告381

13.5.6设计的保存与时序文件的导出383

13.6使用SynopsysAstro布局布线流程386

13.6.1数据准备386

13.6.2开始（Setup：DesignSetup+TimingSetup）388

13.6.3布局规划（Floorplan）394

13.6.4布局（Place）402

13.6.5时钟树综合405

13.6.6布线407

13.6.7一些常用技巧410

参考文献412

　　本书将集成电路CAD分成基础知识和实践环节两个部分。通过基础知识的学习，可以了解IC设计、模拟、仿真、测试的基本方法和理论，并形成系统的IC设计思想和规范的设计方法，对实践环节具有指导意义。实践环节首先是常用软件的使用流程的讲解，帮助读者熟悉软件的组成、功能和具体的操作，基本涵盖了IC设计的各个环节和层次所采用的常用软件工具；然后是实训的内容，通过具体的设计，掌握使用相应的CAD工具进行数字、模拟集成电路的设计、模拟和仿真，达到实际训练的目的。通过两部分知识的融会贯通和灵活应用，可以培养学生独立工作、解决实际问题的能力。　　集成电路设计技术已经成为信息时代的关键技术之一，各行各业的智能化、信息化均离不开集成电路的应用。现代的超大规模集成电路(VLSI)设计也已经离不开计算机辅助设计(CAD)，设计者需要系统了解集成电路CAD的设计方法学和使用常用的CAD软件。本书具有两个方面的主要内容：集成电路CAD基础，包括ASIC电路设计、电路分析、逻辑模拟、版图设计等方面的设计理论和CAD设计方法学；集成电路软件与实践，包括集成电路常用的CAD工具软件的使用方法、流程、示例，集成电路的逆向分析方法与实践，数字、模拟集成电路设计及实例，从系统描述到版图的自动综合设计。　　本书适合作为微电子与集成电路相关专业的研究生、本科生、职业技术类学生的教材和教辅书，也可作为电子、自控、通信、计算机类工程技术人员学习使用集成电路设计软件和进修集成电路设计的专业技术参考书和工具书。