Verilog入门教程.pdf

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1、通信IC设计样稿，仅供参考作者：李庆华版权所有，转载请标明出处1第1章集成电路设计与HDL1.1本章概要本章将简单论述集成电路（IC）的概念与设计原理，并从IC的本质——“集成”出发，讲述IC的三个核心议题：“集成什么”、“如何集成”、“如何处理集成带来的利弊”。学习本章后应当建立起IC设计是一个系统工程的概念，知道VerilogHDL是一种硬件描述语言而不是设计语言，硬件电路本质上是并行运行的而且是有时序关系的。本章的内容安排如下：第1节从总体上论述什么是IC设计，IC设计的流程以及整体规划的重要性，并强调面向验证和软硬件结合的设计原则。

2、第2节简要介绍Verilog语法，并通过10个例子讲述如何通过简单的HDL语句描述复杂的硬件电路。本节主要强调HDL给出的描述需要有具体对应的基础电路原型，并明确时序的概念。此外给出了各种常用的验证小技巧，帮助读者快速进行验证设计。第3节则是对第2节设计方法的一个总结和提炼。本节主要强调必须按照结构化方式设计电路，并需要遵循常规思维模式对复杂模块进行解耦，按照控制与数据分离的原则简化设计。此外，还讲述了芯片中控制流与数据流的设计方法。第4节则给出逻辑电路的各种设计技巧，引入吞吐率、电路时序等关键性概念，详细介绍了逻辑电路设计常用的优化方法：

3、重定时、折叠、展开与脉动阵列，并给出背后隐藏的设计思想。第5节则针对IC中的定点化进行论述，强调定点化实质是人与机器的理解如何达到一致。第6节给出了HDL语言描述规范，并强调遵循规范实质是一种设计模式，能够有效增加设计成功率。1通信IC设计样稿节选作者：李庆华版权所有，转载请标明出处1.2集成电路设计基础1.2.1集成电路的概念集成电路（IntegratedCircuit，缩写为IC）又称芯片，是现代信息社会的基石；就像石油是工业的血液一样，集成电路承载了信息时代的灵魂，是现代技术发展的精华结晶，所有现代的电子设备都必须依赖于芯片才能发挥出

4、完全功效。集成电路在最开始时，只是完成多个基本元器件的集成，但经过数十年的演化，已经演变为一个完整独立的设备形态，单个芯片就可以完成一个传统的设备系统功能，达到真正的SystemonChip（SoC）。例如现在任何一台智能手机的处理器芯片，其处理能力就远超上世纪80年代的大型计算机。同时芯片也朝各个应用领域和各种应用场景演进，例如可穿戴式芯片，微机械（MEMS）芯片等。无论集成电路如何发展，但其最核心的部分，仍然没有改变，那就是“集成”，其所衍生出来的各种学科，大都是围绕着“集成什么”、“如何集成”、“如何处理集成带来的利弊”这三个问题来开

5、展的。所以读者在学习和思考如何进行芯片设计时，必须站在芯片整体解决方案的竞争力、芯片设计生产的复杂度、整体芯片团队设计能力的角度进行思考。最典型的例子就是MTK的终端芯片解决方案，正是由于该芯片整体解决方案的竞争力超强，所以横扫了具备很强通信终端芯片设计能力的TI与Broadcom等公司的对应产品。1.2.1.1集成电路的定义集成电路的正式定义是指，把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。图1-1就是一个典型的集成电路芯片，集成了大量的功能部件，包括模拟电路、数

6、字电路以及CPU。图1-1典型集成电路芯片2通信IC设计样稿节选作者：李庆华版权所有，转载请标明出处集成电路可以分为模拟芯片、数字芯片和数/模混合芯片三大类。数字集成电路是基于数字逻辑（布尔代数）设计和运行的，用于处理数字信号的集成电路。根据集成电路的定义，也可以将数字集成电路定义为：将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成（MSI）电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路、特大规模集成（ULSI）

7、电路等。模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。与通信信号处理相关的模拟集成电路，主要包括：射频电路（RF）、功率放大器（PA与LNA）、锁相环（PLL）、模拟滤波器、电源管理芯片等。通常模拟芯片与数字芯片需要密切配合才能实现一个完善的功能电路。因此，每个从事算法和通信芯片设计的读者，都应当熟悉上述几类模拟芯片的工作特性，并能根据模拟器件做出有针对性的设计。模拟集成电路的主要构成单片包括：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。数模混合芯片则是同一芯片中既包含数字电路又

8、包含模拟电路，当前消费电子和无线通信的主芯片通常都是此类芯片。图1-2例子为无线通信芯片（CMMB）的版图框架，该芯片架构有一定的代表性。3通信IC设计样稿节选作者：李庆华版权所