《IC系统设计概述》PPT课件

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1、第一章IC系统设计概述1.1IC系统组成概述1.2IC系统设计概述1.3IC系统验证分析概述1.4IC系统设计的现状IC设计有两个发展趋势：宏观上，它在向系统级演化，这就是所谓的片上系统（SystemOnaChipSOC）；微观上，它已经进入了纳米尺度设计的范畴（某些高端设计已开始采用90纳米及65纳米工艺进行设计）。这两种发展趋势大大加剧了设计复杂性，增加了设计风险，并对Foundry、EDA工具开发商、设计者提出了更高的要求。片上系统的一大优势是可以大大降低产品的造价。因此，片上系统在通信、多媒体等领域的应用越来越普遍。

2、通常来说，片上系统包括至少一个嵌入式处理器，使用片上总线连接嵌入式处理器与其他模块。开发片上系统必须采用基于IP的开发模式，以应对系统日益复杂的功能需求。片上系统设计中要解决如下难点：·如何进行设计复用。·如何验证别人设计的IP。·如何顺利地将不同的IP集成在一起，使它们能协调工作。·如何进行系统验证。·如何进行软、硬件协同设计和验证。深亚微米设计中，比较棘手的问题包括：·连线延时的估计。由于连线延时与单元延时相当，会导致设计难以收敛的问题。·串扰的分析与处理。在深亚微米设计中，相邻连线会出现耦合现象，称为串扰。串扰

3、会导致延时不规律地变化、性能恶化甚至功能出现错误。·电源线上的欧姆电压降的处理（包括静态电压降与动态电压降）。电源/地线上的电阻产生的欧姆电压降会引起时序恶化及功能错误。据统计，在第一次流片失败的设计中（0.18μm以下），有20%是由于IRdrop引起的。·在深亚微米设计中，功耗已成为一个严重的问题。在纳米尺度设计中，漏电流引起的功耗开始占据主要地位。本章将对上述IC系统设计问题进行讨论。1.1IC系统组成概述IC系统是什么？对这个问题，算法设计工程师、架构设计工程师、电路设计工程师、版图设计工程师会给出不同的答案。

4、算法设计工程师说，IC系统是完成特定功能的硬件。　架构设计工程师说，IC包括控制、运算、存储部分。　电路设计工程师说，这是加法器、乘法器、与非门、运算放大器、开关电容等的搭配。版图设计工程师说，它是多边形组成的集合。这些答案都对。如果把它们组合起来，就是一个较为完备的答案。图1.1给出了一个常见IC系统组成的示例。在这个系统中，包括如下内容：·数字部分（可能包括微处理器、控制电路、数据通路等）；·模拟部分（可能包括PLL、A/D、RF等）；·连线；·I/OPAD；·存储器。图1.1常见IC系统组成示例下面对

5、各个部分进行简要说明。1.数字部分数字部分是构成IC系统的主要部分，也是本书讨论的重点。绝大多数数字设计采用同步设计方法，即采用时钟来统一协调系统各部分的运行。同步设计是数字设计的主流，因此本书只讨论同步设计，不涉及异步设计。同步数字设计可以看作是由组合逻辑和时序单元（寄存器和锁存器）组成的，如图1.2所示，数据在时序单元-组合逻辑-时序单元这种结构间一级级地传递下去。图1.2同步设计的组成与模拟电路不同，不同IC系统，其中的数字部分千差万别，难以进行归类。通常可以将数字部分大致分为数据通路部分与控制部分。数据通路是指乘法

6、器、加法器、有限响应冲激滤波器（FIR）等规则的运算结构，控制部分则是控制管理数据流通的逻辑。2.模拟部分真实的世界是一个模拟的世界。因此，在一个IC系统中，要与外部模拟世界交互，模拟电路必不可少。一般说来，在IC系统中模拟电路包括如下部分：·模/数转换器（ADC）：将模拟信号转换为数字信号；·数/模转换器（DAC）：将数字信号转换为模拟信号；·可编程增益放大器（PGA）：通过数字部分来控制模拟增益；·锁相环（PLL）：用于产生高频的时钟和进行时钟恢复(即从数据中恢复出时钟)；·其他。图1.3给出了一个IC系统的模拟

7、部分。这是一个收发器（transceiver）的示例。它主要由A/D转换器、D/A转换器、时钟恢复电路、时钟生成电路（晶振、锁相环等）等构成。图1.3IC系统中模拟部分示意图该收发器从接收的数据中恢复时钟。接收到的模拟信号由A/D转换器变为数字信号。要发送的数据由D/A转换器转变成模拟信号，然后发送出去。在许多通信芯片、视频处理芯片、音频处理芯片中，模拟电路部分直接决定了芯片的性能、造价等。说明：I/O及RAM的设计也属于模拟电路设计的内容。这里为清楚起见，将I/O和RAM单独进行说明。3.I/O部分I/O是IC系统与外部环

8、境的接口。I/O可以非常简单，也可以非常复杂。Foundry提供的综合库中，通常包括三类PAD单元：输入PAD、输出PAD和双向PAD。在设计中，可以将这些PAD看作是标准单元，直接例化就可以了。I/O也可以非常复杂。例如，USB、1394（fireware