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

1.2.1　IC CAD的现状 9

1.2.2　IC设计中的方法 10

1.3　IC设计流程 12

1.4　IC CAD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

1.4.9　IC CAD的深入研究 23

1.5　IC CAD软件 25

1.5.1　Tanner pro CAD工具包 25

1.5.2　Cadence简介 27

1.5.3　逻辑综合与Synopsys 29

1.5.4　电路模拟与HSPICE 30

1.5.5　逻辑模拟与ModelSim 32

1.5.6　工艺模拟与SUPREM 32

1.5.7　器件模拟与MEDICI 33

1.5.8　逆向分析与CHIPLOGIC 34

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

2.3.3　FPGA设计流程 68

2.3.4　可兼容性设计 71

2.3.5　SOC的平台设计方法 72

2.4　专用集成电路的设计示例 74

2.4.1　CMOS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

3.3.3　MOS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

3.4.2　LU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

4.3.5　D-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　Tanner Pro软件使用 196

6.1　功能与特性 196

6.1.1　Tanner Pro的主要功能 196

6.1.2　S-Edit特性 196

6.1.3　T-SPICE特性 196

6.1.4　W-Edit功能 197

6.2　Tanner Pro设计举例 197

6.2.1　逻辑化简与整理 198

6.2.2　用Tanner Pro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

7.1　Cadence操作流程 239

7.2　Cadence版图绘制 248

7.3　DRC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

8.2.1　HSPICE语法及语句 258

8.2.2　HSPICE控制语句 262

8.3　实例应用 264

第9章　ModelSim软件使用 270

9.1　ModelSim流程 270

9.2　Verilog文件 271

9.3　ModelSim仿真 273

第10章　MEDICI软件使用 277

10.1　概述 277

10.2　MEDICI执行方程 277

10.3　MEDICI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

11.1　SUPREM-4 291

11.2　SUPREM-4的离子注入模型 291

11.3　SUPREM-4的杂质扩散模型 292

11.4　SUPREM-4的氧化模型 293

11.5　SUPREM-4实例 295

第12章　Chiplogic分析 300

12.1　Chiplogic Analyzer 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PIN 312

12.1.6　检查线网和节点 316

12.1.7　电学规则检查（ERC） 317

12.2　Chiplogic Layeditor 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

12.2.5　D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

13.1.3　DRC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

13.5　Synopsys Design Compiler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Synopsys Astro布局布线流程 386

13.6.1　数据准备 386

13.6.2　开始（Setup：Design Setup + Timing Setup） 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