Конструювання мікросхем

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Топологія простого КМОН операційного піддсилювача (входи знаходяться зліва, а компенсаційний конденсатор знаходиться праворуч). Металевий шар пофарбований у синій; N- і P-легований Si — зелений і коричневий; полікремній — червоний, а перехідні отвори помічені хрестами.

Конструюва́ння (проектува́ння) мікросхе́м (інтегральних схем, ІС), (англ. Integrated circuit design) — діяльність людини або організації (ій) зі створення проекту, тобто топології ІС. Проектування починається з розробки архітектури, що включає вибір тих або інших функцій і особливостей майбутніх схем, мікросхемотехніку і компоновку на кристалі функціональних блоків і їхніх елементів, які втілюють вибрані функції. Далі — оптимізація готових блоків з метою усунення вузьких місць, підвищення продуктивності і надійності роботи майбутніх схем, спрощення і здешевлення їхнього масового виробництва. Ці роботи можна умовно назвати «паперовими» — вони виконуються «на кінчику пера» і існують лише у вигляді комп'ютерних файлів і креслень проектів майбутніх мікросхем, що зовсім не виключає багатократного комп'ютерного моделювання фізичної роботи як окремих блоків, так і мікросхеми в цілому. Для цього використовуються спеціальні, ретельно узгоджені з реальними приладами фізичні моделі транзисторів і інших функціональних елементів. І чим ретельніше змодельована робота проекту, тим швидше і з меншими помилками буде виготовлена сама мікросхема (мається на увазі її фінальний, масовий варіант). Адже відладка, пошук і виправлення помилок проектування у вже готовому кристалі, як правило, значно складніший і дорожчий, ніж моделювання на комп'ютері[1].

Особливості цифрових і аналогових інтегральних схем[ред.ред. код]

Інтегральні схеми можна розділити на 2 широкі категорії цифрових і аналогових інтегральних схем. Цифрові — мікропроцесори, FPGA, пристрої пам'яті (ОЗУ, ПЗУ, флеш), цифрові НВІС тощо. Цифровий дизайн фокусується на логічній правильності, збільшуючи щільність схеми, а також розміщення схем, так щоб тактові і часові сигнали направлялись ефективно.
Аналогові інтегральних схеми також мають специфіку проектування інтегральних схем живлення і високочастотного дизайну. Аналоговий підхід використовується в дизайні операційних підсилювачів, лінійних стабілізаторів, фазового автопідстроювання частоти, осциляторів і активних фільтрів. Проектування аналогових ІС більше пов'язаний з фізикою напівпровідникових пристроїв, таких як посилення, узгодження, розсіювання потужності і опір. Точність аналогового посилення сигналу і фільтрації, як правило, критична і, як наслідок, аналогові мікросхеми використовують більшу площу, ніж активні пристрої цифрової конструкції і, як правило, менш щільні.

Сучасні ІС є надзвичайно складними. Великий чип, станом на 2009 рік мав близько 1 млрд транзисторів. Правила, що можна і не можна бути виготовлено також надзвичайно складні. Для 2006 року техпроцес міг мати більш ніж 600 правил. Крім того, оскільки сам виробничий процес не є повністю передбачуваним, конструктори повинні брати до уваги його статистичну природу. Складність сучасного дизайну IC, а також тиск ринку, щоб виробляти конструкції швидко, призвело до широкого використання автоматизованих засобів проектування ІС. Коротше кажучи, проектування, тестування і перевірка інструкцій проводиться в рамках САПР[2].

Основи[ред.ред. код]

Проектування інтегральних схем передбачає створення електронних компонентів, таких як транзистори, резистори, конденсатори і металевого сполучення цих компонентів в шарі напівпровідника, зазвичай кремнію.

Необхідно відділяти окремі компоненти, так як кремнієва підкладка є провідною і часто утворює активну область окремих компонентів. Існує два методи ізоляції: PN-переходом і діелектрична ізоляція. Увага повинна бути приділена розсіюваній потужності транзисторів, перехідному опору і щільності струму з'єднувального контакту. Контакти і переходи в ІС дуже крихітні в порівнянні з дискретними компонентами, де такі проблеми є менш важливою проблемою. Треба приймати до уваги електроміграцію в металевих з'єднаннях і ESD пошкодження крихітних компонентів. Нарешті, фізичне розташування деяких субблоків схеми має, як правило, вирішальне значення, для того, щоб досягти бажаної швидкості роботи, для розділення потужної частини IC від більш чутливої частини, щоб збалансувати розсіювання тепла через IC, або для полегшення розміщення підключень до виводів поза IC.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]