專用集成電路

專用集成電路(application specific integrated circuit) 是針對整機(jī)或系統(tǒng)的需要，專門為之設(shè)計制造的集成電路，簡稱ASIC。相對于通用集成電路而言，用戶在某種程度上參與該產(chǎn)品的開發(fā)。

專用集成電路可以把分別承擔(dān)一些功能的數(shù)個、數(shù)十個、甚至上百個通用中、小規(guī)模集成電路的功能集成在一塊芯片上，進(jìn)而可將整個系統(tǒng)集成在一塊芯片上實現(xiàn)系統(tǒng)的需要。它使整機(jī)電路優(yōu)化，元件數(shù)減少，布線縮短，體積和重量減小，提高了系統(tǒng)可靠性。產(chǎn)品的特點是功能強(qiáng)、品種多；但批量較小，設(shè)計周期長，工藝生產(chǎn)與測試難度增加，故成本較高。

專用集成電路的開發(fā)可分為設(shè)計、加工與測試三個主要環(huán)節(jié)。但因其功能的多樣而更具特色。

專用集成電路設(shè)計過程

1）功能設(shè)計的目的是為電路設(shè)計做準(zhǔn)備，將系統(tǒng)功能用于系統(tǒng)實現(xiàn)，便于按系統(tǒng)、電路、元件的級別做層次式設(shè)計。

2）邏輯設(shè)計的結(jié)果是給出滿足功能塊所要求的邏輯關(guān)系的邏輯構(gòu)成。它是用門級電路或功能模塊電路實現(xiàn)，用表、布爾公式或特定的語言表示的。

3）電路設(shè)計的目的是確定電路結(jié)構(gòu)(元件聯(lián)接關(guān)系)和元件特性(元件值、晶體管參數(shù))，以滿足所要求的功能電路的特性，同時考慮電源電壓變動、溫度變動以及制造誤差而引起的性能變化。

4）布圖設(shè)計直接服務(wù)于工藝制造。它根據(jù)邏輯電路圖或電子電路圖決定元件、功能模塊在芯片上的配置，以及它們之間的連線路徑.為節(jié)約芯片面積要進(jìn)行多種方案比較，直到滿意。

5）驗證是借助計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)對電路功能、邏輯和版圖的設(shè)計，以及考慮實際產(chǎn)品可能出現(xiàn)的時延和故障進(jìn)行分析的過程。在模擬分析基礎(chǔ)上對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修正。

為了爭取產(chǎn)品一次投片成功，設(shè)計工作的每一階段都要對其結(jié)果反復(fù)進(jìn)行比較取優(yōu)，以取得最好的設(shè)計結(jié)果。

專用集成電路設(shè)計方式

一般可分為全定制設(shè)計和半定制設(shè)計。前者是按圖所示流程依次完成設(shè)計的各個階段，后者是在設(shè)計的某個階段利用已有成果，進(jìn)行的更有效設(shè)計。例如對已具有合理的版圖結(jié)構(gòu)、經(jīng)過實際使用證明是實用的模塊電路進(jìn)行半定制設(shè)計，就可節(jié)約布圖或制造時間。標(biāo)準(zhǔn)單元法、門陣列法、可編程邏輯陣列法都是利用模塊化電路進(jìn)行半定制設(shè)計的常用方法。

在計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)中，以單元電路庫、宏單元庫形式開發(fā)的基本單元越豐富，越有利于電路設(shè)計。這些庫包括基本門、觸發(fā)器、譯碼器、微處理器核心電路、ROM、RAM以及模擬電路模塊等。通常對庫單元的描述有名稱，功能，布爾表達(dá)式，邏輯圖，電路圖，電學(xué)參數(shù)，版圖外框，輸入、輸出口和版圖結(jié)構(gòu)等。

專用集成電路加工工藝

專用集成電路的基本工藝是CMOS，雙極型，BiCMOS等。BiCMOS是一種混合工藝，它具有雙極型和CMOS的雙重特點，便于提高工作速度、降低功耗、提高集成度和實現(xiàn)模數(shù)電路的混合。砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體材料的使用不僅提高了電路的工作速度，而且功耗也小。

隨著所需功能越趨復(fù)雜，器件尺寸逐漸減小、引腳數(shù)增多，專用集成電路為滿足引線數(shù)、體積、散熱性能，芯片和內(nèi)引線壓焊工藝自動化，器件裝上印制電路板時的便捷程度等方面要求，采用了四邊均有引線的正方形外殼、或并排布置兩行外引線等封裝工藝。對于要求高密度組裝的、耐強(qiáng)烈震動和嚴(yán)酷的溫、濕環(huán)境的電子系統(tǒng)，已采用芯片載體式封裝和帶式自動鍵合封裝，提高了它們在印制電路板上安裝作業(yè)的自動化程度，減小了體積、降低了重量。

專用集成電路也采取多芯片技術(shù)，用多種工藝和電路技術(shù)分別制備單個芯片，更便于設(shè)計、制造和測試多功能的專用集成電路。

專用集成電路測試

專用集成電路要求電路設(shè)計人員緊密地參與測試，從電路設(shè)計的開始就需要考慮產(chǎn)品的測試方案與方法。測試設(shè)計是開發(fā)專用集成電路的一項重要設(shè)計內(nèi)容。

在設(shè)計電路時，設(shè)計一些附加的自動測試電路，且與所設(shè)計的功能電路集成在同一芯片上。芯片加工后，這些附加電路在軟件支持下，自動地完成芯片功能的測試。這種測試方式不受限制地測試內(nèi)部節(jié)點，能與被測電路同步工作，提高測試質(zhì)量，節(jié)省時間。

傳統(tǒng)的測試方式仍是專用集成電路生產(chǎn)中使用的一種主要方法，希望將對輸入激勵，輸出響應(yīng)采樣和測試過程控制在一個自動測試設(shè)備上進(jìn)行，否則難以應(yīng)付不斷擴(kuò)大的電路規(guī)模與功能。

材料缺陷、加工偏差、工作環(huán)境惡劣，尤其是設(shè)計錯誤都會引起電路失效。電路設(shè)計人員借助計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)，在電路設(shè)計過程中對可能的故障進(jìn)行模擬，分析故障屬性，檢測并確定故障位置以改進(jìn)電路設(shè)計，并使之在生產(chǎn)過程中就可方便地檢測到這些故障。

專用集成電路更適用于軍事應(yīng)用，能有效地解決軍用集成電路的高性能、小批量、高可靠、快周期的矛盾。

現(xiàn)在大的集成電路生產(chǎn)廠都配有極強(qiáng)的計算機(jī)輔助電路設(shè)計能力，可根據(jù)用戶的要求迅速設(shè)計制作專用集成電路，或接受用戶的電路設(shè)計，甚至由用戶直接設(shè)計工藝來制造滿足用戶需要的集成電路。

名稱: 專用集成電路

英文全稱：Application Specific Integrated Circuit 簡稱ASIC

主題詞或關(guān)鍵詞: 信息科學(xué) 集成電路

虞惠華 等譯

出版時間： 2007-6-1

版　次： 1

頁　數(shù)： 751

包　裝： 平裝

所屬分類： 圖書 >> 工業(yè)技術(shù) >> 電子 通信 >> 微電子學(xué)、集成電路（IC）

第1章 ASIC介紹

1.1 ASIC類型

1.2 設(shè)計流程

1.3 舉例分析

1.4 ASIC經(jīng)濟(jì)學(xué)

1.5 ASIC單元庫

1.6 小結(jié)

1.7 習(xí)題

1.8 參考書目提要

1.9 參考資料

第2章 CMOS邏輯

2.1 CMOS晶體管

2.2 CMOS工藝

2.3 CMOS設(shè)計規(guī)則

2.4 組合邏輯單元

2.5 時序邏輯單元

2.6 數(shù)據(jù)通路邏輯單元

2.7 I/O單元

2.8 單元編譯器

2.9 小結(jié)

2.10 習(xí)題

2.11 參考書目提要

2.12 參考資料

第3章 ASIC庫設(shè)計

3.1 晶體管電阻

3.2 晶體管寄生電容

3.3 邏輯作用力

3.4 庫單元設(shè)計

3.5 庫結(jié)構(gòu)

3.6 門陣列設(shè)計

3.7 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計

3.8 數(shù)據(jù)通路單元設(shè)計

3.9 小結(jié)

3.10 習(xí)題

3.11 參考書目提要

3.12 參考資料

第4章 可編程ASIC

4.1 反熔絲

4.2 靜態(tài)RAM

4.3 EPROM和EEPROM工藝

4.4 實際問題

4.5 規(guī)范說明

4.6 PREP基準(zhǔn)程序

4.7 FPGA經(jīng)濟(jì)學(xué)

4.8 小結(jié)

4.9 習(xí)題

4.10 參考書目提要

4.11 參考資料

第5章 可編程ASlC邏輯單元

5.1 Actel ACT

5.2 Xilinx ICA

5.3 Altera FLEX

5.4 A1tera MAX

5.5 小結(jié)

5.6 習(xí)題

5.7 參考書目提要

5.8 參考資料

第6章 可編程ASIC I/O單元

6.1 DC輸出

6.2 AC輸出

6.3 DC輸入

6.4 AC輸入

6.5 時鐘輸入

6.6 電源輸入

6.7 Xilinx I/O功能塊

6.8 其他I/O單元

6.9 小結(jié)

6.10 習(xí)題

6.11 參考書目提要

6.12 參考資料

第7章 可編程ASIC的互連

第8章 可編程ASIC設(shè)計軟件

第9章 低層次設(shè)計輸入

第10章 VHDL

第11章 Verilog HDL

第12章 邏輯綜合

第13章 仿真

第14章 測試

第15章 ASIC結(jié)構(gòu)

第16章 布圖規(guī)劃和布局

第17章 布線

附錄A VHDL資源

附錄B Verilog HDL資源

譯后記

本書是一本有關(guān)專用集成電路（ASIC）的綜合性和權(quán)威性書籍。書中敘述了VLSI系統(tǒng)設(shè)計的最新方法。利用商業(yè)化工具以及預(yù)先設(shè)計好的單元庫已使得ASIC設(shè)計成為速度最快、成本最低而且錯誤最少的一種IC設(shè)計方法，因而ASIC和ASIC設(shè)計方法已迅速在工業(yè)界的各個應(yīng)用領(lǐng)域得到推廣。

本書介紹了半定制和可編程的ASIC。在對每種ASIC類型的數(shù)字邏輯設(shè)計與物理特性的基本原理進(jìn)行描述后，討論了ASIC邏輯設(shè)計——設(shè)計輸入、邏輯綜合、仿真以及測試，并進(jìn)一步講述了相應(yīng)的物理設(shè)計——劃分、布圖規(guī)劃、布局以及布線。此外，本書對在ASIC設(shè)計中需要了解的各方面知識以及必需的工作都有詳盡敘述。

本書可作為大學(xué)高年級和研究生教材，也是ASIC領(lǐng)域工程技術(shù)人員的理想?yún)⒖紩?

半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展和電子設(shè)計自動化軟件的開發(fā)，給專用集成電路發(fā)展與應(yīng)用提供了有力支持。80年代末，電路的復(fù)雜程度平均為數(shù)萬門，最小線寬為1μm，工作效率約有百兆赫。集成電路正向每片上百萬門，芯片面積增加到1平方英寸，加工線寬達(dá)0.2μm的程度發(fā)展。

數(shù)字、模擬、或者數(shù)?；旌系膶Ｓ眉呻娐芬褟V泛用于各類通信系統(tǒng)、圖像與信號處理領(lǐng)域、高質(zhì)量視聲產(chǎn)品、機(jī)電控制、測量電路以及計算機(jī)中。在軍事與航空航天部門，專用集成電路更受到特別的重視，許多關(guān)鍵的電子系統(tǒng)都已使用自己的產(chǎn)品。隨著新材料、新工藝的出現(xiàn)，專用集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大、延伸。

參考書目

楊之廉：《超大規(guī)模集成電路設(shè)計方法學(xué)導(dǎo)論》，清華大學(xué)出版社，北京，1990。

Michael John Sebastian Smith是一位ASIC領(lǐng)域的研究者、設(shè)計者和教育工作者。他任教于夏威夷大學(xué)，同時又是ASIC的設(shè)計顧問。他曾在IBM T.J.Watson研究中心工作，是Compass DesignAutomation公司的創(chuàng)辦人之一，該公司目前是Avant!公司 的一部分。Smith曾在劍橋大學(xué)皇后學(xué)院獲得文學(xué)學(xué)士和文學(xué)碩士學(xué)位，并在斯坦福大學(xué)獲得理科碩士和博士學(xué)位。1989年被授予美國國家科學(xué)基金總統(tǒng)青年研究者稱號。

《電動機(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路應(yīng)用手冊》系統(tǒng)、全面地介紹了目前廣泛應(yīng)用的電動機(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路，內(nèi)容包括國內(nèi)外電動機(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路概況，直流電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)、無刷直流電動機(jī)控制與驅(qū)動專用集成電路，有較寬適用性的功率驅(qū)動電路、智能功率模塊（IPM）和大規(guī)模集成的運動控制和電動機(jī)控制專用微處理器（DSP）?！峨妱訖C(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路應(yīng)用手冊》內(nèi)容求新，資料豐富，并經(jīng)編者整理和系統(tǒng)化后編寫而成，其中還包括編者對電路的應(yīng)用體會，既方便讀者查找相關(guān)資料，又能從編者的應(yīng)用經(jīng)驗中得到啟發(fā)?！峨妱訖C(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路應(yīng)用手冊》適合工業(yè)自動化工程技術(shù)人員閱讀，也可供相關(guān)專業(yè)的科研人員與大中專院校師生參考。

第一章 概論

1.1 集成電路的發(fā)展歷程

1.1.1 半導(dǎo)體集成電路的出現(xiàn)與發(fā)展

1.1.2 集成電路發(fā)展的特點

1.2 專用集成電路設(shè)計要求

1.2.1 關(guān)于“速度”

1.2.2 關(guān)于“功耗”

1.2.3 關(guān)于“價格”

1.3 集成電路的分類

1.3.1 按功能分類

1.3.2 按結(jié)構(gòu)形式和材料分類

1.3.3 按有源器件及工藝類型分類

1.3.4 按集成電路的規(guī)模分類

1.3.5 按生產(chǎn)目的和實現(xiàn)方法分類

1.4 集成電路設(shè)計方法

1.4.1 設(shè)計方法學(xué)的重大變革

1.4.2 asic設(shè)計步驟

1.4.3 eda設(shè)計工具的選擇

1.4.4 asic設(shè)計特點和技巧

第二章 集成電路工藝基礎(chǔ)及版圖設(shè)計

2.1 引言

2.2 集成電路制造工藝簡介

2.2.1 氧化工藝

2.2.2 摻雜工藝

2.2.3 光刻工藝

2.3 版圖設(shè)計技術(shù)

2.3.1 硅柵mos工藝簡介

2.3.2 p阱cmos工藝簡介

2.3.3 雙阱工藝及soi　cmos工藝簡介

2.3.4 版圖設(shè)計規(guī)則

2.4 電參數(shù)設(shè)計規(guī)則

2.4.1 電阻值的估算

2.4.2 mos電容

第三章 mos集成電路器件基礎(chǔ)

3.1 mos場效應(yīng)管(mosfet)的結(jié)構(gòu)及符號

3.1.1 nmos管的簡化結(jié)構(gòu)

3.1.2 n阱及pmos

3.1.3 mos管符號

3.2 mos管的電流電壓特性

3.2.1 mos管的轉(zhuǎn)移特性

3.2.2 mos管的輸出特性

3.2.3 mos管的電流方程

3.2.4 mos管的輸出電阻

本書系統(tǒng)、全面地介紹了目前廣泛應(yīng)用的電機(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路，內(nèi)容包括國內(nèi)外電機(jī)驅(qū)動與控制專用集成電路概況，直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)控制與驅(qū)動專用集成電路，以及有較寬適用性的功率驅(qū)動電路、智能功率模塊(IPM)和大規(guī)模集成的運動控制和電機(jī)控制專用微處理器(DSP)。本書內(nèi)容求新，資料豐富，并經(jīng)編者整理和系統(tǒng)化后編寫而成，其中還包括編者對電路的應(yīng)用體會。

本書適合工業(yè)自動化工程技術(shù)人員閱讀，也可供相關(guān)專業(yè)的科研人員與大中專院校師生參考。