系统设计方法与实现技术

自底向上设计方法
按照反向顺序，先考虑低层子系统的设计，即首先考虑简单的子系 统内部的细节。在全部子系统都设计完成以后，再进行上一级系统的设 计。
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5、基于单元的设计方法与IP复用技术
基于单元的设计方法是结构化设计思想和设计复用思想 的具体体现。 事先设计出一些标准的子电路系统，构建成单元库，按 照一定的系统构架方法，即系统结构策略，用单元库来搭建 更高一级的电路系统。
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二、系统实现技术
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二、系统实现技术
全定制：实现过程实施约束最少的一种方式。需要加工所有的
工艺层来完成产品是制作。 任意方式：几乎没有约束的设计和实现方式
积木块： 基于单元设计和IP复用技术的体现
半定制：对设计和实现方式上施加了一定的约束。
门阵列：对基本器件结构、位置施加了一定的约束，并对制作过程
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2、自动设计、半自动设计和手工设计
自动设计
需对设计对象和实现方式进行一定的限制。 优点：设计周期短、正确性容易保证 缺点：芯片面积利用率低 适用： （１）比较规范结构的设计 如门阵列、门海、标准单元、ＦＰＧＡ和ＰＬＡ等 （２）较为规则的电路 如数据通路电路
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2、自动设计、半自动设计和手工设计
半自动设计
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
1、门阵列实现技术
主要思想：采用部分制作工艺预制的方式，制作出一定规 模的半成品芯片，通过后期在半成品芯片上的再加工，形 成所需的产品。 批量大 工艺少 自动化程度高 标准封装结构 可测性高
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
（1）门阵列的母片结构 库单元 全局布线区域 水平通道 垂直布线通道 在设计母片阵列时，有许多设计参数选择必须决定，包括： 核心阵列尺寸； 基本单元结构； 单元的微结构。
系统设计方法与实现技术
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设计阶段 制造阶段
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一、系统设计方法
产品性能 产品成本 上市时间 产品测试
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1、结构化设计思想
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2、自动设计、半自动设计Hale Waihona Puke Baidu手工设计
手工设计：
（1）基于几何图形的交互图形编辑方法； （2）基于符号的交互图形编辑方法。 缺点：周期长，容易出错 设计完成后，需要版图验证软件进行正确性检查 版图验证：设计规则检查（DRC） 电学规则检查（ERC） 版图参数提取（LPE） 版式图和原理图对照检查（LVS） 优点：芯片面积小、芯片电性能好、设计质量高 适用于大批量生产的产品，如存储器、CPU芯片、建立单元库等。
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四、现场可编程门阵列
现场可编程门阵列 （Field Programmable Gate Array）
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五、全定制电路设计
1、全定制电路的结构化设计特征
层次式技术 模块性设计 规则性设计 局部性设计 手工参与
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五、全定制电路设计
２、几种全定制设计方法
（１）交互图形编辑 （２）符号法版图设计方法 （Ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｈ） （３）积木块自动布图 （Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｂｌｏｃｋ Ｌａｙｏｕｔ） Ｌａｙｏｕｔ Ａｐｐｒｏａｃ
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
2、宏单元阵列模式 （Macro-Cell Array）
提高门阵列的芯片利用率
取消垂直方向的走线通道
空闲栅
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
3、门海设计模式 （Sea of Gates）
进一步改进宏单元阵列的版图结构，取消了水平方向的走线通 道。 单元模块大小、形状和位置比较灵活，芯片利用率更高。
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五、全定制电路设计
３、不同设计方法比较
各种设计模式的版图结构 设计模式 全定制 单元外形 单元类型 单元布局 连线 可变 可变 可变 可变 标准单元 固定高度 可变 按行 可变 门阵列 不变 固定 固定 可变 ＦＰＧＡ 不变 可编程 固定 可编程
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五、全定制电路设计
不同的设计模式的芯片面积、性能和掩膜制作方式
反向设计（Backward Design）
先有芯片原型，通过对芯片各层掩模图形的分析和抽 取，得到产品的电路结构和功能。并在此基础上进行产品加工 仿制，或者对电路进行必要的修改，产生一个新的电路结构。
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4、自顶向下设计与自底向上设计
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4、自顶向下设计与自底向上设计
自顶向下设计方法
按照从整体系统到局部子系统的顺序，逐级向下进行设计。 在较高一层，着重从整体系统的角度来设计和规划系统个功能、 性能和结构，把所包含的子系统看成其内部组件，按照它们的外部表 现特性进行系统级的设计。然后，进行较为简单的下一层子系统的设 计时，把上一级对子系统的要求作为系统设计要求。按照这种从上至 下逐渐细化的顺序，如此进行下去直至最低层一级，最终完成电路和 版图的设计。
设计模式 全定制 芯片面积 芯片性能 制作掩膜 小 高 全部 标准单元 较小 较高 全部 门阵列 中等 中等 金属连线及孔 FPGA 大 低 不需要
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
门阵列结构示意图
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
（2）门阵列的基本单元
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
（3）单元库 一般来说，单元库中存放的信息包括： 逻辑门电路名 逻辑门电路图 逻辑图 逻辑门版图 逻辑门扇入、扇出 逻辑门延迟时间 逻辑门静态功耗
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
人机交互 在一些设计和描述过程中，通过设计人员的介入进行 各种设计参数指标的折中与取舍，进一步提高设计质量和 效率。
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３、正向设计与反向设计
正向设计（Forward Design）
用户提出产品设计需求，设计人员按照产品功能和性能要 求，从系统描述开始，经过多级综合设计和模拟，产生供芯片制 作使用的各层掩模图形，然后进行加工生产。
也加以预制，按照设计的结构，将基本器件预制在晶片上，再根据 产品设计要求完成后续的互联线路的实现。
标准单元：只对器件的高度和安放位置进行约束，在基于单元的设
计方法支持下，完成芯片版图的最后生成。
可编程器件：对制作过程施加了完全的约束，是一种已经完成了全部
制造工艺的实现方式，只保留一种“编程”工序，设计人员根据产品功 能需求，产生一种可编程代码用于最后的“编程”工序制作。
（4）门阵列集成电路设计与实现流程
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三、门阵列、宏单元阵列及门海
门阵列设计的优点：
事先制备母片，使设计周期缩短； 母片及库单元都是事先设计好并经过验证，正确性有保证； 门阵列模式非常规范，设计自动化程度高； 价格低，适合于小批量的ASIC设计。
门阵列设计的缺点：
芯片利用率低，40%~70%左右； 不够灵活，对设计限制得太多； 布通率不能做到100%，需要人工解决剩线问题。