专用集成电路

专用集成电路(application specific integrated circuit) 是针对整机或系统的需要，专门为之设计制造的集成电路，简称ASIC。相对于通用集成电路而言，用户在某种程度上参与该产品的开发。

专用集成电路可以把分别承担一些功能的数个、数十个、甚至上百个通用中、小规模集成电路的功能集成在一块芯片上，进而可将整个系统集成在一块芯片上实现系统的需要。它使整机电路优化，元件数减少，布线缩短，体积和重量减小，提高了系统可靠性。产品的特点是功能强、品种多；但批量较小，设计周期长，工艺生产与测试难度增加，故成本较高。

专用集成电路的开发可分为设计、加工与测试三个主要环节。但因其功能的多样而更具特色。

专用集成电路设计过程

1）功能设计的目的是为电路设计做准备，将系统功能用于系统实现，便于按系统、电路、元件的级别做层次式设计。

2）逻辑设计的结果是给出满足功能块所要求的逻辑关系的逻辑构成。它是用门级电路或功能模块电路实现，用表、布尔公式或特定的语言表示的。

3）电路设计的目的是确定电路结构(元件联接关系)和元件特性(元件值、晶体管参数)，以满足所要求的功能电路的特性，同时考虑电源电压变动、温度变动以及制造误差而引起的性能变化。

4）布图设计直接服务于工艺制造。它根据逻辑电路图或电子电路图决定元件、功能模块在芯片上的配置，以及它们之间的连线路径.为节约芯片面积要进行多种方案比较，直到满意。

5）验证是借助计算机辅助设计系统对电路功能、逻辑和版图的设计，以及考虑实际产品可能出现的时延和故障进行分析的过程。在模拟分析基础上对设计参数进行修正。

为了争取产品一次投片成功，设计工作的每一阶段都要对其结果反复进行比较取优，以取得最好的设计结果。

专用集成电路设计方式

一般可分为全定制设计和半定制设计。前者是按图所示流程依次完成设计的各个阶段，后者是在设计的某个阶段利用已有成果，进行的更有效设计。例如对已具有合理的版图结构、经过实际使用证明是实用的模块电路进行半定制设计，就可节约布图或制造时间。标准单元法、门阵列法、可编程逻辑阵列法都是利用模块化电路进行半定制设计的常用方法。

在计算机辅助设计系统中，以单元电路库、宏单元库形式开发的基本单元越丰富，越有利于电路设计。这些库包括基本门、触发器、译码器、微处理器核心电路、ROM、RAM以及模拟电路模块等。通常对库单元的描述有名称，功能，布尔表达式，逻辑图，电路图，电学参数，版图外框，输入、输出口和版图结构等。

专用集成电路加工工艺

专用集成电路的基本工艺是CMOS，双极型，BiCMOS等。BiCMOS是一种混合工艺，它具有双极型和CMOS的双重特点，便于提高工作速度、降低功耗、提高集成度和实现模数电路的混合。砷化镓(GaAs)半导体材料的使用不仅提高了电路的工作速度，而且功耗也小。

随着所需功能越趋复杂，器件尺寸逐渐减小、引脚数增多，专用集成电路为满足引线数、体积、散热性能，芯片和内引线压焊工艺自动化，器件装上印制电路板时的便捷程度等方面要求，采用了四边均有引线的正方形外壳、或并排布置两行外引线等封装工艺。对于要求高密度组装的、耐强烈震动和严酷的温、湿环境的电子系统，已采用芯片载体式封装和带式自动键合封装，提高了它们在印制电路板上安装作业的自动化程度，减小了体积、降低了重量。

专用集成电路也采取多芯片技术，用多种工艺和电路技术分别制备单个芯片，更便于设计、制造和测试多功能的专用集成电路。

专用集成电路测试

专用集成电路要求电路设计人员紧密地参与测试，从电路设计的开始就需要考虑产品的测试方案与方法。测试设计是开发专用集成电路的一项重要设计内容。

在设计电路时，设计一些附加的自动测试电路，且与所设计的功能电路集成在同一芯片上。芯片加工后，这些附加电路在软件支持下，自动地完成芯片功能的测试。这种测试方式不受限制地测试内部节点，能与被测电路同步工作，提高测试质量，节省时间。

传统的测试方式仍是专用集成电路生产中使用的一种主要方法，希望将对输入激励，输出响应采样和测试过程控制在一个自动测试设备上进行，否则难以应付不断扩大的电路规模与功能。

材料缺陷、加工偏差、工作环境恶劣，尤其是设计错误都会引起电路失效。电路设计人员借助计算机辅助设计系统，在电路设计过程中对可能的故障进行模拟，分析故障属性，检测并确定故障位置以改进电路设计，并使之在生产过程中就可方便地检测到这些故障。

专用集成电路更适用于军事应用，能有效地解决军用集成电路的高性能、小批量、高可靠、快周期的矛盾。

现在大的集成电路生产厂都配有极强的计算机辅助电路设计能力，可根据用户的要求迅速设计制作专用集成电路，或接受用户的电路设计，甚至由用户直接设计工艺来制造满足用户需要的集成电路。

名称: 专用集成电路

英文全称：Application Specific Integrated Circuit 简称ASIC

主题词或关键词: 信息科学 集成电路

虞惠华 等译

出版时间： 2007-6-1

版　次： 1

页　数： 751

包　装： 平装

所属分类： 图书 >> 工业技术 >> 电子 通信 >> 微电子学、集成电路（IC）

第1章 ASIC介绍

1.1 ASIC类型

1.2 设计流程

1.3 举例分析

1.4 ASIC经济学

1.5 ASIC单元库

1.6 小结

1.7 习题

1.8 参考书目提要

1.9 参考资料

第2章 CMOS逻辑

2.1 CMOS晶体管

2.2 CMOS工艺

2.3 CMOS设计规则

2.4 组合逻辑单元

2.5 时序逻辑单元

2.6 数据通路逻辑单元

2.7 I/O单元

2.8 单元编译器

2.9 小结

2.10 习题

2.11 参考书目提要

2.12 参考资料

第3章 ASIC库设计

3.1 晶体管电阻

3.2 晶体管寄生电容

3.3 逻辑作用力

3.4 库单元设计

3.5 库结构

3.6 门阵列设计

3.7 标准单元设计

3.8 数据通路单元设计

3.9 小结

3.10 习题

3.11 参考书目提要

3.12 参考资料

第4章 可编程ASIC

4.1 反熔丝

4.2 静态RAM

4.3 EPROM和EEPROM工艺

4.4 实际问题

4.5 规范说明

4.6 PREP基准程序

4.7 FPGA经济学

4.8 小结

4.9 习题

4.10 参考书目提要

4.11 参考资料

第5章 可编程ASlC逻辑单元

5.1 Actel ACT

5.2 Xilinx ICA

5.3 Altera FLEX

5.4 A1tera MAX

5.5 小结

5.6 习题

5.7 参考书目提要

5.8 参考资料

第6章 可编程ASIC I/O单元

6.1 DC输出

6.2 AC输出

6.3 DC输入

6.4 AC输入

6.5 时钟输入

6.6 电源输入

6.7 Xilinx I/O功能块

6.8 其他I/O单元

6.9 小结

6.10 习题

6.11 参考书目提要

6.12 参考资料

第7章 可编程ASIC的互连

第8章 可编程ASIC设计软件

第9章 低层次设计输入

第10章 VHDL

第11章 Verilog HDL

第12章 逻辑综合

第13章 仿真

第14章 测试

第15章 ASIC结构

第16章 布图规划和布局

第17章 布线

附录A VHDL资源

附录B Verilog HDL资源

译后记

本书是一本有关专用集成电路（ASIC）的综合性和权威性书籍。书中叙述了VLSI系统设计的最新方法。利用商业化工具以及预先设计好的单元库已使得ASIC设计成为速度最快、成本最低而且错误最少的一种IC设计方法，因而ASIC和ASIC设计方法已迅速在工业界的各个应用领域得到推广。

本书介绍了半定制和可编程的ASIC。在对每种ASIC类型的数字逻辑设计与物理特性的基本原理进行描述后，讨论了ASIC逻辑设计——设计输入、逻辑综合、仿真以及测试，并进一步讲述了相应的物理设计——划分、布图规划、布局以及布线。此外，本书对在ASIC设计中需要了解的各方面知识以及必需的工作都有详尽叙述。

本书可作为大学高年级和研究生教材，也是ASIC领域工程技术人员的理想参考书。

半导体工艺技术的发展和电子设计自动化软件的开发，给专用集成电路发展与应用提供了有力支持。80年代末，电路的复杂程度平均为数万门，最小线宽为1μm，工作效率约有百兆赫。集成电路正向每片上百万门，芯片面积增加到1平方英寸，加工线宽达0.2μm的程度发展。

数字、模拟、或者数模混合的专用集成电路已广泛用于各类通信系统、图像与信号处理领域、高质量视声产品、机电控制、测量电路以及计算机中。在军事与航空航天部门，专用集成电路更受到特别的重视，许多关键的电子系统都已使用自己的产品。随着新材料、新工艺的出现，专用集成电路的应用领域在不断扩大、延伸。

参考书目

杨之廉：《超大规模集成电路设计方法学导论》，清华大学出版社，北京，1990。

Michael John Sebastian Smith是一位ASIC领域的研究者、设计者和教育工作者。他任教于夏威夷大学，同时又是ASIC的设计顾问。他曾在IBM T.J.Watson研究中心工作，是Compass DesignAutomation公司的创办人之一，该公司目前是Avant!公司 的一部分。Smith曾在剑桥大学皇后学院获得文学学士和文学硕士学位，并在斯坦福大学获得理科硕士和博士学位。1989年被授予美国国家科学基金总统青年研究者称号。

《电动机驱动与控制专用集成电路应用手册》系统、全面地介绍了目前广泛应用的电动机驱动与控制专用集成电路，内容包括国内外电动机驱动与控制专用集成电路概况，直流电动机、步进电动机、感应电动机、无刷直流电动机控制与驱动专用集成电路，有较宽适用性的功率驱动电路、智能功率模块（IPM）和大规模集成的运动控制和电动机控制专用微处理器（DSP）。《电动机驱动与控制专用集成电路应用手册》内容求新，资料丰富，并经编者整理和系统化后编写而成，其中还包括编者对电路的应用体会，既方便读者查找相关资料，又能从编者的应用经验中得到启发。《电动机驱动与控制专用集成电路应用手册》适合工业自动化工程技术人员阅读，也可供相关专业的科研人员与大中专院校师生参考。

第一章 概论

1.1 集成电路的发展历程

1.1.1 半导体集成电路的出现与发展

1.1.2 集成电路发展的特点

1.2 专用集成电路设计要求

1.2.1 关于“速度”

1.2.2 关于“功耗”

1.2.3 关于“价格”

1.3 集成电路的分类

1.3.1 按功能分类

1.3.2 按结构形式和材料分类

1.3.3 按有源器件及工艺类型分类

1.3.4 按集成电路的规模分类

1.3.5 按生产目的和实现方法分类

1.4 集成电路设计方法

1.4.1 设计方法学的重大变革

1.4.2 asic设计步骤

1.4.3 eda设计工具的选择

1.4.4 asic设计特点和技巧

第二章 集成电路工艺基础及版图设计

2.1 引言

2.2 集成电路制造工艺简介

2.2.1 氧化工艺

2.2.2 掺杂工艺

2.2.3 光刻工艺

2.3 版图设计技术

2.3.1 硅栅mos工艺简介

2.3.2 p阱cmos工艺简介

2.3.3 双阱工艺及soi　cmos工艺简介

2.3.4 版图设计规则

2.4 电参数设计规则

2.4.1 电阻值的估算

2.4.2 mos电容

第三章 mos集成电路器件基础

3.1 mos场效应管(mosfet)的结构及符号

3.1.1 nmos管的简化结构

3.1.2 n阱及pmos

3.1.3 mos管符号

3.2 mos管的电流电压特性

3.2.1 mos管的转移特性

3.2.2 mos管的输出特性

3.2.3 mos管的电流方程

3.2.4 mos管的输出电阻

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本书适合工业自动化工程技术人员阅读，也可供相关专业的科研人员与大中专院校师生参考。