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