第十三章 集成电路设计
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“师父，这两袋米放哪啊？”付新口里稍稍喘着粗气，肩上扛着两米，闯了进来，把正在烧火的小黑和提着铲子煮饭的老道吓了一大跳。
老道停下了手中的动作，指了指他存放大米的大缸说道：“就放这米缸旁边吧！”
老道发现不对劲，又问道：“对了，付新，你扛了两袋米上来，那你带来的录音机呢？”
付新哼唧着鼻音，然后回答道：“还在下面的车里，我还要再跑一趟，另外我还带来了几斤肉，两壶油，三袋盐和一箱酒，都在车上，我现在下去拿上来。”
“师兄，我去帮你吧！”小黑突然开口道。
付新摇了摇头，说道：“不用了，我一次拿得下！”
“你小子别逞强！”老道白了付新一眼，然后朝小黑吩咐道：“你去帮你师兄拿点，那录音机和一箱酒都是摔不得的，他一个拿这么多，我怕他摔着。”
付新想了想，或许是觉得自己确实拿不下这么多吧，没有再拒绝，向小黑说道：“师弟你想来就来吧！”
“小黑，你是不是有什么心理阴影啊，我看你不是不通人情世故，而是不愿与人交流啊！”走在下山的路上，付新主动开口问道。
小黑犹豫了一会儿，记起老道的吩咐，鼓起勇气，低着头说道：“嗯！”随后就没了声息。
付新看小黑这个样子，心中断定，他有什么难言之隐，随即转移话题说道：“小黑，你主要懂得集成电路的那些方面啊？”
问道这个自己的优势领域，小黑明显自信了许多，看着付新的眼睛答道：“由于我爷爷教我时，条件有限，所以我现在最擅长的是功能设计阶段。”
功能设计阶段，付新听得明白，这个阶段是指设计人员根据产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。更可进一步规划软件模块及硬件模块该如何划分，哪些功能该整合于SOC 内，哪些功能可以设计在电路板上。
在付新的记忆里，集成电路设计分为芯片硬件设计和软件协同设计，芯片硬件设计包括功能设计阶段、设计描述和行为级验证、逻辑综合、门级验证、布局和布线五个阶段；软件协同设计同样包括五个阶段，电路设计、前仿真、版图设计、后仿真、后续处理。
芯片硬件设计中，功能设计完成后，可以依据功能将SOC划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP 核。此阶段将接影响了SOC内部的架构及各模块间互动的讯号，及未来产品的可靠性。决定模块之后，可以用VHDL等硬件描述语言实现各模块的设计。接着，利用VHDL的电路仿真器，对设计进行功能验证（function_sition）。
确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综合。综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库（logic_cell_library），作为合成逻辑电路时的参考依据。硬件语言设计描述文件的编写风格是决定综合工具执行效率的一个重要因素。事实上，综合工具支持的HDL 语法均是有限的，一些过于抽象的语法只适于作为系统评估时的仿真模型，而不能被综合工具接受。逻辑综合得到门级网表。
接着是门级验证，门级功能验证是寄存器传输级验证。主要的工作是要确认经综合后的电路是否符合功能需求，该工作一般利用门电路级验证工具完成。
最后是布局和布线，布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。布线则指完成各模块之间互连的连线。注意，各模块之间的连线通常比较长，因此，产生的延迟会严重影响SOC的性能，尤其在0.25微米制程以上，这种现象更为显著。
软件协同设计中，电路设计是依据电路功能完成电路的设计。前仿真是指电路功能的仿真，包括功耗，电流，电压，温度，压摆幅，输入输出特性等参数的仿真。
接着是版图设计，版图设计是依据所设计的电路画版图。后仿真是对所画的版图进行仿真，并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图。后续处理是将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。现在两个大阶段，十个小阶段，很多目前还做不到，也没有这个概念。
“对了，师兄，我对电视机用集成电路应该算是很了解，电视机用集成电路，包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、**/TV转换集成电路、开关电源集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、存储器集成电路等。这些我都可以做出来，甚至，我可以做出彩色电视机用集成电路，也就是彩色解码集成电路。也就是在微处理器集成电路上，我还有一些困惑。我不知道这个对你是否有用？”小黑低着头说道。
“怎么没用，实在太有用了！”付新心底呐喊道。这可真是意外之喜啊，原本他还在苦恼，华兴就一种录音机产品太单一了，结果，要什么来什么，这小黑还没有到自己帐下，就已经送出了一份大礼！
付新一下子兴奋地忘了小黑是个怕生的家伙，高兴地在小黑肩上重重地拍了一记，说道：“小黑，你真是一个人才啊！你这个电视机用集成电路对我，对我的华兴来说，实在太有用了！之前是我不对，看低了你，我再次向你道歉！”说完，付新向小黑低下了自己高昂的头颅。
小黑跟一个女孩子一样，羞红了脸，低下了自己的头。
付新又说道：“微处理器集成电路不是一般人做得出来的，那个需要大量的人力物力去研究，这个不急，反正现在的电视机对这个要求不是很高，你只要把其他的做出来，我就很开心了！哦，对了，小黑，遥控集成电路你会吗？”
“遥控集成电路？就是用在一个小巧，上面有很多按键来控制一件产品上面的东西？”小黑疑惑地问道。
付新点了点头，说道：“是啊，就是用在遥控器上面的，我想用这个来控制电视机，就是那种通过红外线二极管发射光波，光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号，进处理器进行解码，解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求的东西。”
“红外线？”小黑疑惑的问道：“不对吧，我听我爷爷说的是利用超声波来控制啊，因为每一个按键发出的频率不一样，因此可以达到调频道和音量的要求。”
一不小心说漏嘴，因为发送和接收红外线的半导体装置是一九八零年才发明的，国内根本就没有，就算有也是在那些顶级的研究所，根本不被外人所知。
付新只好掩饰道：“哦，你看我这脑子，发送和接收红外线的半导体装置是我前段时间再一个国外杂志上面看见的。
它是通过红外线二极管发射光波，光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号，进处理器进行解码，解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求的，现在国内还没有。”
“哦！师兄你可以把那本杂志借给我看一看吗？”小黑和陆军一样，是个技术狂，听到自己没听过的东西，立即来了很大的兴趣，也不复之前那种拒人于千里之外的形态了。
这个东西付新哪里拿得出来，付新只好讪讪地说道：“这个东西，我前几天在香江看到的，国内这种杂志根本没有卖，也几乎没有流传。我又带不进来，所以，没办法……”付新把手一摊，耸耸肩，装作无奈地说道。
“哦！”小黑失望极了，没想到这只是一场镜花水月。
见到小黑一副沮丧的样子，付新立即安慰道：“小黑，你也别伤心，这种发送和接收红外线的半导体装置，我差不多已经搞通了，我讲给你听就是。”
听到付新这么一说，小黑眼睛一亮，然后满怀期待地看着付新，等待付新给他的讲解。
付新眼见已经到了山脚下，加上一时没有纸笔，无法旁边写写画画，然后描述出来，只好朝小黑说道：“小黑，我们到了，先把东西带到山上去吧！这个发送和接收红外线的半导体装置我一时也讲解不清楚，因为这里面涉及到了电路图，没有纸和笔把电路图画出来，我说不清楚。我可没有凭空描述的能力。”
“哦！”小黑虽然因为不能及时了解，心里痒痒的，但他也知道做学问不能马虎，所以点了点头。
“来，你把这箱酒搬好就成。”付新打开车门，从车里提出一箱酒，递到小黑的手中，说道。
“多给我一点，我还拿得了！”小黑双手拖住这箱酒，要求道。
付新摆了摆手，拒绝了小黑的好意。RS
“师父，这两袋米放哪啊？”付新口里稍稍喘着粗气，肩上扛着两米，闯了进来，把正在烧火的小黑和提着铲子煮饭的老道吓了一大跳。
老道停下了手中的动作，指了指他存放大米的大缸说道：“就放这米缸旁边吧！”
老道发现不对劲，又问道：“对了，付新，你扛了两袋米上来，那你带来的录音机呢？”
付新哼唧着鼻音，然后回答道：“还在下面的车里，我还要再跑一趟，另外我还带来了几斤肉，两壶油，三袋盐和一箱酒，都在车上，我现在下去拿上来。”
“师兄，我去帮你吧！”小黑突然开口道。
付新摇了摇头，说道：“不用了，我一次拿得下！”
“你小子别逞强！”老道白了付新一眼，然后朝小黑吩咐道：“你去帮你师兄拿点，那录音机和一箱酒都是摔不得的，他一个拿这么多，我怕他摔着。”
付新想了想，或许是觉得自己确实拿不下这么多吧，没有再拒绝，向小黑说道：“师弟你想来就来吧！”
“小黑，你是不是有什么心理阴影啊，我看你不是不通人情世故，而是不愿与人交流啊！”走在下山的路上，付新主动开口问道。
小黑犹豫了一会儿，记起老道的吩咐，鼓起勇气，低着头说道：“嗯！”随后就没了声息。
付新看小黑这个样子，心中断定，他有什么难言之隐，随即转移话题说道：“小黑，你主要懂得集成电路的那些方面啊？”
问道这个自己的优势领域，小黑明显自信了许多，看着付新的眼睛答道：“由于我爷爷教我时，条件有限，所以我现在最擅长的是功能设计阶段。”
功能设计阶段，付新听得明白，这个阶段是指设计人员根据产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。更可进一步规划软件模块及硬件模块该如何划分，哪些功能该整合于SOC 内，哪些功能可以设计在电路板上。
在付新的记忆里，集成电路设计分为芯片硬件设计和软件协同设计，芯片硬件设计包括功能设计阶段、设计描述和行为级验证、逻辑综合、门级验证、布局和布线五个阶段；软件协同设计同样包括五个阶段，电路设计、前仿真、版图设计、后仿真、后续处理。
芯片硬件设计中，功能设计完成后，可以依据功能将SOC划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP 核。此阶段将接影响了SOC内部的架构及各模块间互动的讯号，及未来产品的可靠性。决定模块之后，可以用VHDL等硬件描述语言实现各模块的设计。接着，利用VHDL的电路仿真器，对设计进行功能验证（function_sition）。
确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综合。综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库（logic_cell_library），作为合成逻辑电路时的参考依据。硬件语言设计描述文件的编写风格是决定综合工具执行效率的一个重要因素。事实上，综合工具支持的HDL 语法均是有限的，一些过于抽象的语法只适于作为系统评估时的仿真模型，而不能被综合工具接受。逻辑综合得到门级网表。
接着是门级验证，门级功能验证是寄存器传输级验证。主要的工作是要确认经综合后的电路是否符合功能需求，该工作一般利用门电路级验证工具完成。
最后是布局和布线，布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。布线则指完成各模块之间互连的连线。注意，各模块之间的连线通常比较长，因此，产生的延迟会严重影响SOC的性能，尤其在0.25微米制程以上，这种现象更为显著。
软件协同设计中，电路设计是依据电路功能完成电路的设计。前仿真是指电路功能的仿真，包括功耗，电流，电压，温度，压摆幅，输入输出特性等参数的仿真。
接着是版图设计，版图设计是依据所设计的电路画版图。后仿真是对所画的版图进行仿真，并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图。后续处理是将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。现在两个大阶段，十个小阶段，很多目前还做不到，也没有这个概念。
“对了，师兄，我对电视机用集成电路应该算是很了解，电视机用集成电路，包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、**/TV转换集成电路、开关电源集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、存储器集成电路等。这些我都可以做出来，甚至，我可以做出彩色电视机用集成电路，也就是彩色解码集成电路。也就是在微处理器集成电路上，我还有一些困惑。我不知道这个对你是否有用？”小黑低着头说道。
“怎么没用，实在太有用了！”付新心底呐喊道。这可真是意外之喜啊，原本他还在苦恼，华兴就一种录音机产品太单一了，结果，要什么来什么，这小黑还没有到自己帐下，就已经送出了一份大礼！
付新一下子兴奋地忘了小黑是个怕生的家伙，高兴地在小黑肩上重重地拍了一记，说道：“小黑，你真是一个人才啊！你这个电视机用集成电路对我，对我的华兴来说，实在太有用了！之前是我不对，看低了你，我再次向你道歉！”说完，付新向小黑低下了自己高昂的头颅。
小黑跟一个女孩子一样，羞红了脸，低下了自己的头。
付新又说道：“微处理器集成电路不是一般人做得出来的，那个需要大量的人力物力去研究，这个不急，反正现在的电视机对这个要求不是很高，你只要把其他的做出来，我就很开心了！哦，对了，小黑，遥控集成电路你会吗？”
“遥控集成电路？就是用在一个小巧，上面有很多按键来控制一件产品上面的东西？”小黑疑惑地问道。
付新点了点头，说道：“是啊，就是用在遥控器上面的，我想用这个来控制电视机，就是那种通过红外线二极管发射光波，光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号，进处理器进行解码，解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求的东西。”
“红外线？”小黑疑惑的问道：“不对吧，我听我爷爷说的是利用超声波来控制啊，因为每一个按键发出的频率不一样，因此可以达到调频道和音量的要求。”
一不小心说漏嘴，因为发送和接收红外线的半导体装置是一九八零年才发明的，国内根本就没有，就算有也是在那些顶级的研究所，根本不被外人所知。
付新只好掩饰道：“哦，你看我这脑子，发送和接收红外线的半导体装置是我前段时间再一个国外杂志上面看见的。
它是通过红外线二极管发射光波，光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号，进处理器进行解码，解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求的，现在国内还没有。”
“哦！师兄你可以把那本杂志借给我看一看吗？”小黑和陆军一样，是个技术狂，听到自己没听过的东西，立即来了很大的兴趣，也不复之前那种拒人于千里之外的形态了。
这个东西付新哪里拿得出来，付新只好讪讪地说道：“这个东西，我前几天在香江看到的，国内这种杂志根本没有卖，也几乎没有流传。我又带不进来，所以，没办法……”付新把手一摊，耸耸肩，装作无奈地说道。
“哦！”小黑失望极了，没想到这只是一场镜花水月。
见到小黑一副沮丧的样子，付新立即安慰道：“小黑，你也别伤心，这种发送和接收红外线的半导体装置，我差不多已经搞通了，我讲给你听就是。”
听到付新这么一说，小黑眼睛一亮，然后满怀期待地看着付新，等待付新给他的讲解。
付新眼见已经到了山脚下，加上一时没有纸笔，无法旁边写写画画，然后描述出来，只好朝小黑说道：“小黑，我们到了，先把东西带到山上去吧！这个发送和接收红外线的半导体装置我一时也讲解不清楚，因为这里面涉及到了电路图，没有纸和笔把电路图画出来，我说不清楚。我可没有凭空描述的能力。”
“哦！”小黑虽然因为不能及时了解，心里痒痒的，但他也知道做学问不能马虎，所以点了点头。
“来，你把这箱酒搬好就成。”付新打开车门，从车里提出一箱酒，递到小黑的手中，说道。
“多给我一点，我还拿得了！”小黑双手拖住这箱酒，要求道。
付新摆了摆手，拒绝了小黑的好意。RS