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专用集成电路
阅读:99时间:2020-10-16 15:38:17

专用集成电路是为特定用户或特定电子系统制作的集成电路。数字集成电路的通用性和大批量生产,使电子产品成本大幅度下降,推进了计算机通信和电子产品的普及,但同时也产生了通用与专用的矛盾,以及系统设计与电路制作脱节的问题。同时,集成电路规模越大,组建系统时就越难以针对特殊要求加以改变。为解决这些问题,就出现了以用户参加设计为特征的专用集成电路,它能实现整机系统的优化设计,性能优越,保密性强。

简介

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。

开发过程

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。

  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。

  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。

  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。

  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。

应用范围

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。

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