總結(jié)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的一般方法？我依附西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院微電子學(xué)研究所，現(xiàn)在是微電子學(xué)研究所的研一學(xué)生，專業(yè)方向是數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)。在研一上學(xué)期，大致了解掌握到了數(shù)字集成電路后端偏文科類設(shè)計(jì)方法，本篇

總結(jié)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的一般方法？

我依附西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院微電子學(xué)研究所，現(xiàn)在是微電子學(xué)研究所的研一學(xué)生，專業(yè)方向是數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)。在研一上學(xué)期，大致了解掌握到了數(shù)字集成電路后端偏文科類設(shè)計(jì)方法，本篇學(xué)術(shù)素養(yǎng)課程報(bào)告主要注意繼續(xù)討論在基于后端流程時(shí)的方法、經(jīng)驗(yàn)、在內(nèi)相關(guān)的感悟。

根據(jù)我的觀察，軟件工程師的需求量和硬件工程師的需求量是10:1，也就是說(shuō)硬件工程師需求量遠(yuǎn)大于0軟件工程師，硬件工程師中又可分模擬和數(shù)字兩大類，仿真的集成電路設(shè)計(jì)比較多以及ADC、DAC、PLL等，數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)則更比較雜于實(shí)現(xiàn)方法特定的事件功能的芯片，如CPU、GPU、MCU、MPU、DSP等。

很顯然，發(fā)展到現(xiàn)階段，數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在EDA工具的幫助之下相當(dāng)傳說(shuō)中的軟件開發(fā)了，典型的數(shù)字集成電路開發(fā)象為以下步驟：

1、參照需求，自頂向上設(shè)計(jì)什么電路模塊，必須明確該數(shù)字系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)什么功能，再具體一點(diǎn)細(xì)分到各個(gè)功能模塊。此時(shí)的設(shè)計(jì)圖形式象為模塊框圖，可以使用visio或其他繪圖軟件基于。這個(gè)環(huán)節(jié)特有內(nèi)松外緊，但十分，只不過(guò)參照產(chǎn)品需求啊,設(shè)計(jì)大的模塊和指標(biāo)時(shí)，前提是要結(jié)合實(shí)際情況，不然的話到后期會(huì)經(jīng)歷無(wú)盡的次返工甚至連不能都沒有達(dá)到預(yù)定啊指標(biāo)。像是由高望重，見多識(shí)廣的工程師接受總體設(shè)計(jì)。

2、定義好各個(gè)模塊之后，接下來(lái)就是具體看實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。畢竟硬件描述語(yǔ)言的存在，我們也可以很輕易地的通過(guò)硬件描述語(yǔ)言來(lái)“寫”出模塊的實(shí)現(xiàn)方法方法，在本次實(shí)驗(yàn)中，我不使用的是VerilogHDL。具體看代碼的復(fù)雜程度和模塊的復(fù)雜程度有關(guān)，我在這回實(shí)驗(yàn)中采用的是“八位格雷碼計(jì)數(shù)器”電路設(shè)計(jì)。

3、成功“八位格雷碼計(jì)數(shù)器”的Verilog代碼后，是需要對(duì)該設(shè)計(jì)參與“前仿真”。有所謂前仿真，主要注意是是為驗(yàn)證代碼是否是描述錯(cuò)誤的，是否需要真正的實(shí)現(xiàn)了所規(guī)劃設(shè)計(jì)的功能。象在用modelsim軟件進(jìn)行仿真模型，仿真設(shè)計(jì)成功再次進(jìn)入下一階段，不成功了則是需要前往可以修改代碼。

4、前仿真成功了后，早有了功能錯(cuò)誤的的Verilog設(shè)計(jì)代碼，此時(shí)可以不將代碼上網(wǎng)下載到FPGA板上進(jìn)行驗(yàn)證（Quartus，JTAG），驗(yàn)證成功了則可以證明此設(shè)計(jì)正確的確認(rèn)無(wú)誤后。相對(duì)于某些集成度要求不高且時(shí)間相當(dāng)害怕的數(shù)字電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這個(gè)可以再在用FPGA來(lái)利用芯片功能。很顯然，F(xiàn)PGA這種通用器件是肯定不能行最簡(jiǎn)形矩陣高板載顯卡、超低功耗、清潔液性高ASIC設(shè)計(jì)需求的，只能用于較為簡(jiǎn)單點(diǎn)和粗獷的設(shè)計(jì)。

5、接下來(lái)的直接進(jìn)入后端流程。正當(dāng)此時(shí)不需要膠的服務(wù)器包括價(jià)格高昂的EDA工具支持。這也我想知道為什么硬件技術(shù)入了門較難的原因之一，假如一個(gè)也沒所接觸過(guò)軟件編程的有志青年立志要做做軟件工程，象一臺(tái)電腦，一本書就就夠，最少再買個(gè)正版編譯器（VS，Eclipse，DW等），只不過(guò)去做硬件電路設(shè)計(jì)，一臺(tái)電腦一本書起碼學(xué)畫畫PCB。要做最核心的部分，需要在用功能強(qiáng)大的服務(wù)器和價(jià)格貴得要命的EDA工具，而且其它的PC電腦負(fù)擔(dān)不起“后端綜合考”的工作需求。而且大量linux下的復(fù)雜操作也會(huì)使人卻步。

6、馬上準(zhǔn)備好后端平臺(tái)后，就可以將“八位格雷碼計(jì)數(shù)器”扔到平臺(tái)里，正在此時(shí)馬上必須決定的問題是在用什么元件庫(kù)在內(nèi)什么工藝？只不過(guò)同時(shí)一個(gè)與非門，有所不同元件庫(kù)有有所不同利用細(xì)節(jié)，MOS管細(xì)節(jié)可能會(huì)都大不相同，別外又要確定工藝，這些工藝的文件依附于相關(guān)廠家（TSMC，CSMS等），這都是個(gè)人不能做后端的原因之一——只不過(guò)你完全不可能以自己的名義向臺(tái)積電好好商量工藝庫(kù)文件，要知道以及一個(gè)涉世未深，無(wú)錢無(wú)術(shù)的初學(xué)者，你是沒能樂觀自信的和人數(shù)上萬(wàn)、資金上億的工藝廠簽定合同的。經(jīng)由親自炒篩選后（更多情況下是沒得選），可以確定你想在用的工藝。在本次實(shí)驗(yàn)中，我建議使用的是實(shí)驗(yàn)室學(xué)長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)過(guò)的元件庫(kù)，在內(nèi)TSMC0.18um工藝，EDA工具為Cadence IC 614。 7、經(jīng)過(guò)一系列配置之后，“八位格雷碼計(jì)數(shù)器”早就成為了三個(gè)浩大的工程文件，我建議您常規(guī)TCL腳本文件進(jìn)行配置。然后就可以接受RTL級(jí)綜合。所謂RTL級(jí)看專業(yè)，雖然是指將Verilog代碼“改寫”為綜合工具（我可以使用的是Encounter）所能不識(shí)別的Verilog代碼。通俗一點(diǎn)的講，這個(gè)類似于將“文言文”英文翻譯為“白話文”，也類似C語(yǔ)言中的“編譯”，還沒有有高級(jí)語(yǔ)言翻譯為匯編代碼。當(dāng)然，理論上可以不直接寫一段RTL級(jí)代碼，但這就和再寫匯編語(yǔ)言差不多，復(fù)雜程度非同一般。

8、RTL級(jí)綜合類成功后，接下來(lái)將RTL Verilog導(dǎo)入Encounter接受唯一的后端綜合類。導(dǎo)入RTL代碼后，還要那就證明標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的LEF文件，并定義電源和地的線名。此時(shí)不需要一個(gè)MMMCconfig配置，流程煩雜，要注意是配置相關(guān)文件和器件狀態(tài)（TT、SS、FF等）。

9、能完成導(dǎo)入配置，接下來(lái)的是芯片布局設(shè)計(jì)，即Floorplan。Floorplan不需要設(shè)置一些基礎(chǔ)參數(shù)，如芯片的長(zhǎng)寬（面積），帶走管腳的空間，芯片利用率等。長(zhǎng)寬比我建議你為0.2-5，奇怪電路利用率0.85，象電路利用率0.90，電路圖利用率0.95。

10、POWER計(jì)算，得以為據(jù)布置電源線路，通常為ring和stripe。比如，某數(shù)字電路芯片功耗為55mW，提升系統(tǒng)冗余量到2倍左右，電腦設(shè)計(jì)為100mW，遵循1.8V供電，電流約為60mA，也就是總電源線為60u，要是每條線10u，則六條電源線，左右兩側(cè)各一條，中間四條。Encounter中有一類的布線配置器。布線施工之后，也可以先Apply，后再可以撤銷剛開始嘗試。

11、布置IO管腳。要是提前沒有導(dǎo)入IO，也可以恢復(fù)導(dǎo)入（TCL），也這個(gè)可以讓其調(diào)整。

12、Pre-Place，畢竟Verilog中來(lái)講有很多的module，每個(gè)module對(duì)應(yīng)一個(gè)布局模塊，布局時(shí)應(yīng)當(dāng)由再注意一些布局原則。布局時(shí)像是簡(jiǎn)單的移動(dòng)鼠標(biāo)就這個(gè)可以。“八位格雷碼計(jì)數(shù)器”是因?yàn)槲ㄓ幸粋€(gè)module，因此不是需要急切的布局。

13、布局是一個(gè)斷的直接修改和改進(jìn)之處的過(guò)程，Pre-Place之后通過(guò)Place，之后進(jìn)行之后Post-Place。Place之后，要參與時(shí)鐘樹綜合考（CTS），時(shí)鐘樹看專業(yè)的目的是為了讓每個(gè)信號(hào)都在約束的時(shí)間內(nèi)傳輸信號(hào)到下一個(gè)時(shí)序單元，不然會(huì)對(duì)芯片的主頻產(chǎn)生影響（主頻是在設(shè)計(jì)前就定過(guò)來(lái)的指標(biāo)），然后把在Post-CTS對(duì)不條件符合時(shí)鐘約束的部分通過(guò)布線調(diào)整。

14、布局之后進(jìn)行電源布線，即Route，是對(duì)特殊能量還布線施工必須并且SRoute，然后把并且Post-Place，這些步驟某種程度上是“點(diǎn)按鈕”和“配參數(shù)”，但后端綜合考時(shí)你必須有清醒過(guò)來(lái)的頭腦，要很清楚為什么不要點(diǎn)這些按鈕，和該配置什么參數(shù)。

15、布局布線當(dāng)經(jīng)過(guò)一次迭代，IO管腳配置好后，是可以Fill全圖，用各層金屬覆蓋未使用的區(qū)域。單個(gè)“八位格雷碼計(jì)數(shù)器”是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，芯片未覆蓋區(qū)域減小。

16、眼下，Encounter內(nèi)的后端綜合類就結(jié)束了，可以導(dǎo)出（export）成GDSII格式的網(wǎng)表，以及就是為了做DRC，LVS檢查，也是需要“Netlist”成schematic（電路原理圖）的格式。

17，將后端綜合考的GDSII文件文件導(dǎo)入（Streamin）到Virtuoso里。Virtuoso是一個(gè)用于模擬真實(shí)集成電路設(shè)計(jì)的軟件。將GDSII文件導(dǎo)入到該軟件主要有兩個(gè)目的，一是也可以在Virtuoso里做“后仿真”，驗(yàn)正經(jīng)后端偏文科類的一系列流程之后，概念芯片是否是能不滿足設(shè)計(jì)需求，此時(shí)的仿真就已經(jīng)判斷到了延時(shí)，電阻，功耗等求實(shí)際存在的問題，如果仿真時(shí)出現(xiàn)了問題，必須通過(guò)返工如何修改，必要的話時(shí)要原先信號(hào)完整性分析。當(dāng)“后仿真”是從后，還要對(duì)該芯片進(jìn)行DRC和LVS檢查，DRC是欄里點(diǎn)是否需要滿足所選工藝的要求，是因?yàn)樵谇髮?shí)際情況下，一些理論上的值是不現(xiàn)實(shí)的，.例如過(guò)細(xì)的線難以生產(chǎn)出來(lái)，柵極間的距離過(guò)短可能會(huì)會(huì)造成電源短路，導(dǎo)線和各金屬層之間的電容會(huì)影響不大電路功能等。LVS是比較比較layout和Schematic之間的拓?fù)湫畔⑷绾未_定不一致。二是可以不方便啊以后做數(shù)?；旌闲酒O(shè)計(jì)時(shí)接受水的混合物設(shè)計(jì)，是因?yàn)槟M集成電路的是真接在Virtuoso中并且的，兩者最后結(jié)合在一起，就也可以參與數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計(jì)。

18、接受完檢查之后，就也可以與工藝需要提供廠家直接聯(lián)系并且加工了，如TSMC。就像加工不需要跟上來(lái)企業(yè)的業(yè)務(wù)流程?？偣苍?月左右，芯片加工能完成，然后直接進(jìn)入測(cè)試出來(lái)環(huán)節(jié)。焊接，試驗(yàn)，驗(yàn)證驗(yàn)證芯片指標(biāo)，包括提出來(lái)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。

至此，一個(gè)數(shù)字集成電路從概念到實(shí)物的整個(gè)流程就能完成了，每邁一步都值得去愛研究和再回味，從二四譯碼器到緊張的CPU，其流程是基本上差不多的。當(dāng)經(jīng)過(guò)研一上一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，我也基本上手中掌握了這個(gè)流程。以后會(huì)越來(lái)越很努力的在本專業(yè)方向繼續(xù)前進(jìn)，重視培養(yǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

DAC和ADC的轉(zhuǎn)換精度取決于什么？

sigmadeltaDAC象和插值濾波器，sigma-delta調(diào)制器（其是真包含數(shù)字積分器、數(shù)據(jù)量化器的和反饋回路的模塊），開關(guān)電容DAC（高精度的有），模擬低通濾波器。工作原理為：輸入輸入的高精度數(shù)字信號(hào)，按照插值濾波變?yōu)楦卟蓸勇实母呔葦?shù)字信號(hào)，然后把-delta調(diào)制器調(diào)制成低精度的高采樣率的數(shù)字信號(hào)（sigma-delta調(diào)制器中有有量化器，其作用是對(duì)可量化噪聲的高通濾波，讓可量化噪聲其分布在高頻處，而在輸入信號(hào)的帶寬內(nèi)一直保持較高的信噪比），然后把按照開關(guān)電容DAC轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，之后通過(guò)模擬低通濾波器濾掉低頻率分量，輸出。

sigmadeltaADC像是除開反混頻濾波器，sigma-delta調(diào)制器（其是中有離散化方法時(shí)間積分器、數(shù)字量化器、DAC、反饋回路的模塊），抽樣濾波器。工作原理為：對(duì)輸入輸入的模擬信號(hào)，并且反混頻濾波，然后再鍵入到sigma-delta調(diào)制器調(diào)制成低精度高采樣率的數(shù)字信號(hào)，后再按照抽樣濾波器 低采樣率高精度的數(shù)字信號(hào)。