集成电路反向设计实验

1、集成电路反向设计实验实验目的：掌握集成电路解剖的原理和方法；掌握集成电路反向分析的方法；了解集成电路反向设计的基本步骤。实验原理：反向设计是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉，可用来验证设计框架或者分析信息流在技术上的问题，也可以助力新的芯片设计或者产品设计方案。 1反向设计流程反向设计的流程如下：(1)提取横向尺寸打开封装，进行照相(把电路产品放大数百倍分块照相，提取集成电路的复合版图)；n 打开外壳：用浓硫酸等方法打开塑料封装，露出管芯；n 芯片拍照：用光学显微镜进行排照，得到管芯外观图；n 去掉钝化层，拍照，得到金属连线

2、图；n 去掉金属层和绝缘介质层，拍照，得到下层金属或多晶硅版图；n 若为多层布线，重复上一步骤，得到各层版图；n 去掉所有外部各层，露出硅表面，染色区分p和n区，拍照。 拼图(把照片拼成整个产品的复合版图)； 由产品的复合版图提取电路图、器件尺寸和设计规则； 进行电路模拟，验证所提取的电路是否正确； 如果模拟正确，可以着手画版图。 (2)提取纵向尺寸 用扫描电镜，扩展电阻仪等提取氧化层厚度、金属膜厚度、多晶硅厚度、结深、基区宽度等纵向尺寸和纵向杂质分布。(3)测试产品的电学参数 电学参数包括阈值电压，又称开启电压（VT）、薄膜电阻，又称方块电阻（R）、电流放大倍数（）、特征频率（fT）等。然后

3、，在(2)和(3)的基础上确定工艺参数，制订工艺条件和工艺流程。已出现与计算机联网的显微镜，无需照相可直接进行版图分析。从版图中提取出电路图，进行仿真及功能分析、结构修改后，又转入正向设计。详见下表。自顶向下 由底向上 正向设计 行为设计结构设计逻辑设计电路设计版图设计系统划分、分解单元设计功能块设计子系统设计系统总成 反向设计 版图解析电路图提取功能分析结构修改逻辑设计电路设计版图设计 版图解析电路图提取功能分析单元设计功能块设计子系统设计系统设计 2反向设计软件集成电路的分析再设计全流程应包括：芯片和图像的预处理、网表和版图数据提取以及验证和再设计三部分。Filmshop和CLF系统不仅把

4、三部分有机的结合起来，而且能够完成数字电路、模拟电路、数模混合以及ROM区码点等各种类型芯片的分析和再设计，因此，它们提供的是完美的解决方案，它不但能够满足各种电路类型的设计要求，而且可以极大地提高了工程师的分析效率和质量。 网表提取标准流程利用网表提取器ChipLogic Analyzer能够提取得到芯片的网表数据，并以标准格式（Verilog、SPICE和EDIF）输出。软件提供的线网自动提取算法和单元自动搜索算法可以很大程度地减少手工操作的工作量。同时，软件简化了引线孔、接触孔的放置操作，使得网表提取的效率大大提高。 ChipLogic Analyzer导出的是平面化的网表数据，如果要透

5、彻了解其设计思想和设计方法，我们可以利用逻辑功能分析器ChipLogic Master将平面化网表整理成为层次化描述的网表数据。ChipLogic Master提供了方便易用的宏单元辅助定位和功能强大的自动电路图子图搜索功能，可辅助工程师快速、准确的分析平面化网表数据。同时，在功能分析过程中，用户还可定位并修正网表提取错误。 网表提取和功能分析的标准流程如下图所示： 版图提取标准流程 ChipLogic Family 提供的版图编辑器ChipLogic Layeditor支持数字电路和模拟电路的版图提取。利用ChipLogic Layeditor，用户能够参照芯片图像提取忠实于原芯片的版图数据

6、。与ChipLogic Analyzer类似，本软件同样提供了线网自动提取算法和单元自动搜索算法来提高分析效率。 ChipLogic Layeditor可导出标准格式的版图文件（GDSII和CIF）；另外，该软件还支持单元内部编辑功能，从而能够生成层次化版图。利用ChipLogic Layeditor还可导出网表数据，软件根据版图层的连接关系可以输出对应的网表。该软件提供了联机的电学规则检查（ERC）用来检查连接错误。本软件还将在近期提供联机设计规则检查（DRC）功能和对不同工艺参数的版图修改支持。 版图提取和功能分析的标准流程如下图所示： 版图提取高精度流程 为进一步提高版图数据的准确度，可

7、以采用两组人员同时进行数据提取：其中一组人员利用ChipLogic Layeditor提取标准版图数据；另一组人员利用ChipLogic Analyzer提取网表数据，然后通过LVS校验来提高准确度。 由于在ChipLogic Analyzer进行的网表编辑实际上编辑的是概要版图（所有引线和通孔等数据没有宽度），它对标准版图的提取做了大量简化和操作优化，工作量较小。因此该流程在增加较小工作量的代价下，能够极大地提高版图提取的准确度，同时也能获得高精确度的网表数据。 版图提取和功能分析的高精度流程如下图所示： 3反向分析方法 版图提取所遵循的一般原则 电源（包括VDD和GND）一般在版图上是最粗

8、的、最长的、分布最广的布线，一般整个芯片周围一圈由电源包围； VDD与GND对称排列； 电源上不连接保护二极管； CMOS工艺中PMOS管S接VDD，NMOS管S接GND； PMOS管W/L是NMOS管的23倍； CMOS集成电路中由PMOS管组成上拉网络，NMOS管组成下拉网络。 多个NMOS管串连，PMOS管并联为“与非”的关系； PMOS管串连，NMOS管并联为“或非”的关系； 输入端接有ESD保护二极管； 输出端有较大W/L的管子组成的反相器，以增加驱动能力。 W/L中L为沟道长度，即源和漏间距离；W为沟道宽度，也是栅长，即源和漏的相对边长。 染色后P区发暗，N区发亮； 为简化布线会采用有源区做桥联电阻； PAD顺序与封装后外部引脚顺序一致。电路提取方法 先判定电源； 在判定输入、输出； 根据芯片的datasheet和PAD排列顺序确定各引脚功能； 由输入或输出端按信号流动方向逐级推导出电路连接； 画电路图时VDD在上，GND在下，NMOS管靠下，PMOS管靠上放置； 版图中会有一些无用连接，在电路图中不用画出； 可以在版图上标注结点或符号辅助电路提取；实验内容：a. 对所给芯片进行去壳、去层、染色，并拍照；b. 对所拍照片进行拼接，得到各层完整版图；c. 对照照片进行分析，得到芯片电路原理图；d. 用EDA软件进行电路图的绘制及模拟仿真；e. 用E