模拟电路课件北航自动化unit1

电子电路设计训练课程安排：模拟部分（1-8周）&数字部分（9-16周）模拟部分：7次课程，4次实验公共邮箱：buaaeda@126.comKey：edaeda电子电路设计训练课程内容：集成电路及其产业发展Eda软件的发展历程Pspice语言Multisim软件的使用若干设计实例电子电路设计训练先修课程：电路分析模拟电子技术基础数字电子技术基础信号与系统电子电路设计训练考核方式：模拟和数字各占50分模拟部分：考试50%实验50%（完成实验35%+实验报告15%）ViewofEDA申晶新主楼f504SimulatingPartUnit1IC的发展带动EDA的进步IC的生产由设计、制造、封装业组成设计封装制造集成电路发展历程1950年：结型晶体管诞生；1951年：场效应晶体管发明；1958年：集成电路产生，开创了世界微电子学的历史；1962年：MOS场效应晶体管发明；1963年：首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺；集成电路发展历程1963年：首次提出CMOS技术，今天，95%以

上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺；1966年：美国RCA公司研制出CMOS集成电路并研制出第一块门阵列（50门）；1971年：Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大规模集成电路出现；1978年：64kbDRAM诞生，不足0.5cm2的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；1988年：16MDRAM问世，1cm2大小的硅片上集成有3500万个晶体管集成电路发展历程1989年：486微处理器推出，25MHz，1μm工艺，后来50MHz芯片采用

0.8μm工艺；1993年：66MHz奔腾处理器推出，采用0.6μｍ工艺；1995年：PentiumPro,133MHz，采用0.6-0.35μｍ工艺；1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世，采用0.25μｍ工艺；1999年：奔腾Ⅲ问世，450MHz，采用0.25μｍ工艺，后采用0.18μm工艺；集成电路发展历程2000年：奔腾4问世，1.5GHz，0.18μｍ工艺；2001年：Intel2001年下半年采用0.13μｍ工艺；2003年：奔腾4E系列推出，采用90nm工艺；2005年：intel酷睿2系列上市，采用65nm工艺；。2007年：基于全新45纳米High-K工艺的intel酷睿2E7/E8/E9上市。2009年：intel酷睿i系列全新推出，采用的32nm工艺；2011年底，intel14nm制程工艺芯片已经完成设计计划2012一季度开始生产下一代22纳米工艺IvyBridge架构处理器

摩尔定律

摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登•摩尔（GordonMoore）提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，而价格下降一半；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两番。这一定律揭示了信息技术进步的速度。世界集成电路发展世界集成电路产业一直以3-4倍于国民经济增长速度发展。每年均增长17％。世界超大集成电路生产的主流工艺水平是直径为12英寸(300mm)硅晶圆片，光刻精度（特征尺寸）为0.13微米，已达到22nm、18英寸（450mm）水平。衡量集成电路产业技术水平的两个重要参数是:

晶圆直径

特征尺寸世界最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的元器件数量已经超过1亿个。向SOC（SystemonChip)发展IC发展速度1959197020002005特征尺寸um2580.180.13硅片直径mm530200300电源V5533集成度61031081010MPU主频Hz800k1G5GDRAMbit1k1G3G管子价格$100.310-610-8世界IC市场Intel(美)297.5；Toshiba112.1；NEC110.8；Samsung108.0；TexasInstrument91.0；Motorola80.0；STMicroelectronics(意法)79.5；Hitachi（日立）72.8；Infineon（德）67.2；MicroTE（美）63.1；SUM1087.8亿美元2000年世界IC市场总销售额达到＄2044亿中国IC的发展2002年，市场销售额4862.5亿元，2007年，市场销售额5623.7亿元主要芯片制造厂家国内投资建设生产线8英寸线有6条，14英寸的在建中芯国际，上海宏力，上海华虹，上海先进半导体，无锡华晶上华，上海贝岭，北京首钢日电，绍兴华越计算机类、消费类、网络通信类三大领域占中国集成电路市场的88.1%集成电路生产主要流程需求设计材料（单晶硅等）掩膜版芯片制作芯片检测封装测试硅棒硅片切片IC制造过程硅片测试键合光刻、注入、扩散、刻蚀芯片封装划片芯片测试刻蚀后的硅片成品绝热层炭加热部件石英坩锅熔融多晶硅单晶硅籽晶CZ拉单晶炉晶圆

图中从左到右分别是450mm（18英寸）、300mm（12英寸）和200mm（8英寸）的晶圆，其中只有8寸为晶圆实物，18寸和12寸皆为比例模型。投影掩膜版承载台透镜（缩小版图）曝光（聚焦、对准、曝光、步进）对准激光快门（曝光时打开）UV光源光刻过程zyx硅片掺杂离子束离子注入机Xj结深离子注入掺杂硅片掩蔽层掩蔽层扩散掺杂扩散杂质掩蔽层掩蔽层硅片键合引线键合压点芯片用环氧树脂粘在底板上引线框架管脚芯片封装ABC封装CEp-硅衬底n+Pn+掺杂形成p型衬底B重掺杂形成n型区BipolarDevicenpnn+n+PwellSilicon增强型n沟道MOSFETMOSFETGateDrainSourceSiO2金属金属多晶硅VGG=0.7VVDD=3VInvertedlayerchannelGateDrainSourceSubstrateVGGVDDCMOSn+

n+

P阱Vss

SGD金属场氧化层n型硅衬底p+

p+

n型硅衬底VDD

DGSP阱n+n+SDp+VssVDDSDp+GG多晶硅+VDD-VSSOutputInput反相器ASIC

ApplicationSpecificIntegratedCircuit设计输入前仿真后仿真布局布线流片FullCustomFPGAIC厂家负责模拟与数字电路的仿真

模拟：SPICE；PSPICE数字：VHDL；VerilogHDL

Full-Custom;Semi-Custom

半定制：厂家提供半成品母片（GateArray；StandardCell）FPGA（FieldProgrammableGateArray）仿真语言（硬件描述语言HDL)Spice晶体管/门级语言；

VHDL、Verilog行为级语言；可描述复杂的数字器件的逻辑行为具有模－数混合仿真

模拟用SPICE算法，数字用HDLProtel里的Sim模块；Workbench里的MultisimPLD70年代推出，采用熔丝编程，阵列结构80年代Lattice推出GAL（通用阵列逻辑genericarraylogic），采用E2PROM工艺85年Xilinx推出FPGA（现场可编程门阵列fieldprogrammablegatearray），采用单元结构CPLD（复杂可编程逻辑器件ComplexProgrammableLogicDevice）由Altera推出EDA平台下载设计处理（综合、优化、布局、布线）功能仿真时序仿真在线测试电路输入（原理、HDL、波形）Top-Down设计系统级描述功能级描述功能仿真门级描述时序仿真EDA工具由公司自己推出：Altera的MAX＋PLUS，Xilinx的Foundation，Lattice的ispDesignEXPERT由第三方推出：Cadence，Synplify,Viewlogic,EWB,SystemView,Protel中国华大推出Panda2000，AetherEDA软件之争形成CADENCE，SYNOPSYS两强相争CADENCE强项在布局布线，SYNOPSYS强项在逻辑综合，仿真SN