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1、第八章專用集成電路和可編程集成電路8.1專用集成電路的作用與特點8.2門陣列集成電路8.3標(biāo)準(zhǔn)單元集成電路8.4多設(shè)計項目硅圓片方法8.5可編程邏輯器件8.6邏輯單元陣列8.7門陣列、標(biāo)準(zhǔn)單元與可編程集成電路的比較8.1專用集成電路的作用與特點專用集成電路(ASIC)被認(rèn)為是用戶專用電路(customspecificIC)，即它是根據(jù)用戶的特定要求．能以低研制成本、短交貨周期供貨的集成電路。它最主要的優(yōu)點在于：(1)可減少系統(tǒng)上總的芯片數(shù)目，因為一個新的ASIC芯片可以替代印刷電路板上一組通用的標(biāo)準(zhǔn)IC產(chǎn)
2、品；(2)有較高的性能，由于是專門為某一種應(yīng)用而設(shè)計的，因此可以得到優(yōu)化的設(shè)計；(3)可增加一些特殊的功能，這些特殊的功能是其他公司的產(chǎn)品所不具有的，而付出的代價并不大；(4)增加設(shè)計的保密性，如果采用通用的IC產(chǎn)品則很容易被別人所抄襲。8.1專用集成電路的作用與特點采用ASIC后，對整機系統(tǒng)的制造也會帶來明顯的效益：(1)減少了印刷電路板的數(shù)目，可明顯地節(jié)省系統(tǒng)購體積和重量；(2)增加了系統(tǒng)的可靠性；(3)減少了總的功率耗散，因而可用較小的電源設(shè)備；(4)由于減少了芯片之間的連接，因而可增加系統(tǒng)的工作速
3、度。此外，系統(tǒng)尺寸、重量以及功耗的減少可進一步降低系統(tǒng)在外殼和冷卻方面的成本。ASIC可以說是市場競爭的產(chǎn)物，因而ASIC通常不采用設(shè)計周期很長、設(shè)計成本很高的全定制設(shè)計方法，而往往采用半定制的門陣列IC、定制的標(biāo)準(zhǔn)單元IC，或者直接使用可編程邏輯器件糊可編程邏輯單元陣列由用戶自己通過編程來實現(xiàn)。8.2門陣列集成電路門陣列(gatearray)包括數(shù)字電路門陣列和線性陣列(lineararray)兩大類。前者簡稱為門陣列，它又分為有通道門陣列(常稱為門陣列)及無通道門陣列(或稱門海)兩種。門陣列從。嚴(yán)格的
4、意義上講，應(yīng)稱為晶體管陣列。它是預(yù)先在芯片上生成由基本單元所組成的陣列，即完成了連線以外的所有芯片加工工序。設(shè)計時是調(diào)用門陣列庫，根據(jù)電路要求完成布局布線。再送去工廠完成最后的連線等工序。8.2.1TTL有通道門陣列典型的有通道門陣列的基片結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。單元被排列成行，行與行(列與列)之間留有作為這線用的通道區(qū)，通道區(qū)的高度是固定的。這就是“有通道門陣列”這一名詞的來由。為了保證單元之間的布線具有100％的布通率，需要有較寬的通道，因這會導(dǎo)致無用的走線區(qū)域，因而浪費硅面積。門陣列的另一特點是在基片的
5、四周，有固定數(shù)目的輸入／輸出單元和壓焊塊。門陣列可以有單層布線和雙層布線。如果只允許單層金屬布線，當(dāng)垂直線段為金屬時，則水平線段必須采用多晶硅。如果有雙層布線時，則兩層金屬之間通過通孔(via)相連。8.2.1TTL有通道門陣列8.2.1TTL有通道門陣列門陣列的各單元中包含有規(guī)則的和重復(fù)的晶體管，在雙極型門陣列中還包含有電阻。在CMOS門陣列中，典型的基本單元為2個P溝晶體管和2個N溝晶體管，如圖8-2。門陣列具有相同的單元，但可以通過不同的連接來獲得不同的功能。如采用圖8.2的兩個基本單元就可以形成一
6、個3輸入端的與非門，見圖8-3。圖中有×號的為第一層金屬的接觸孔。有+號的為第一層金屬與第二層金屬之間的通孔(via)。需要更復(fù)雜功能的時候可以采用多個基本單元。實際上在門陣列的數(shù)據(jù)手冊中已經(jīng)給出了一些基本邏輯單元和功能塊的內(nèi)部連線圖(也稱為宏單元)，因而設(shè)計者并不需要解決單元和功能塊內(nèi)部的連線問題(實際上也不可能改變)，而只要處理各基本邏輯單元或功能塊之間的連線。8.2.1TTL有通道門陣列8.2.1TTL有通道門陣列8.2.1TTL有通道門陣列由于芯片內(nèi)的各單元是相同的，通道的高度是固定的，輸入／輸出
7、單元和壓焊塊的數(shù)目也相同，因此可以采用統(tǒng)一的掩模版，并可完成連線以外的所有芯片加工工序(也就是金屬化以前的所有工序)，這樣就可以大批量生產(chǎn)。可以把加工后的芯片儲存起來，在需要時，從中取出一部分加以“單獨處理”。當(dāng)然門陣列；芯片供應(yīng)商為了適應(yīng)不同規(guī)模電路的需要，設(shè)計和制作了不同規(guī)格(含有不同數(shù)目的單元、不同數(shù)目的I／O單元及壓焊塊、不同的通道尺寸)的系列基片供用戶使用。8.2.1TTL有通道門陣列所謂的單獨處理就是根據(jù)電路的要求。進行邏輯門的布局和門之間的布線。這時就需要單獨設(shè)計和制作用于接觸孔相連線的掩模
8、版。對于單層布線工藝，只要設(shè)計2塊掩模版(一塊用于接觸孔，另一塊用于金屬布線)；對于雙層布線，則需要4塊掩模版(一塊為接觸孔，一塊為通孔，另兩塊分別為第一層金屬和第二層金屬)。采用雙層金屬布線方案可以得到更緊湊的布圖，出而有較小的芯片面積。門陣列可以采用各種電路技術(shù)，如STL，ECL、TTL和CMOS等，但CMOS用得更普通。8.2.1TTL有通道門陣列門陣列；芯片的規(guī)模通常用有多少個等效輸入門來表達。這里的等效輸入門是指2輸
