没有幻灯片标题

应用DSCH及MICROWIND的ASIC设计举例一个家用定时器ASIC的设计全过程

编写与制作人

田良

东南大学无线电系

定时器原始技术指标?系统规范描述要求设计具有如下技术指标的ASIC 芯片：

1. 定时范围：0 ~ 60分钟；分辨率：1 分钟

2. 主要用途：家庭厨房、文教卫生等；

3. 芯片功耗：工作状态≤10 mW

休眠状态≤2 mW；

4. 芯片面积：约1.5 mm ×1.5 mm；

5. 工作速度：≤50 kHz

6. 工作环境：常温；

7. 制造工艺：2μm n 阱单铝CMOS；

8. 封装形式：双列直插，塑封；

9. 预计成本：4.60元/片( 产量> 16000片)；

10. 引脚：24脚，其排列如图1-1-1所示；

11. 外围电路: 所设计的定时器ASIC芯片加上少量的外围元

件即可装配出一个实用的家用定时器。其外围电路和芯片

的连接如图1-1-2所示。MASK Design flow

图1-1-1 定时器引脚图

图1-1-2.定时器芯片的外围电路连接图

外围元器件要求：

1．元器件值：

晶振频率为32768Hz

Cs=20pF Ct=4-35pF(可调)

R=1.5kΩ Rf=22MΩ Rs=150kΩ

2.显示器为两位液晶显示器，适用于有光照条件下使用；

3．按键为常开触摸式开关；

4．电源采用三节1.5V5号电池；

5．蜂鸣器作为发声器件。

spec

下面讨论应用

DSCH与MICROWIND设计定时器

的

设计流程

VLSIC 的设计流程

系统状态图与模块图

五个模块

1. 计数器

2. 时钟

3. 译码

4. 置数/断电

5. 声响

逻辑设计

(含验证)

各个模块的具体电路设计(含验证)

画版图

设计验证(版图级模拟)

定时器ASIC 的设计流程

定时器技术指标的工程化描述

?对用户需求、市场前景以及互补产品进行充分调研与分析；

?对设计模式和制造工艺的选择进行认证；?最终目标是用工程化语言将待设计系统的技术指标、功能、性能、外形尺寸、芯片尺寸、工作速度与功耗等描述出来，形成这一步的设计文档。第一步:

系统规范描述

Spec

Design

Flow

第二步:系统的功能设计

这一步是在行为级上将定时器的功能与系统的各个子模块的关系正确而完整的描述出来。最终得到两个设计文档：定时器的功能状态转移图以及实现各种功能所需要的各个子模块及其相互联系图(要反映出模块间和模快与外部的通讯关系) 。

Design

Flow

第三、四步:逻辑设计和电路设计逻辑设计的主要任务是得到一个实现系统功能的逻辑结构，并对它进行模拟，验证其正确性。设计中采用逻辑图来表示系统的逻辑结构。

电路设计的任务是将逻辑部件细化到由各个基本门电路互连的结构，进而细化到由晶体管互连的电路结构，通常采用详细的电路图来表示设计结果。我们用DSCH 软件来完成逻辑设计与电路设计。DSCH软件能够进行逻辑图与电路图的输入与模拟验证。

COUNT60的逻辑设计和模拟验证

时钟发生电路的逻辑设计与模拟验证

声响电路的逻辑设计与模拟验证

译码电路的逻辑设计和模拟验证

置数、断电电路的逻辑设计与模拟验证

COUNT60计数器逻辑图

C O U N T60加减计数功能测试波形图

C O U N T60实现再次加计数功能的测试波形

D 触发器

T 触发器

Design flow

第五步:

版图设计

版图设计的任务是根据逻辑和电路功能的要求和工艺制造的约束条件(线宽,间距等.反映在设计规则中)来设计掩模图.在Microwind 环境下步骤如下:

1.做布图规划(floorplanning);

2.单元电路与模块的设计与验证;

3.生成具有压焊块环带的空白芯片图;

4.按布图规划将设计好的单元电路与模块放置到空白芯片上;

5.连线并进行设计规则检查与模拟测试,发现错误随时修正.通常按模块一个一个地在4、5两步间循环,直到整个系统完成.最后还要做总体模拟测试.

6.将测试通过的版图文件转换为CIF 或GDSII 文件,提交给集成电

路制造工厂.

Design Flow

1.版图布局规划

Floorplanning

表4-2-1、芯片各部分所占面积比率

项目占整个芯片面积百分数

M O S 单元30 %

电路间连线40 %

焊盘、电源和地线30 %

由上表和设计电路图的规模可以估计出各模块的芯片面积。COUNT60模块的总面积约为230000μm2。

时钟发生电路(CP)总面积约为330000μm2。

声响电路总面积约为47000μm2。

译码电路总面积约为160000μm2。

置数、断电电路总面积约为12700μm2。

整个系统所占面积约为780000μm2。

(1mm2芯片的面积为1000000μm2。)

2

图4-1-18、输入保护电路图图4-1-19、输出缓冲电路

D

触

发

器

的

版

图

与

电

路

图2

2.D触发器模拟测试波形图

T

触

发

器

的

版

图

与

电

路

图2

2.COUNT60 模块版图