集成电路设计规则
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集成电路设计规则范文第1篇
在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程，一方面，这些专业的学生有电子电路基础知识，又有自己本专业的知识，可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片，非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作，这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域；另一方面，对于这些专业学生的应用特点，不宜也不可能开设微电子专业的所有课程，也不宜将集成电路设计阶段的许多技术（如低功耗设计、可测性设计等）开设为单独课程，而是要将相应课程整合，开设一到二门集成电路设计的综合课程，使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程，也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此，在课程的具体设置上，应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展，采用EDA工具进行电路辅助设计，已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此，在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上，了解和掌握相关设计工具，是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中，既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践，又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习，一方面，学员掌握了一项实实在在有用的技术；另一方面，学员了解了该项技术的更深和更新的知识，有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上，对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程，因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识，如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等，而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上，这样非微电子专业的学生能够很容易入门，提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则，信息工程大学根据具体实际，在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程，根据近两年的教学情况来看，取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容1）集成电路芯片设计概论：介绍IC设计的基本概念、IC设计的关键技术、IC技术的发展和趋势等内容。使学员对IC设计技术有一个大概而全面的了解，了解IC设计技术的发展历程及基本情况，理解IC设计技术的基本概念；了解IC设计发展趋势和新技术，包括软硬件协同设计技术、IC低功耗设计技术、IC可重用设计技术等。2）IC产业链及设计流程：介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”，以及数字IC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工，了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况，了解数字IC的整个设计流程，包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。3）RTL硬件描述语言基础：主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法，了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法，并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。4）系统集成设计基础：主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统（SoC）、片上网络（NoC）的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。
丰富的实践操作内容1）Verilog代码设计实践：学习通过课下编码、上机调试等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力，并通过给定的IP核或代码模块的集成，掌握大型芯片电路的集成设计能力。2）IC前端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法，主要包括RTL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。3）IC后端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台ICCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用ICCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法，主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制1）IC设计基本知识笔试：通过闭卷考试的方式，考查学员队IC设计的一些基本知识，如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。2）IC设计上机实践操作：通过上机操作的形式，给定一个具体并相对简单的芯片设计代码，要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台，完成整个芯片的前后端设计和验证流程。3）IC设计相关领域报告：通过撰写报告的形式，要求学员查阅IC设计领域的相关技术文献，包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等，撰写相应的专题报告。
3结语
集成电路设计规则范文第2篇
【关键词】集成电路版图；教学方法；改革
集成电路版图设计是集成电路设计的最终结果，版图质量的优劣直接关系到整个芯片的性能和经济性，因此，如何培养学生学好集成电路版图设计技术，具备成为合格的版图设计工程师的基本潜质，是摆在微电子专业老师面前的一个普遍难题。如何破解这个难题，我们做了以下探索。
一、突出实践，理论配合
传统的《集成电路版图设计》课程采取理论教育优先，学生对于版图的基本理论和设计规则非常熟悉，但动手实践能力缺乏培养，往往在学生毕业后进入集成电路设计企业还需二次培训版图设计能力，造成了严重的人力资源浪费。这是由于没有清晰的认识《集成电路版图设计》课程的性质，造成对它的讲授还是采取传统教学方式：老师讲，学生听，偏重理论，缺乏实践，影响到学生在工作中面临实际设计电路能力的发挥。《集成电路版图设计》是一门承接系统、电路、工艺、EDA技术的综合性课程，如果按照传统方式授课，课程的综合性和实践性无法得到体现，违背了课程应有的自身规律，教学效果和实用意义不能满足工业界的要求。我们在重新思考课程的本质特点后，采取了实践先行，理论配合的教学方法，具体如下：集成电路版图是根据逻辑与电路功能和性能要求，以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜图形，实现芯片设计的最终输出。版图是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图使用不同的图案来表示。我们首先讲授版图设计工具EDA软件的使用，让学生掌握EDA软件的每一个主要功能，从图形的选择、材料的配置，让学生从感性角度认识实际的版图设计是如何开展的，每一个步骤是如何使用软件完成的，整体芯片版图设计的流程有哪些规定，学生此时设计的版图可能不是很精确和完美，但学生对于什么是版图和如何设计版图有了初步的感性认识，建立起版图设计的基本概念，对于后续的学习奠定了牢实的实践基础，此时再去讲授版图设计理论知识，学生更能理解深层的工艺知识和半导体理论，真正做到了知行合一，实践先行的教育理念，对学生能力的培养大有裨益。
二、注重细节，加强引导
传统方式讲授《集成电路版图设计》理论占大部分时间，学生知道二极管、晶体管、场效应管、电阻、电容等基本元器件的工作原理和构成要素，但是在版图设计中，这些元器件为什么要这样设计，其实内心中充满着疑惑和不解。针对学生的疑惑，我们从工艺细节入手来解决这个问题。作为集成电路版图设计者，首先要熟悉工艺条件和期间物理，才能确定晶体管的具体尺寸、连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等。版图设计的规则也是由工艺来确定的，掌握了工艺也就掌握了版图设计的钥匙。我们将通用工艺文件的每一条规则向学生讲解，通用元器件的规则整理出它们的共性，最小宽度、长度、间距的尺寸提醒学生要记忆，不同芯片生产厂的工艺对比学习和研究，学生在这一系列规则的学习过程中，慢慢理解熟悉了工艺规则文件的组织构成及学习要点，能够举一反三的在不同工艺规则下，设计同一种元器件的版图，即使电路元器件的数量巨大，电路拓扑关系复杂，在老师耐心的讲解下，学生也能够依据工艺规则设计出符合要求的版图，这都是在理解了工艺规则细节的基础上完成的。所以，关注细节，加强引导，是提高学生学习效果的一个重要方法。
三、完善考核机制，争取比赛练兵
学生成绩的提高，合理完善的考核机制不可或缺。以往《集成电路版图设计》课程的考核主要是理论知识作业和课程报告，学生的学习效果和实际动手能力没有得到考核，造成不能全面评价学生的学习成绩。我们采取项目形式，全方位考核学生的学习效果。根据知识点，将通用模拟电路分成五大类，每个大类提取出经典的电路10种，使用主流芯片加工厂的生产工艺，由经验丰富的老师把它们的版图全部设计出来，作为库单元放在服务器中供学生参考。在学生充分理解库单元实例的基础上，将以往设计的一些实用电路布置给学生，要求在规定的时间内，设计出合格的版图，以此作为最终的考核结果。学生在学习课程期间，可以接触到不同工艺、不同结构的多种类电路，而且必须在规定的时间内设计出版图，这极大的促进了他们学习的积极性和时间观念。学生在设计版图的过程中，会遇到多种问题，他们会采取问老师答疑，和同学讨论的多种方式解决，不仅能督促他们平时上课认真听讲，而且对遇到的问题也能多角度思考，最重要的是他们亲自动手设计版图，将工艺、电路、器件综合考虑，在约定的时间内能力得到极大提高。老师根据学生上传至服务器中设计的不同项目版图打分，而且将每个项目的得分出具详细的报告，对学生的成绩进行点评。学生通过查阅报告，能够知道课程学习的缺点和得分项，为下一次提高设计成绩是一个很好的参考。除了日常学习设计版图项目，学生可以争取参加微电子专业的一些比赛，通过比赛体会一些具有挑战性的版图设计项目，来提高学生在实际场景下如何发挥设计能力和项目组织能力，为他们未来进入职场从事版图设计工作奠定坚实的专业能力和实际解决问题能力。
四、总结
《集成电路版图设计》课程是一门兼具理论基础和实践锻炼想结合的课程，对它的讲授不仅需要扎实的理论基础，还需合理的实践环节配合，才能取得良好的教学效果。
参考文献
[1]Christopher Saint/Judy Saint.集成电路版图基础-实用指南[M].北京:清华大学出版社,2006(10).
[2]蔡懿慈.超大规模集成电路设计导论[M].北京:清华大学出版社,2005(10.
[3]编委会.最新高等院校实验室建设与管理及教学指导手册[M].北京:中国教育出版社,2006(11).
基金项目：北方工业大学教育教学改革和课程建设基金。
集成电路设计规则范文第3篇
关键词：微电子学；实验室建设；教学改革；
1微电子技术的发展背景
美国工程技术界在评出20世纪世界最伟大的20项工程技术成就中第5项——电子技术时指出：“从真空管到半导体，集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石”。微电子技术发展已进入系统集成(SOC—SystemOnChip)的时代。集成电路作为最能体现知识经济特征的典型产品之一，已可将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能。这是一个更广义的系统集成芯片，可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。因而势必大大地提高人们处理信息和应用信息的能力，大大地提高社会信息化的程度。集成电路产业的产值以年增长率≥15%的速度增长，集成度以年增长率46%的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续地发展。2001年以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。微电子技术、集成电路无处不在地改变着社会的生产方式和人们的生活方式。我国信息产业部门准备充分利用经济高速发展和巨大市场的优势，精心规划，重点扶持，力争通过10年或略长一段时间的努力，使我国成为世界上的微电子强国。为此，未来十年是我国微电子技术发展的关键时期。在2010年我国微电子行业要实现下列四个目标：
(1)微电子产业要成为国民经济发展新的重要增长点和实现关键技术的跨越。形成2950亿元的产值，占GDP的1.6%、世界市场的4%，国内市场的自给率达到30%，并且能够拉动2万多亿元电子工业产值。从而形成了500~600亿元的纯利收入。
(2)国防和国家安全急需的关键集成电路芯片能自行设计和制造。
(3)建立起能够良性循环的集成电路产业发展、科学研究和人才培养体系。
(4)微电子科学研究和产业的标志性成果达到当时的国际先进水平。
在这一背景下，随着国内外资本在微电子产业的大量投入和社会对微电子产品需求的急骤增加，社会急切地需要大量的微电子专门人才，仅上海市在21世纪的第一个十年，就需要微电子专门人才25万人左右，而目前尚不足2万人。也正是在这一背景下，1999年以来，全国高校中新开办的微电子学专业就有数十个。2002年8月教育部全国电子科学与技术专业教学指导委员会在贵阳工作会议上公布的统计数据表明，相当多的高校电子科学与技术专业都下设了微电子学方向。微电子技术人才的培养已成为各高校电子信息人才培养的重点。
2微电子学专业实验室建设的紧迫性
我国高校微电子学专业大部分由半导体器件或半导体器件物理专业转来，这些专业的设立可追溯到20世纪50年代后期。办学历史虽长，但由于多年来财力投入严重不足，而微电子技术发展迅速，国内大陆地区除极个别学校外，其实验教学条件很难满足要求。高校微电子专业实验室普遍落后的状况，已成为制约培养合格微电子专业人才的瓶颈。
四川大学微电子学专业的发展同国内其它院校一样走过了一条曲折的道路。1958年设立半导体物理方向(专门组)，在其后的40年中，专业名称几经变迁，于1998年调整为微电子学。由于社会需求强劲，1999年微电子学专业扩大招生数达90多人，是以往招生人数的2倍。当时，我校微电子学专业的办学条件与微电子学学科发展的要求形成了强烈反差：实验室设施陈旧、容量小，教学大纲中必需的集成电路设计课程和相应实验几乎是空白；按照新的教学计划，实施新课程和实验的时间紧迫，基本设施严重不足；教师结构不合理，专业课程师资缺乏。
在关系到微电子学专业能否继续生存的关键时期，学校组织专家经过反复调研、论证，及时在全校启动了“523实验室建设工程”。该工程计划在3~5年时间内，筹集2~3亿资金，集中力量创建5个适应多学科培养创新人才的综合实验基地；重点建设20个左右基础(含专业及技术基础)实验中心(室)；调整组合、合理配置、重点改造建设30个左右具有特色的专业实验室。“523实验室建设工程”的启动，是四川大学面向21世纪实验教学改革和实验室建设方面的一个重要跨越。学校将微电子学专业实验室的建设列入了“523实验室建设工程”首批重点支持项目，2000年12月开始分期拨款275万元，开始了微电子学专业实验室的建设。怎样将有限的资金用好，建设一个既符合微电子学专业发展方向，又满足本科专业培养目标要求的微电子学专业实验室成为我们学科建设的重点。
3实验室建设项目的实施
3.1整体规划和目标的确立
微电子技术的发展要求我们的实验室建设规划、实验教改方案、人才培养目标必须与其行业发展规划一致，既要脚踏实地，实事求是，又必须要有前瞻性。尤其要注意国际化人才的培养。微电子的人才培养若不能实现国际化，就不能说我们的人才培养是成功的。
基于这样的考虑，在调查研究的基础上，我们将实验室建设整体规划和目标确定为：建立国内一流的由微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验及超大规模集成电路芯片设计综合实验两个实验系列构成的微电子学专业实验体系，既满足微电子学专业教学大纲要求，又适应当今国际微电子技术及其教学发展需求的多功能的、开放性的微电子教学实验基地。我们的目标是：
(1)建立有特色的教学体系——微电子工艺与设计并举，强化理论基础、强化综合素质、强化能力培养。
(2)保证宽口径的同时，培养专业技能。
(3)建立开放型实验室，适应跨学科人才的培养。
(4)在全国微电子学专业的教学中具有一定的先进性。
实践中我们认识到，要实现以上目标、完成实验室建设，必须以教学体系改革、教材建设为主线开展工作。
3.2重组实验教学课程体系，培养学生的创新能力和现代工业意识
实验课程体系建设的总体思路是培养创造性人才。实验的设置要让学生成为实验的主角和与专业基础理论学习相联系的主动者，能激发学生的创造性，有专业知识纵向和横向自主扩展和创新的余地。因此该实验体系将是开放式的、有层次的和与基础课及专业基础课密切配合的。实验教学的主要内容包括必修、选修和自拟项目。我们反复认真研究了教育部制定的本科微电子学专业培养大纲及国际上对微电子学教学提出的最新基本要求。根据专业的特点，充分考虑目前国内大力发展集成电路生产线(新建线十条左右)和已成立近百家集成电路设计公司对人才的强烈需求，为新的微电子专业教学制定出由以下两个实验系列构成的微电子学专业实验体系。
(1)微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验。
这是微电子学教学的重要基础内容，也是我校微电子学教学中具有特色的实验课程。这一实验系列将使学生了解和初步掌握微电子器件的主要基本工艺，工艺参数的控制方法和工艺质量控制的主要检测及分析方法，深刻地了解成品率在微电子产品生产中的重要性。同时，半导体材料特性参数的测试分析系列实验是配合“半导体物理”和“半导体材料”课程而设置的基本实验，通过整合，实时地与器件工艺实验配合，虽增加了实验教学难度，却使学生身临其境直观地掌握了工艺对参数的影响、参数反馈对工艺的调整控制、了解半导体重要参数的测试方法并加深对其相关物理内涵的深刻理解。这样的综合实验，对于学生深刻树立产品成品率，可靠性和生产成本这一现代工业的重要意识是必不可少的。
(2)超大规模集成电路芯片设计综合实验。
这是微电子学教学的重点基础之一。教学目的是掌握超大规模集成电路系统设计的基本原理和规则，初步掌握先进的超大规模集成电路设计工具。该系列的必修基础实验共80学时，与之配套的讲授课程为“超大规模集成电路设计基础”。除此而外，超大规模集成电路测试分析和系统开发实验不仅是与“超大规模集成电路原理”和“电路系统”课程套配，使学生更深刻的理解和掌握集成电路的特性；同时也是与前一系列实验配合使学生具备自拟项目和独立创新的理论及实验基础。
3.3优化设施配置，争取项目最佳成效
由于项目实施的时间紧迫、资金有限。我们非常谨慎地对待每一项实施步骤。力图实现设施的优化配置，使项目产生最佳效益。最终较好地完成了集成电路设计实验体系和器件平面工艺实验体系的实施。具体内容包括：
(1)集成电路设计实验体系。集成电路设计实验室机房的建立——购买CADENCE系统软件(IC设计软件)、ZENILE集成电路设计软件；集成电路设计实验课程体系由EDA课程及实验、FPGA课程及实验、PSPICE电路模拟及实验、VHDL课程及实验、ASIC课程及实验、IC设计课程及实验等组成。
(2)器件平面工艺实验体系和相关参数测试分析实验。结合原有设备新购并完善平面工艺实验系统，包括：硼扩、磷扩、氧化、清洗、光刻、金属化等；与平面工艺同步的平面工艺参数测试，包括：方块电阻、C-V测试(高频和准静态)、I-V测试、Hall测试、膜厚测试(ELLIPSOMETRY)及其它器件参数测试(实时监控了解器件参数，反馈控制工艺参数)；器件、半导体材料物理测试设备，如载流子浓度、电阻率、少子寿命等。
(3)与实验室硬件建设配套的软件建设和环境建设。实验室环境建设、实验室岗位设置、实验课程的系统开设、向相关学院及专业提出已建实验室开放计划、制定各项管理制度。
在实验室的阶段建设中，我们分步实施、边建边用、急用优先，在建设期内就使实验室发挥出了良好的使用效益。
3.4强化管理，实行教师负责制
新的实验室必须要有全新的管理模式。新建实验室和实验课程的管理将根据专业教研室的特点，采取教研室主任和实验室主任统一协调下的教师责任制。在两大实验板块的基础上，根据实验内容的布局进一步分为4类(工艺及测试，物理测试，设计和集成电路参数测试，系统开发)进行管理。原则上，实验设施的管理及实验科目的开放由相应专业理论课的教师负责，在项目的建立阶段，将按前述的分工实施责任制，其责任的内容包括：组织设备的安装调试，设备使用规范细则的制定，实验指导书的编写等。根据专业建设的规划，在微电子实验室建设告一段落后，主管责任教师将逐步由较年青的教师接任。主管责任教师的责任包括：设备的维护和保养，使用规范和记录执行情况的监督，组织对必修和选修科目实验指导书的更新，组织实验室开放及辅导教师的安排，完善实验室开放的实施细则等。
实验课将是开放式的。结合基础实验室的开放经验和微电子专业实验的特点，要求学生在完成实验计划和熟悉了设备使用规范细则的条件下，对其全面开放。对非微电子专业学生的开放，采取提前申请，统一完成必要的基础培训后再安排实验的方式。同时将针对一些专业的特点编写与之相适应的实验教材。
4取得初步成果
微电子学专业实验室通过近3年来的建设运行，实现或超过了预期建设目标，成效显著，于2002年成功申报为"；四川省重点建设实验室"；。现将取得的初步成果介绍如下：
(1)在微电子实验室建设的促进下，为适应新条件下的实验教学，我们调整了教材的选用范围。微电子学专业主干课教材立足选用国外、国内的优秀教材，特别是国外能反映微电子学发展现状及方向的先进教材，我们已组织教师编撰了能反映国际上集成电路发展现状的《集成电路原理》，选用了最新出版教材《大规模集成电路设计》，并编撰、重写及使用了《集成电路设计基础实验》、《超大规模集成电路设计实验》、《平面工艺实验》、《微电子器件原理》、《微电子器件工艺原理》等教材。
在重编实验教材时，改掉了"；使用说明"；式的教材编写模式。力图使实验教材能配合实验教学培养目标，启发学生的想象力和创造力，尤其是诱发学生的原发性创新能力乃至创新冲动。
(2)对本科微电子学的教学计划、教学大纲和教材进行了深入研究和大幅度调整，并充分考虑了实验课与理论课的有机结合。坚持并发展了我校微电子专业在器件工艺实验上的特色和优势，通过对实验课及其内容进行整合更新，使实验更具综合性。如将过去的单一平面工艺实验与测试分析技术有机的结合，将原来相互脱节的芯片工艺、参数测试、物理测试等有机地整合在一起，以便充分模拟真实芯片工艺流程。使学生在独立制造出半导体器件的同时，能对工艺控制进行实时综合分析。
(3)引入了国际上最通用、最先进的超大规模集成电路系统设计教学软件(如CADENCE等)，使学生迅速地掌握超大规模集成电路设计的先进基本技术，激发其创造性。为了保证这一教学目的的实现，我们对
专业的整体教学计划做了与之配合的调整。在第5学期加强了电子线路系统设计(如EDA、PSPICE等)的课程和实验内容。在教学的第4学年又预留了足够的学时，作为学生进一步掌握这一工具的选修题目的综合训练。
(4)所有的实验根据专业基础课的进度分段对各年级学生随时开放。学生根据已掌握的专业理论知识和实验指导书选择实验项目，提出实验路线。鼓励学生对可提供的实验设施作自拟的整合，促进学生对实验课程的全身心的投入。
在实验成绩的评定上，不简单地看实验结果的正确与否，同时注重实验方案的合理性和创造性，注重是否能对实验现象有较敏锐的观察、分析和处理能力。
(5)通过送出去的办法，把教师和实验人员送到器件公司、设计公司培训，并积极开展了校内、校际间的进修培训。推促教师在专业基础和实验两方面交叉教学，提高了教师队伍的综合素质。
(6)将集成电路设计实验室建设成为电子信息类本科生的生产实习基地，为此，我们参加了中芯国际等公司的多项目晶圆计划。
加入了国内外EDA公司的大学计划，以利于实验室建设发展和提高教学质量，如华大公司支持微电子实验室建设，赠送人民币1100万元软件(RFIC，SOC等微电子前沿技术)已进入实验教学。
5结语
集成电路设计规则范文第4篇
关键词：集成电路；测试；故障诊断；方法改进
引言
随着我国工业社会的不断发展，科技的不断进步，对于集成电路的改进也越来越频繁。以前一个小小的集成电路只能容纳十几个晶体管，但是随着集成电路在新技术的改进下，目前已经可以容纳数十万个晶体管，促进了集成电路的应用与普及范围，但同时，以前一个集成电路出现问题，只要检查十几个晶体管就能解决集成电路出现的故障，但是现在，对于一个集成电路十几万个晶体管，传统的集成电路故障测试与诊断方法难以满足需求，必须要对集成电路的测试与故障诊断方法进行改进，以满足工业发展的需求。
1 集成电路基本简介
集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克・基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特・诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。是20世纪50年代后期-60年展起来的一种新型半导体器件。
2 集成电路测试与诊断方法存在的问题
随着科技的不断进步，传统的集成电路测试与诊断方法的弊病也显露出来了，那么作者下面将主要总结目前集成电路测试与诊断方法存在的问题。
2.1 电压测量的逻辑诊断适用范围窄
从集成电路诞生的那一天起，基于集成电路故障检测的电压测量逻辑诊断方法就成为集成电路故障检测的专用方法，但是电压测量的逻辑诊断方法在目前数字化集成电路面前显得有些无能为力，基于电压测量的逻辑诊断方法不能有效的对集成电路的故障进行准确定位，还需要进行人工测量后才能得知出现故障的地方，延长了集成电路的维修时间，同时对于某些类型的故障，如开路故障、桥接故障、延时故障等，一些传统的基于逻辑值地测试方法就显得无能为力了。
2.2 对于电路的冗余部分不能检测出来
随着集成电路使用和普及范围越来越广，人们基本会在集成电路中增加一部分冗余电路，以保障集成电路的正常使用。冗余电路其实就是集成电路的备用电路，在目前集成电路设备中，都会有一部分的备用电路以备使用。但是冗余电路虽然能够提高集成电路的使用，避免集成电路出现故障时造成使用不便，但是这对于集成电路故障的诊断造成了一定影响，因为在集成电路出现故障时，冗余电路就会代替集成电路进行工作，并不会提醒人们集成电路出现故障，同时传统的基于电压的测试方法是无法检查冗余电路故障的。
2.3 集成电路的检测方法少
现阶段，对于集成电路测试与故障的检测方式主要有传统的基于电压的测试方法、以及基于数字模型的检测方法、故障字典法这几种，虽然对于集成电路的故障都能够进行检测，但是随着在集成电路技术的发展，故障也在发生变化，传统法的集成电路检测方法并不能适用于未来的集成电路故障检测，集成电路测试与故障检测方法比较少，同时创新能力也不够，延长了集成电路的维修时间。
3 集成电路测试与诊断方法的改进
3.1 基于静态电流故障的诊断方法
随着科技的进步，集成电路也在不断发展和更新，因此对于集成电路测试与故障诊断的方法也要有所改进，基于电流故障的诊断方法是目前比较流行的。集成电路中的电流一般比较小，通常不会超过500毫安，但是在集成电路出现故障时，电流量会急速增加，这对于集成电路的故障检测是比较明显的，并且基于电流故障的诊断方法也能测出电路的冗余部分是否出现故障，解决了逻辑电压检测方法的不足之处。
3.2 基于动态电流故障的诊断方法
虽然动态电流故障检测与静态电路故障检测同属于电流检测方法，但动态电流故障检测方法相比于静态电流故障检测要更加正确，因为动态电流覆盖集成电路的面积更广，集成电路的故障检测也更加全面，动态电流的波形包含的电路信息更多，为CMOS电路、模拟电路、数模混合电路的故障诊断提供了丰富的数据。
3.3 故障字典检测方法
故障字典检测方法是目前最常用的一种集成电路测试与故障检测方法，顾名思义，故障字典法就是采取像查阅字典一样的方式对集成电力的晶体管进行一一检测，来确定出现故障的准确位置，这样对于集成电路的故障检测更加准确，故障字典法就是先提取集成电路的所有故障特征，根据出现故障的特征查找集成电路出现的问题，用户只需要输入集成电路出现的问题，故障字典法就能第一时间知道集成电路出现的问题，大大提高了集成电路故障检测效率，集成电路的诊断更加智能化。
4 结束语
集成电路的测试与故障诊断技术的研究和应用对增强集成电路的可维护有很重要的意义，故障诊断可以在测试结果的基础上，分析故障产生的原因和位置，更加有利于提高国家的效率，也是集成电路设计的趋势之一。文章介绍了故障诊断的常见策略。基于电流的集成电路诊断方法将是今后研究和应用的热点。
参考文献
[1]于云华，石寅.数字集成电路故障测试策略和技术的研究进展[J].电路与系统学报，2014，9（3）：83-91.
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[3]冯建华，孙义和，系统芯片IDDQ可测试设计规则和方法[J].测试技术学报，2013（12）.
集成电路设计规则范文第5篇
关键词 CMOS电路；噪声问题；抗噪声优化设计
中图分类号 TN432 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0183-01
1 CMOS电路及其噪声
硅半导体的CMOS电路技术因为其容易大规模集成的特点，及其自身的性价比优势和日渐成熟的技术和工艺，得到了广泛的应用，并且在今后相当长的一段时间内在规模集成电路中将会占据主导地位。随着个人数字系统、通讯终端的不断发展，CMOS不断向着高密度、高速率的方向发展。但与此同时，现代CMO系统内部的器件尺寸不断缩小，集成密度扩大，各个金属线之间的间隔缩短，因噪声干扰或电路跳变过程中产生的毛刺都有可能使数字电路出现逻辑故障。因此要尽可能减少噪声，提高系统稳定性和准确性。CMOS的噪声影响到电路系统的稳定性，近几年来对抗噪声的研究设计也层出不穷。笔者将在下文中对现代CMOS电路的抗噪声优化设计做出详细的阐述。
2 现代CMOS电路的抗噪声优化设计
在本次设计研究中，笔者以动态电路噪声问题、同步开关噪声问题以及衬底噪声问题为主要研究对象，针对这几种CMOS中常出现的噪声问题展开分析。
2.1 深亚微米CMOS抗噪声动态电路设计
静态电路本身具有相对较好的抗噪声特性，但是其具有低速、高耗能的缺点，因此在电路的关键部分，还需要动态电路来提高线路的整体性能，尤其是提高速率和降低能耗。伴随着深亚微米工艺水平的发展，器件的尺寸更进一步减小，密度增大，这对动态电路的抗噪声性提出了更大的挑战。
动态电路中的噪声源主要包括了电源噪声、节点噪声、串绕噪声等。改善动态电路的抗噪声性能其中一个方法便是提高逻辑门的阀值电压。但是提高阀值电压就会降低电路的速度，提高功耗，削弱了动态电路的优势，因此在优化方案的设计中减少噪声是目标，但是也不能让电路的其他性能遭到过分损害。针对动态电路，笔者认为可以利用镜像NMOS网络来构建具有高能量效率的抗噪声电路。设计图如图1所示。
由图可见，镜像抗噪声动态线路需要两个相同的NMOS求值网络，附加NMOS管M3，其工作原理大致为：预充电阶段时，时钟信号φ将M1打开，将输出电压Vout充电达到最高水平，Vx的电压达到VDD-Vm。另外由于晶体管体效应，顶端的NMOS网络的开关阀值电压相对应增加，从而达到了改善动态电路抗噪声性能
的目的。
2.2 同步开关噪声优化设计
由于深亚微米电路规模的不断增大，电路系统的中门电路翻转频率逐渐提高，再加上电源电压的降低，低电平电压的开关噪声突显粗来，影响了数字电路的稳定性。同步开关噪声主要由带有大负载电容的I/O缓冲器开关和内部电路的开关这两种开关引起地“跳动”。集成电路的高速高密度化发展使得与I/O输出缓冲器相联的电源和地上出现大量的噪声。其次从内部电路开关噪声来看，要提高同步开关的抗噪声性能，首先需要减小电感，主要办法是通过特殊的地线PAD，将其与衬底直接相离并且连接到地平面上；其次是减小恒定电流，通过恒流电压转换器利用镜像电流源提供恒定的电流。
噪声控制的结构方案主要有三种，一是采用局部倒相器数据总线结构，一般情况下，当所有总线同时开关时，理想情况下是一半是0一半是1，上拉下拉开关电流由旁路电容供给，从而使得较少的AC电流通过电源和地线上的电感，最终达到减小电压跳动的目的。二是采用时钟偏移化方案，其规则大致与动态电路相同，避免所有时钟在同一时刻内开关，减小电压跳动。
2.3 衬底噪声加固设计
伴随着硅器件技术的飞速发展，电路的整体构造和设计变得愈加复杂，在SOC中也已经实现了混合技术，并且将模拟数字集成在了统一衬底上。但随着数字时钟频率的不断上升，复杂性进一步提高，电路系统中工艺器件和单元面积的缩小，集成电路设计中的衬底噪声问题的解决成为了设计中的难点和重点。I/O缓冲器开关以及内部罗继电器的开关也是引起衬底噪声的主要噪声源，另外电离电流也是引起衬底噪声的原因之一。衬底噪声的优化方法主要有四种：一是保护环，保护环是指IC设计中防止衬底噪声常用的方法，其工作原理是指在敏感器件周围形成法拉第隔离，使得敏感器件受到保护，减少衬底噪声对其造成的干扰；二是N阱沟，主要是指可用于噪声电路和敏感电路之间，阻止衬底电流的衬底表面流动；三是较小电源跳动；四是平面布局的方法，在空间电路布局时充分考虑减小衬底噪声的耦合效应。
综上所述，随着电路规模的逐渐扩大，现代CMOS电路的抗噪声优化设计成为了当前电路设计的重点和关键。本文主要针对动态电路的抗噪声性能以及同步开关噪声优化设计和衬底噪声加固设计做了详细阐述，相信随着电路技术的飞速发展，CMOS的抗噪声优化设计会日渐完善。
参考文献
[1]陈曦,庄奕琪,罗宏伟,胡净,韩孝勇.深亚微米CMOS IC抗噪声ESD保护电路的设计[J].微电子学,2003,05.
