电路设计基础入门指导 (集成电路设计基础)

电路设计基础入门指导——集成电路设计基础

一、引言

随着科技的飞速发展，集成电路设计已成为电子信息领域的重要组成部分。
对于初学者而言，掌握电路设计基础是进入集成电路设计领域的必经之路。
本文旨在为读者提供一份电路设计基础入门指导，帮助初学者快速掌握集成电路设计的基础知识。

二、电路基本概念

1. 电路定义

电路是指由电源、负载和中间连接导线组成的闭合环路，用于传输电能和实现电能与其他能量之间的转换。

2. 电流、电压与电阻

（1）电流：电荷的流动称为电流，用符号I表示，单位是安培（A）。

（2）电压：电场中两点之间的电位差称为电压，用符号U表示，单位是伏特（V）。

（3）电阻：导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示，单位是欧姆（Ω）。

3. 欧姆定律

欧姆定律是电路分析的基本定律，它描述了电压、电流和电阻之间的关系，即I=U/R。

三、模拟电路基础

1. 晶体管

晶体管是一种具有放大、开关、稳压等功能的半导体器件。
了解晶体管的特性及工作原理对于集成电路设计至关重要。

2. 基本放大电路

放大电路是模拟电路的重要组成部分，包括共射、共基、共集三种基本放大电路。
了解这些放大电路的工作原理及性能指标是集成电路设计的基础。

3. 滤波与稳压电路

滤波电路用于去除电源或信号中的噪声，稳压电路用于提供稳定的电压输出。
这些电路在集成电路设计中具有广泛应用。

四、数字电路基础

1. 数字信号与逻辑代数

数字电路处理的是二进制数字信号，涉及逻辑代数的基本知识，如逻辑与、或、非等。

2. 门电路

门电路是数字电路的基本单元，如AND门、OR门、NOT门等。
了解这些门电路的工作原理及特性对于集成电路设计至关重要。

3. 触发器与时序逻辑电路

触发器是数字电路中的重要存储元件，时序逻辑电路则用于产生特定的时序信号。
这些知识点在集成电路设计中具有广泛应用。

五、集成电路设计基础

1. 集成电路概述

集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，实现特定功能的微型化电路。
根据其集成度，集成电路可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。

2. 集成电路设计流程

（1）确定功能需求：根据设计要求，明确集成电路的功能需求。

（2）电路设计：根据功能需求，进行电路原理图设计。

（3）布局布线：将电路原理图转化为物理布局，并进行布线连接。

（4）仿真验证：对布局布线结果进行仿真验证，确保性能满足设计要求。

（5）版图生成：将验证通过的布局布线结果生成版图，用于制造。

3. 集成电路设计工具

集成电路设计需要借助一系列工具软件，如Cadence、Synopsys等，这些工具软件可以帮助设计师完成电路设计、布局布线、仿真验证等工作。

六、实践技能培养与案例分析

1. 实践技能培养

（1）掌握基本的电路分析方法：如直流分析、交流分析等。

（2）熟悉电路板制作流程：了解电路板材料、制作工艺及测试方法。

（3）进行实际项目实践：通过参与实际项目，提高理论与实践结合的能力。

2. 案例分析

通过具体案例分析，了解集成电路设计在实际应用中的典型案例，如处理器设计、存储器设计等。
这些案例可以帮助初学者更好地理解集成电路设计的原理和方法。

七、总结与展望

本文介绍了电路设计基础入门指导的主要内容，包括电路基本概念、模拟电路基础、数字电路基础、集成电路设计基础以及实践技能培养和案例分析。
希望读者通过本文的学习，能够掌握集成电路设计的基础知识，为进一步深入学习打下坚实的基础。
随着科技的不断发展，集成电路设计领域将会有更多的挑战和机遇，希望读者能够在未来的学习和工作中取得优异的成绩。

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关于集成电路设计的流程详解

集成电路设计（英语：Integratedcircuitdesign），根据当前集成电路的集成规模，亦可称之为超大规模集成电路设计（VLSIdesign），是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。 集成电路设计通常是以“模块”作为设计的单位的。 例如，对于多位全加器来说，其次级模块是一位的加法器，而加法器又是由下一级的与门、非门模块构成，与、非门最终可以分解为更低抽象级的CMOS器件。 下面就让我们进一步的了解集成电路设计的相关知识。 集成电路设计介绍集成电路设计的流程一般先要进行软硬件划分，将设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。 芯片硬件设计包括：1．功能设计阶段。 设计人员产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。 更可进一步规划软件模块及硬件模块该如何划分，哪些功能该整合于SOC内，哪些功能可以设计在电路板上。 2．设计描述和行为级验证功能设计完成后，可以依据功能将SOC划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP核。 此阶段间接影响了SOC内部的架构及各模块间互动的讯号，及未来产品的可靠性。 决定模块之后，可以用VHDL或Verilog等硬件描述语言实现各模块的设计。 接着，利用VHDL或Verilog的电路仿真器，对设计进行功能验证（functionsimulation，或行为验证behavioralsimulation）。 注意，这种功能仿真没有考虑电路实际的延迟，也无法获得精确的结果。 3．逻辑综合确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综合。 综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库（logiccelllibrary），作为合成逻辑电路时的参考依据。 硬件语言设计描述文件的编写风格是决定综合工具执行效率的一个重要因素。 事实上，综合工具支持的HDL语法均是有限的，一些过于抽象的语法只适于作为系统评估时的仿真模型，而不能被综合工具接受。 逻辑综合得到门级网表。 4．门级验证（Gate-LevelNetlistVerification）门级功能验证是寄存器传输级验证。 主要的工作是要确认经综合后的电路是否符合功能需求，该工作一般利用门电路级验证工具完成。 注意，此阶段仿真需要考虑门电路的延迟。 5．布局和布线布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。 布线则指完成各模块之间互连的连线。 注意，各模块之间的连线通常比较长，因此，产生的延迟会严重影响SOC的性能，尤其在0.25微米制程集成电路设计过程1.电路设计依据电路功能完成电路的设计。 2.前仿真电路功能的仿真，包括功耗，电流，电压，温度，压摆幅，输入输出特性等参数的仿真。 3.版图设计（Layout）依据所设计的电路画版图。 一般使用Cadence软件。 4.后仿真对所画的版图进行仿真，并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图。 5.后续处理将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。 集成电路设计的辅助和自动化主条目：计算机辅助设计和电子设计自动化由于集成电路系统的复杂性，工程师往往需要借助电子设计自动化工具来进行计算机辅助设计。 逻辑综合就是电子设计自动化在数字集成电路设计中最显著的体现。 以往在设计小规模、中规模集成电路时，工程师设计数字集成电路需要根据逻辑功能，通过类似卡诺图这样的手工途径来优化逻辑函数，然后确定使用何种逻辑门来实现电路。 而在当前超大规模集成电路，乃至更大的甚大规模集成电路的设计中，这样的工作方式不太现实。 电子设计自动化工具使得工程师能够从复杂的门级设计转到功能设计，而底层的转换由自动工具完成，工程师只需要掌握如何设置这些工具工作策略的知识。 硬件描述语言是集成电路设计自动化的重要基础。 电子设计自动化发展十分迅速，现在已经成立了诸如设计自动化会议的一些学术论坛，定期讨论业界的发展。 完成整个集成电路设计常常涉及多个电子设计自动化工具的运用。 有些公司专门从事集成电路计算机辅助设计工具套件的开发和销售，例如Synopsys、Cadence、MentorGraphics、Agilent、Altium、Xilinx等。 电子设计自动化工具的本身作为一种软件，背后依靠的是各种计算机算法。 因此电子设计自动化工具的开发更加接近软件设计的范畴，其开发人员需要重点关注逻辑简化、布局布线等方面的算法实现，但是他们同样需要了解集成电路的硬件知识。 编辑总结：

需要看懂拉扎维的coms模拟集成电路设计需要掌握哪些基础知识，具体一点，本人现在大二，以后想做数字

这种问题应该多问问eetop或者度娘会更好一些。 转一下eetop的链接，以供参考：模拟集成电路设计三本经典教材学习经验分割线以下来自eetop论坛中模拟集成电路设计三本经典教材学习经验的回帖内容，作者：eetop论坛ID为“飞天白狐”。 （不知道这个ID是不是真正的作者，也许是该ID引用自网络其他地方吧，总之向“模拟电路的四重境界”的作者致敬！）——————————————————————————————————————————三本书后，基本上你算入门了，可以跟大牛做项目了，然后多看IEEE的资料，（基准源，运放，比较器）是要继续训练的，（有位大侠谈过了，看帖子，模拟电路的四重境界--文章结尾有）。 然后再从CMOS 到BICMOS等等！！我再推荐两本好书（专业性更强）introducation to cmos op-amps and comparators;design of analogy chip 本人刚刚学习，说得不好，不专业，还请各位朋友多多提醒模拟电路的四重境界复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验，已经整整八年了，其间聆听过很多国内外专家的指点。 最近，应朋友之邀，写一点心得体会和大家共享。 我记得本科刚毕业时，由于本人打算研究传感器的，后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。 现在想来这个实验室名字大有深意，只是当时惘然。 电路和系统，看上去是两个概念， 两个层次。 我同学有读电子学与信息系统方向研究生的，那时候知道他们是“系统”的， 而我们呢，是做模拟“电路”设计的，自然要偏向电路。 而模拟芯片设计初学者对奇思淫巧的电路总是很崇拜，尤其是这个领域的最权威的杂志JSSC （IEEE Journal of solid state circuits）， 以前非常喜欢看， 当时立志看完近二十年的文章，打通奇经八脉，总是憧憬啥时候咱也灌水一篇， 那时候国内在此杂志发的文章凤毛麟角， 就是在国外读博士，能够在上面发一篇也属优秀了。 读研时，我导师是郑增钰教授，李联老师当时已经退休，逸夫楼邀请李老师每个礼拜过来指导。 郑老师治学严谨，女中豪杰。 李老师在模拟电路方面属于国内先驱人物，现在在很多公司被聘请为专家或顾问。 李老师在87年写的一本(运算放大器设计);即使现在看来也是经典之作。 李老师和郑老师是同班同学，所以很要好，我自然相对于我同学能够幸运地得到李老师的指点。 李老师和郑老师给我的培养方案是：先从运算放大器学起。 所以我记得我刚开始从小电流源开始设计。 那时候感觉设计就是靠仿真调整参数。 但是我却永远记住了李老师语重心长的话：运放是基础，运放设计弄好了，其他的也就容易了。 当时不大理解，我同学的课题都是AD/DA，锁相环等“高端”的东东，而李老师和郑老师却要我做“原始”的模块，我仅有的在(固体电子学) （国内的废品杂志）发过的一篇论文就是轨到轨(rail-to-rail)放大器。 做的过程中很郁闷，非常羡慕我同学的项目，但是感觉李老师和郑老师讲的总有他们道理，所以我就专门看JSSC运放方面的文章，基本上近20多年的全看了。 当时以为很懂这个了，后来工作后才发现其实还没懂。 所谓懂，是要真正融会贯通，否则塞在脑袋里的知识再多，也是死的。 但是运算放大器是模拟电路的基石，只有根基扎实方能枝繁叶茂，两位老师的良苦用心工作以后才明白。 总的来说，在复旦，我感触最深的就是郑老师的严谨治学之风和李老师的这句话。 硕士毕业，去找工作，当时有几个offer。 我师兄孙立平， 李老师的关门弟子，推荐我去新涛科技，他说里面有个常仲元，鲁汶天主教大学博士，很厉害。 我听从师兄建议就去了。 新涛当时已经被IDT以8500万美金收购了，成为国内第一家成功的芯片公司。 面试我的是公司创始人之一的总经理Howard. C. Yang（杨崇和）。 Howard是Oregon State University 的博士，锁相环专家。 面试时他当时要我画了一个两级放大器带Miller补偿的， 我很熟练。 他说你面有个零点，我很奇怪，从没听过，云里雾里，后来才知道这个是Howard在国际上首先提出来的， 等效模型中有个电阻，他自己命名为杨氏电阻。 当时出于礼貌，不断点头。 不过他们还是很满意，反正就这样进去了。 我呢，面试的惟一的遗憾是没见到常仲元， 大概他出差了。 进入新涛后，下了决心准备术业有专攻。 因为本科和研究生时喜欢物理，数学和哲学，花了些精力在这些上面。 工作后就得真刀真枪的干了。 每天上班仿真之余和下班后，就狂看英文原版书。 第一本就是现在流行的Razavi的那本书。 读了三遍。 感觉大有收获。 那时候在新涛，初生牛犊不怕虎，应该来说，我还是做得很出色的，因此得到常总的赏识，被他评价为公司内最有potential的人。 偶尔常总会过来指点一把，别人很羡慕。 其实我就记住了常总有次聊天时给我讲的心得， 他大意是说做模拟电路设计有三个境界：第一是会手算，意思是说pensile-to-paper， 电路其实应该手算的，仿真只是证明手算的结果。 第二是，算后要思考，把电路变成一个直观的东西。 第三就是创造电路。 我大体上按照这三部曲进行的。 Razavi的那本书后面的习题我仔细算了。 公司的项目中，我也力图首先以手算为主， 放大器的那些参数，都是首先计算再和仿真结果对比。 久而久之，我手计算的能力大大提高，一些小信号分析计算，感觉非常顺手。 这里讲一个小插曲，有一次在一个项目中，一个保护回路AC仿真总不稳定， 调来调去，总不行，这儿加电容，那儿加电阻，试了几下都不行，就找常总了。 因为这个回路很大，所以感觉是瞎子摸象。 常总一过来三下五除二就摆平了， 他仔细看了，然后就导出一个公式，找出了主极点和带宽表达式。 通过这件事，我对常总佩服得五体投地， 同时也知道直观的威力。 所以后来看书时，都会仔细推导书中的公式，然后再直观思考信号流， 不直观不罢手。 一年多下来， 对放大器终于能够透彻理解了，感觉学通了， 通之后发现一通百通。 最后总结：放大器有两个难点，一个是频率响应，一个是反馈。 其实所谓电路直观，就是用从反馈的角度来思考电路。 每次分析了一些书上或者JSSC上的“怪异”电路后，都会感叹：反馈呀，反馈！然后把分析的心得写在paper上面。 学通一个领域后再学其他相关领域会有某种“加速”作用。 常总的方式是每次做一个新项目时，让下面人先研究研究。 我在离开新涛前，做了一个锁相环。 我以前没做过，然后就把我同学的硕士论文，以及书和很多paper弄来研究，研究了一个半月，常总过来问我：锁相环的3dB带宽弄懂了吧？ 我笑答：早就弄懂了。 我强大的运放的频率响应知识用在锁相环上，小菜了。 我这时已经去研究高深的相位噪声和jitter了。 之后不久，一份30多页的英文研究报告发出来，常总大加赞赏！。 后来在COMMIT时，有个项目是修改一个RF Transceiver芯片， 使之从WCDMA到TD-SCDMA。 里面有个基带模拟滤波器。 我以前从没接触过滤波器，就花了两个月时间，看了三本英文原版书，第一本有900多页，和N多paper， 一下子对整个滤波器领域，开关电容的，GmC的，Active RC的都懂了。 提出修改方案时， 由于我运放根基扎实，看文章时对于滤波器信号流很容易懂，所以很短时间就能一个人提出芯片电路原理分析和修改方案。 最后报告写出来（也是我的又一个得意之作），送给TI. TI那边对这边一下子肃然起敬，Conference call时， 他们首先说这份报告是“Great job!”，我英文没听懂，Julian对我夸大拇指，说“他们对你评价很高呢”。 后来去Dallas， TI那边对我们很尊敬， 我做报告时，很多人来听。 总之，现在知道，凡事情，基础很重要，基础扎实学其他的很容易切入， 并且越学越快。 我是02年 11月去的COMMIT，当时面试我的也是我现在公司老板Julian。 Julian问我：你觉得SOC (system on chip)设计的环节在哪儿？ 我说：应该是模拟电路吧，这个比较难一些。 Julian说错了，是系统。 我当时很不以为然， 觉得模拟电路工程师应该花精力在分析和设计电路上。 Julian后来自己run了现在这公司On-Bright，把我也带来， 同时也从TI拉了两个，有一个是方博士。 我呢，给Julian推荐了朱博士。 这一两年，我和朱博士对方博士佩服得五体投地。 方博士是TI华人里面的顶级高手， 做产品能力超强。 On-Bright现在做电源芯片，我和朱博士做了近两年，知道了系统的重要性。 芯片设计最终一定要走向系统， 这个是芯片设计的第四重境界。 电路如同砖瓦，系统如同大厦。 芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题，否则就是只见树木，不见森林。 电源芯片中，放大器，比较器都是最最普通的， 其难点在于对系统的透彻理解。 在On-Bright，我真正见识了做产品，从定义到设计，再到debug， 芯片测试和系统测试，最后到RTP (release to production)。 Julian把TI的先进产品开发流程和项目管理方式引入On-Bright，我和朱博士算是大开眼界，也知道了做产品的艰辛。 Analog Integrated Circuit Design, David Johns, Ken Martin, University of Toronto, John Wiley, Inc. A must read classic book on CMOS. Good circuit cook book and circuit theory. The part of Switched-capacitor PLL parts are very good and you must know Circuits (the latest edition is 4th). Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, Oxford, 1998 (University of Toronto). A very good book! It is for undergraduates, easy to understand and the summery is very good and equation is very insightful. A must-read book before Analog Circuit Design, Phillip E. Allen and Douglas R. Holberg, Published in 1987. A little older but still worth to read. (It has a later edition (2002 ?, but I have not found time to read yet) of analog CMOS Integrated Circuits, Behzad Razavi, McGraw-Hill, 2001. A textbook used by many schools. It helps you understanding lot of the circuits, but too simple to use in real design. I should say it is a very good theory book. Not ENGINEER book. Anyway IT ALL BEGINS FROM MAXWELLS EQUATIONS, RIGHT?

学习集成电路版图设计要具备哪些基础知识

首先当然要了解晶体管的基本工作原理啊，参数啊等等然后要熟悉IC的制作流程啊，硅片制作，氧化，淀积，光刻，腐蚀去胶等等等等很多； 接着要熟悉各类制作工艺啊，包括双极、CMOS、BICMOS、砷化镓等等等等其他；还要了解各种电磁电气知识啊，ESD啊，封装啊等等。 当然还有EDA工具的使用和各种版图设计的技巧咯。 最后做版图的当然也必须了解必要的电路设计知识啊，需要了解哪些地方对电路系统的性能其决定作用啊。 不是我吓你，还有很多。 版图是个累人的活。