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发布时间:2020-08-15 03:07:00 作者:瑞泰威科技
芯片?与IC关系
与IC的关系
芯片,英文为Chip;芯片组为Chipset。芯片一般是指集成电路的载体,也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果,通常是一个可以立即使用的独立的整体。“芯片”和“集成电路”这两个词经常混着使用,比如在大家平常讨论话题中,集成电路设计和芯片设计说的是一个意思,芯片行业、集成电路行业、IC行业往往也是一个意思。实际上,这两个词有联系,也有区别。集成电路实体往往要以芯片的形式存在,因为狭义的集成电路,是强调电路本身,比如简单到只有五个元件连接在一起形成的相移振荡器,当它还在图纸上呈现的时候,我们也可以叫它集成电路,当我们要拿这个小集成电路来应用的时候,那它必须以独立的一块实物,或者嵌入到更大的集成电路中,依托芯片来发挥他的作用;集成电路更着重电路的设计和布局布线,芯片更强调电路的集成、生产和封装。02工艺特殊少用CMOS工艺数字IC多采用CMOS工艺,而模拟IC很少采用CMOS工艺。而广义的集成电路,当涉及到行业(区别于其他行业)时,也可以包含芯片相关的各种含义。
芯片也有它***的地方,广义上,只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子,都可以叫做芯片,里面并不一定有电路。比如半导体光源芯片;比如机械芯片,如MEMS陀螺仪;或者生物芯片如DNA芯片。在通讯与信息技术中,当把范围局限到硅集成电路时,芯片和集成电路的交集就是在“硅晶片上的电路”上。因为采用的是层次化的应用,假如设计中的某个引脚名字需要修改,我们只能修改驱动这个端口的方法。芯片组,则是一系列相互关联的芯片组合,它们相互依赖,组合在一起能发挥更大的作用,比如计算机里面的处理器和南北桥芯片组,手机里面的射频、基带和电源管理芯片组。
IC什么怎么设计的?
在 IC 生产流程中,IC 多由*** IC 设计公司进行规划、设计,像是联发科、高通、Intel 等大厂,都自行设计各自的 IC 芯片,提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。因为 IC 是由各厂自行设计,所以 IC 设计十分仰赖工程师的技术,工程师的素质影响着一间企业的价值。然而,工程师们在设计一颗 IC 芯片时,究竟有那些步骤?设计流程可以简单分成如下。门电路是半定制数字集成电路的积木(StardardCell),所有的逻辑都将通过它们的实现。
设计步,订定目标
在 IC 设计中,的步骤就是规格制定。这个步骤就像是在设计建筑前,先决定要几间房间、浴室,有什么建筑法规需要遵守,在确定好所有的功能之后在进行设计,这样才不用再花额外的时间进行后续修改。IC 设计也需要经过类似的步骤,才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。作为改善方式,就是导入FinFET(Tri-Gate)这个概念,如右上图。
规格制定的步便是确定 IC 的目的、效能为何,对大方向做设定。接着是察看有哪些协议要符合,像无线网卡的芯片就需要符合 IEEE 802.11 等规范,不然,这芯片将无法和市面上的产品兼容,使它无法和其他设备联机。后则是确立这颗 IC 的实作方法,将不同功能分配成不同的单元,并确立不同单元间链接的方法,如此便完成规格的制定。DRC和LVS的检查--EDA工具Synopsyhercules/mentorcalibre/CDNDracula进行的。
设计完规格后,接着就是设计芯片的细节了。这个步骤就像初步记下建筑的规画,将整体轮廓描绘出来,方便后续制图。在 IC 芯片中,便是使用硬件描述语言(HDL)将电路描写出来。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等,藉由程序代码便可轻易地将一颗 IC 地菜单达出来。NBTI、HCI、TDDB这三个效应都跟MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,金属氧化物半导体场效应管)原理有关。接着就是检查程序功能的正确性并持续修改,直到它满足期望的功能为止。
▲ 32 bits 加法器的 Verilog 范例。
有了计算机,事情都变得容易
有了完整规画后,接下来便是画出平面的设计蓝图。在 IC 设计中,逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 HDL code,放入电子设计自动化工具(EDA tool),让计算机将 HDL code 转换成逻辑电路,产生如下的电路图。之后,反复的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改,直到功能正确为止。VCS具有目前行业中的模拟性能,其出色的内存管理能力足以支持千万门级的ASIC设计,而其模拟精度也完全满足深亚微米ASICSign-Off的要求。
IC半导体的基础知识(四)
P型半导体
在纯净的硅(或锗)晶体内掺入微量的三价元素硼(或铟),因硼原子的外层有三个价电子,当它与周围的硅原子组成共价键结构时,会因缺少一个电子而在晶体中产生一个空穴,掺入多少三价元素的杂质原子,就会产生多少空穴。因此,这种半导体将以空穴导电为其主要导体方式,称为空穴型半导体,简称P型半导体。必须注意的是,产生空穴的同时并没有产生新的自由电子,但原有的晶体仍会产生少量的电子空穴对。如果必要在自动放置标准单元和宏单元之后,你可以先做一次PNA(powernetworkanalysis)--IRdropandEM。
从以上分析可知,不论是N型半导体还是P型半导体,它们的导电能力是由多子的浓度决定的。可以认为,多子的浓度约等于掺杂原子的浓度,它受温度的影响很小。在一块硅片上采用不同的掺杂工艺,一边形成N型半导体,一边形成P型半导体,则在两种半导体的交界面附近形成PN结;PN结是构成各种半导体器件的基础。数字IC就是传递、加工、处理数字信号的IC,是近年来应用广、发展快的IC品种,可分为通用数字IC和***数字IC。
1.PN结的形成
在一块硅或锗的晶片上,采取不同的掺杂工艺,分别形成N型半导体区和P型半导体区。由于N区的多数载流子为电子(即电子浓度高),少子为空穴(空穴浓度低),而P区正相反,多数载流子为空穴(即空穴浓度高),少子为电子(电子浓度低);在P区与N区的交界面两侧,由于浓度的差别,空穴要从浓度高的P区向浓度低的N区扩散,N区的自由电子要向P区扩散,由于浓度的差别而引起的运动称为扩散运动。这样,在P区就留下了一些带负电荷的杂质离子,在N区就留下了一些带正电荷的杂质离子,从而形成一个空间电荷区。这个空间电荷区就是PN结。在空间电荷区内,只有不能移动的杂质离子而没有载流子,所以空间电荷区具有很高的电阻率。其中北桥芯片起着主导性的作用,也称为主桥(HostBridge)。
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