Разработка спецификации
Включает в себя процедуры проектирования алгоритма функционирования БИС и исходных тестовых последовательностей, моделирования алгоритма и выходных последовательностей. На этом этапе в базу данных проекта вводятся требования к конструкции БИС, сведения о технологических процессах, требования на выходные параметры и т.д.
Проектные процедуры процесса проектирования
На каждом этапе проектирования разработчики схем выполняют одни и те же проектные процедуры: структурный синтез, составление математической модели и задание параметров, анализ математической модели, оптимизация математической модели и её статистический анализ.
Рассмотрим последовательность выполнения проектных процедур на примере этапа схемотехнического проектирования.
При выполнении схемотехнического проектирования необходимо выполнить следующие основные проектные процедуры:
Синтез структуры (составление принципиальной электрической схемы);
Составление математической модели;
Синтез параметров;
Анализ работы принципиальной электрической схемы (одновариантный);
Оптимизацию (структурную и параметрическую (т.е. многовариантный анализ));
Статистический анализ и оптимизация (многовариантный анализ).
В этом случае последовательность выполнения проектных процедур схемотехнического проектирования от получения технического задания (ТЗ) можно представить в виде упрощенной блок-схемы (см. рис.3.1).
Проектирование схемы обычно начинается с составления технического задания и формулирования технических требований на системном уровне. После проверки реализуемости технических требований выполняется функциональный синтез системы и определяются функциональные взаимосвязи между ее регистрами или аналоговыми блоками. Проектирование на этом этапе выполняется так, чтобы обеспечить тестируемость изделия после его изготовления. Далее проводится разработка электрических схем, их оптимизация, верификация и синтез топологии СБИС (размещение на кристалле и трассировка).
Основные виды анализа: анализ по постоянному току, анализ по переменномутоку (частотный анализ), временной анализ. Схемотехническое моделирование выполняется в два этапа: до проектирования топологии и после него. Повторное моделирование выполняется после применения программ восстановления (экстракции) принципиальных электрических схем из топологии кристалла. Программы экстракции поставляются в комплекте с программами схемотехнического моделирования.
Принципиальная электрическая схема, соответствующая разработанной топологии, содержит паразитные элементы, возникающие в реальных физических структурах. В зависимости от сложности проекта циклы схемотехнического моделирования и проектирования топологии могут выполняться на разных уровнях иерархии проекта, чередуясь с этапами верификации топологии и коррекции электрической схемы.
Рис.3.1. Блок-схема процесса схемотехнического проектирования
При выполнении статистического анализа применяют метод Монте-Карло либо метод наихудшего случая. Статистический анализ по методу Монте-Карло требует использования характеристик статистических законов распределения внутренних параметров и допустимых диапазонов изменения внешних параметров. Результат – характеристики статистических законов распределения выходных параметров. Идея метода наихудшего случая в том, что выходные параметры схемы должны находиться в установленных пределах при наихудших сочетаниях погрешностей внутренних и внешних параметров.
Выводы:
Цикл проектирования БИС включает этапы: логический, схемотехнический, топологический, компонентный. На каждом этапе выполняются следующие проектные процедуры: структурный синтез; составление математической модели; анализ полученной модели; параметрическая и структурная оптимизация; статистический анализ и оптимизация. Проектирование заканчивается выдачей информации о топологии для изготовления фотошаблонов на технологических установках и информации о тестах для измерения параметров БИС на контрольно-измерительном оборудовании;
На каждом этапе существует своё понятие элемента и системы. Так, система на схемотехническом уровне становится элементом для логического этапа проектирования;
Наиболее распространёнными являются БИС, разработанные по биполярной и МОП-технологиям;
Сокращение цикла проектирования БИС достигается благодаря использованию стандартного набора компонентов, логических элементов или структур широкого назначения, размещению внутрисхемных соединений в межблочных областях. При проектировании полузаказных БИС на базе БМК отрабатывается логическая схема и система контролирующих тестов. Затем на этапе топологического проектирования решаются задачи выбора компонентов (места вскрытия окон в окисле) и трассировки;
При проектировании систем на кристалле требуется укрупнённый элементный базис. Элементы базиса получили название IP-блоков, поскольку они являются интеллектуальной собственностью фирм-разработчиков;
В настоящее время широко применяются методологии высокоуровневого проектирования, в том числе с использованием IP-блоков, которые основаны на базе языков проектирования высокого уровня, таких как VHDL, SystemC.
Это обусловлено аналогиями между процедурами проектирования и программирования:
Проектирование – Программирование
Структурная схема– Схема алгоритма
Функциональная схема – Блок-схема
Рабочий проект – Программа
Настройка – Отладка
Компонент объекта – Оператор языка
Технология проектирования – Технология программирования
Лекция 4
Разработка САПР
–На что мне безумцы? –сказала Алиса.
– Ничего не поделаешь, - возразил Кот. –Все мы здесь не в своём уме –и ты ия.
– Откуда вы знаете, что я не в своём уме? –спросила Алиса.
– Конечно, не в своём, – ответил Кот. – Иначе как бы ты здесь оказалась?
Льюис Кэрролл, «Алиса в Стране чудес»
Система автоматизированного проектирования (САПР)является основным средством разработки ИС. Существует строгое определение САПР. По ГОСТ 22487-77 САПР – организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП), взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектной организации П1, П2, …, ПN или коллективом специалистов (пользователей САПР), и выполняющая автоматизированное проектирование.
На рис.4.1 схематично приведена структура САПР, отражающая данное строгое определение.
Следует отметить, что под термином САПР порой понимаются совершенно разные вещи. Вообще этот термин является смысловым эквивалентом английской аббревиатуры CAD (Computer Aided Design) и дословно обозначает проектирование с помощью ЭВМ, то есть это очень широкое понятие, под которое попадает практически каждое, даже фрагментарное, применение ЭВМ для решения задач проектирования.
Рис.4.1. Структура САПР
Существуют менее строгие определения САПР, например: САПР– человеко-машинная система, направленная на получение эффективных проектных решений при учёте большой совокупности технико-экономических, экологических, социальных факторов. Или: САПР – коллектив единомышленников, обладающих знаниями и опытом разработки технических изделий, программных и информационных продуктов с использованием средств вычислительной техники и периферийного оборудования. Или: САПР – комплекс, предназначенный для разработки технических устройств (например – интегральных схем (ИС)) или обработки информации при помощи средств вычислительной техники в соответствии с требованиями технического задания (ТЗ).
В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР – повышение эффективности труда разработчиков, включая:
Сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
Сокращения сроков проектирования;
Сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
Повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
Сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
Достижение этих целей обеспечивается путем:
Автоматизации оформления документации;
Информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
Использования технологий параллельного проектирования;
Унификации проектных решений и процессов проектирования;
Повторного использования проектных решений, данных и наработок;
Замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
Повышения качества управления проектированием;
Применения методов многовариантного анализа и оптимизации.